KDB미래전략연구소 산업기술리서치센터가 발간한 『AI 반도체 기술 및 산업 동향』 보고서 주요 내용을 소개한다. 이번 보고서는 AI 원천 기술이라고 할 핵심 분야에서 미국과 중국이 주도권을 쥐고 있는 가운데, 한국 정부가 제조업 및 응용 기술 개발 분야에서는 실리를 챙기겠다는 전략을 수립하고 그 실행에 박차를 가하고 있는 가운데 나온 것이다.
여기서는 이 보고서 주요 내용을 소개하고 블로그 맨 아래에 보고서 전문을 볼 수 있는 링크를 공유한다. 그와 더불어 한국 정부의 AI 반도체 육성 전략을 담고 있는 『AI-반도체 이니셔티브』 관련 자료를 볼 수 있는 링크도 공유한다.
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| (사진 출처: www.digica.com) |
《요약》
인공지능(AI)의 역할이 산업 전반으로 확장됨에 따라 고성능 반도체의 수요가 급증하고 있다. AI 반도체는 인공신경망 처리에 최적화된 반도체로, AI 반도체 시장은 AI의 발전과 함께 가파르게 성장 중이다. 세계 AI 반도체 시장은 향후 5년간 연평균 24%로 성장하여 ‘28년에는 1,590억 달러를 기록할 것으로 전망된다. 또한, AI 반도체의 응용 분야는 데이터센터와 스마트폰 중심에서 점차 차량, PC 등 엣지디바이스 분야로 확장될 것으로 보인다.
AI 반도체의 핵심 분야는 프로세서, 메모리, 인터페이스 등으로 구분할 수 있다. 각 분야 내에서는 AI 서비스별 최적화, 초고속 초저전력 등 연산 효율성 향상 등을 목표로 활발한 연구가 진행되고 있으며, AI GPU, NPU 및 뉴로모픽 반도체, HBM 및 PIM, CXL 등이 주요 기술로 개발되고 있다.
AI 반도체 산업은 크게 설계 분야의 팹리스, 제조 분야의 파운드리로 분업화되어 있으며, 전방 산업으로 데이터센터, 스마트폰, 차량 등이 포함된다. AI 반도체 산업은 ①기존 반도체 기업들의 사업 포트폴리오 확장, ②AI 반도체 주요 수요 기업들의 자체 칩 개발, ③팹리스 스타트업 진출 확대 등 밸류체인 내 다수의 기업들이 영역을 확장하며 생태계 패러다임의 변화를 겪고 있다.
한국은 우수한 메모리 역량, AI 반도체 팹리스 스타트업의 성장 등으로 AI 반도체 분야에서 기술격차를 좁혀가고 있으나, 아직 선도국 대비 기술수준이 열위한 편이다. 정부가 국산 AI 반도체의 중요성을 인식하고 최근 관련 프로젝트를 지속 추진 중인 가운데, AI 반도체 기술력 확보를 위해서는 하드웨어 개발 외에도 수요처와의 유기적 연계를 통한 생태계 구축이 필요할 것이다.
《AI 반도체 산업 동향》
❑ AI 반도체 산업은 설계 위주의 팹리스, 제조 분야의 파운드리로 분업화되어 있으며, 각 분야 주요 업체들은 사업영역 확장을 통해 AI 반도체 기술 확보 경쟁에 대응 중
- (팹리스) 하드웨어 설계 위주였던 기존 팹리스 기업들은 자사 제품에 적합한 AI 서비스 개발 환경을 지원하거나 기업 인수 합병 등의 전략을 통해 사업영역을 확장
- (파운드리) 글로벌 파운드리 Big3(TSMC(대만), 삼성전자, 인텔(美))는 전공정 위주의 사업에서 첨단 패키징 기술 등 AI 반도체 제조에 요구되는 후공정 분야로 투자를 확대
❑ 클라우드 업체 등 AI 반도체의 주요 수요 기업들은 AI 반도체 수급 안정, 서버 운영 비용 절감, 자사 서비스 최적화 등을 위해 자체 AI 반도체를 개발하는 추세
- (클라우드) 글로벌 클라우드 Big3(아마존(美), 마이크로소프트(美), 구글(美))는 엔비디아 의존도를 낮추고 연산 효율성을 높이기 위해 자체 칩 개발
- (엣지디바이스) 테슬라(美), 삼성전자 등 디바이스 기업에서는 온-디바이스AI 시장 개화에 대응하여 자사 제품에 적합한 AI 반도체를 개발
❑ NPU 등 차세대 AI 반도체 분야는 현재 경쟁 우위가 존재하지 않는 시장으로, 국내외 팹리스 스타트업의 진출이 확대 중
- 팹리스 스타트업은 전력 소모, 연산 효율성 등 기존 범용 AI 가속기의 단점을 보완하고 新시장을 개척하기 위해 저전력 고성능, 엣지디바이스 AI 등에 특화된 AI 반도체를 개발 중
- 대표적인 기업으로는 Cerebras systems(美), Sambanova systems(美), Gra34 Core(英) 등이 있으며, AI 엔진 시스템, 자동화 시스템 및 신약 개발 등에 적합한 반도체를 개발 중
《시사점》
❑ 한국은 파운드리 및 메모리 반도체 시장 지위 양호한 편이나 비메모리 및 팹리스 역량은 부족한 상황으로, AI 반도체 기술수준은 최고기술국(美) 대비 90.7% 수준
- ‘23년 파운드리 시장은 TSMC가 절반 이상을 점유하는 가운데, 삼성전자는 세계 2위 수준으로 UMC(대만), Globalfoundries(美), SMIC(中) 등이 경쟁 구도
- 한국은 메모리 반도체에서 우수한 시장 지위를 확보하고 있으나, 비메모리 및 팹리스 분야에서는 선도국 대비 경쟁력 열위
- 한국은 우수한 메모리 역량에 기반한 지능형 메모리(PIM 등) 기술개발, 팹리스 스타트업의 성장 등으로 AI 반도체 분야에서 미국과의 기술격차를 좁혀가는 추세이며, 기술 수준은 글로벌 3위 수준
❑ 한국 정부와 기업들은 국산 AI 반도체 개발의 중요성을 인식하고, 생태계 구축과 경쟁력 확보를 위해 노력 중
- 정부는 ’23.6월 ‘K-클라우드 프로젝트’ 1단계에 착수하였으며, 국내 CSP 3社(네이버클라우드, KT클라우드, NHN클라우드)와 팹리스 스타트업, AI서비스社와 함께 국산 NPU 실증 데이터센터 구축을 추진
- 또한, 정부는 「AI 반도체 협업포럼(‘24.4)」을 통해 ① 분야별 AI 반도체 실증 및 수요매칭 기획, ② 설계기업(IP 팹리스) 파운드리 패키징 기업간 협력방안 기획 등을 지원할 계획
- 국내 대기업들은 AI 패권 경쟁에 대응하기 위해 팹리스 스타트업에 투자하며 자사 기기 및 서비스에 특화된 AI 반도체를 개발 중
❑ AI 반도체 기술력 확보를 위해서는 하드웨어 개발 외에도 이에 대응하는 클라우드, AI 애플리케이션 등 수요처와의 유기적 연계를 통한 생태계 구축이 중요
- 미래 첨단 기술의 경쟁력 강화를 위해서는 국산 AI 반도체의 유의미한 실증 사례 축적과 전문인력 양성 등 장기적 관점의 민·관 협력을 지속해야 할 것임
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《관련 자료 링크》
▶ 『AI 반도체 기술 및 산업 동향』, KDB미래전략연구소: 여기를 클릭(한 다음 조사연구 => 이슈분석 선택)
▶ 『AI-반도체 이니셔티브』, 정부 합동 참고자료: 여기를 클릭
▶ 『지능형(AI) 반도체 산업 현황 및 관련 기술 동향』, 정보통신기획평가원: 여기를 클릭
