반도체의 미래 - AI 반도체

다양한 반도체 시장 속에서 향후 수요가 크게 증가할 분야를 반도체의 미래로 표현했다.

누구도 부인할 수 없는 반도체 분야 미래 먹거리 중 하나인 AI반도체에 대해 알아보자.

아래에서 AI 반도체가 무엇인지, 글로벌 시장 규모, 국내 현황과 유망기업까지 한 번에 알 수 있다.

 

AI 반도체란?

AI 서비스 구현에 필요한 대규모 연산을 초고속 · 저전력으로 실행하는 특화된 비메모리 반도체 

AI 반도체가 개발되기 전에는 이 핵심 두뇌 역할을 CPU(중앙처리장치)와 GPU(그래픽처리장치)가 담당했지만 AI용으로 개발된 것이 아니라 AI연산 외의 성능을 구현하며 비효율적인 면이 많았다. 이에 AI 알고리즘에 최적화된 AI 전용 반도체가 등장하게 된 것이다. AI의 딥러닝에 특화되었다는 의미에서 NPU(Neural Processing Unit, 신경망 처리장치)라고 부르기도 한다.

AI 역할에 맞는 반도체를 맞춤형으로 개발할 수 있어 다품종 소량생산할 수 있다.

 

                                                                <AI 반도체와 기존 반도체 비교>

출처: 과학정보통신부

 

AI 반도체 시장 규모

출처: 가트너 보고서를 연합뉴스에서 정리

 

시장조사업체 가트너는 2023년 전 세계 AI 반도체 매출이 2022년(442억달러)보다 20.8% 증가한 534억달러(약 71조원)이 되고 2024년에는 23년보다 25.6% 증가한 671억 달러, 2027년에는 2023년의 두배가 넘는 1천194억달러에 달할 것으로 전망했다.

 

딜로이트 글로벌은 《첨단기술, 미디어 및 통신 (TMT) 2024 예측》 보고서에서 2024년 생성 AI 전용 반도체 시장 규모가 400억달러(약 51조원) 수준까지 성장할 것으로 전망했다. 2027년까지 3년 만에 시장 규모가 10배로 성장하여 4000억달러(약 516조원)에 달할 것으로 예상했다. 또한 반도체 부문 총매출의 절반을 AI 반도체가 차지할 것으로 전망했다. 

AI 반도체 글로벌 경쟁 현황

AI 반도체 분야는 엔비디아가 점유율 80%를 장악해 사실상 독점 상태다. 엔비디아는 TSMC에 위탁 생산을 맡기고 있다. 엔비디아의 AI반도체 'H100' 등은 TSMC의 고급 패키징 솔루션인 CoWoS(Chip on Wafer on substrate)으로 제조된다. CoWoS는 GPU와 HBM을 기판 위에 올려 한 개 칩처럼 만드는 이종결합 기술을 말한다.

 

삼성전자와 SK하이닉스는 이렇듯 AI 반도체의 필수 부품인 HBM 시장을 양분한 상태다. HBM은 방대한 데이터 처리와 저장을 지원하는 고성능메모리로 D램을 쌓아 만든다. 

HBM 시장점유율의 경우 2023년 기준 글로벌 SK하이닉스, 삼성전자, 미국 마이크론 3개사가  각각 50%, 40%, 10%를 차지하고 있는 것으로 추정된다.

 

국내 AI 반도체 현황

AI 반도체 필수 부품인 HBM의 경우 SK하이닉스와 삼성이 거의 글로벌 독점 상태이고

설계와 개발을 전문으로 하는 팹리스 기업 중 성과를 내는 기업과 스타트업이 있다.

 

대기업, 스타트업을 망라하여 AI 반도체 유망 기업을 한 번에 정리한 것을 볼 수 있다.