AI 반도체 개발 경쟁 구도

AI 반도체. Chat GPT나 구글 BARD와 같은 인공지능 서비스들을 위한 반도체이다. 현재는 엔비디아의 AI 반도체가 시장의 90%를 장악하고 있다. 이러한 상황에서 메타, 마이크로소프트, 구글, 아마존, 테슬라 모두 자체 AI 반도체 개발에 나섰다. 

 

 

AI 반도체 대장 - 엔비디아

AI를 개발하는 데 있어서 무엇이 필요할까? 바로 반도체다. 한동안 반도체는 로직, 메모리, 그리고 그 외 반도체 칩으로 나눠져 왔다. 그 외 반도체 칩으로 여겨지는 것 중에서 GPU(Graphic Process Unit)라는 것이 있는데, 우리가 흔히 알고 있는 그래픽 카드에 들어가는 반도체가 GPU이다. GPU는 범용성을 가진 CPU와는 다르게 그래픽 처리에만 특화된 장치이다. 병렬 구조로 단순한 계산을 하기 때문에 용량이 크고, 빠르다는 특징이 있다. 이 부분이 바로 AI 반도체에 맞아떨어졌다.

 

AI가 힘을 쓰기 위해서 필요한 것은 데이터를 학습하는 것 그리고 추론하는 것이다.  우리가 고등학교 때 배우는 행렬의 곱셈(MAC, multiply and accumulation)을 무수히 반복하는 것을 통해 AI는 데이터를 학습하고 추론한다. MAC은 굉장히 단순한 연산이다. 숫자를 곱하고 더하는 것만 하면 된다. 따라서 단순한 곱셈과 덧셈만 반복하면 되기 때문에 다양한 기능을 할 수 있는 CPU가 아닌 단순 반복 연산에 특화된 GPU가 AI 반도체에는 더욱 적합했다. 그래서 GPU 전문기업이던 엔비디아는 AI 반도체 시장을 석권할 수 있었고 지금은 AI 반도체 시장의 90%를 석권하고 있다. 

 

 

 

AI 반도체 개발 구도

Chat GPT와 Bard의 등장으로 AI 시대가 우리 앞으로 갑자기 다가왔다. 사실 빅테크 기업들 모두 AI 시대를 준비하고 있었지만 이들의 예상보다도 너무 갑작스럽게 시장이 열려버린 모양새다. AI 시장이 갑자기 열리면서 구글, 아마존, 메타, 마이크로소프트, 테슬라 등등 이름만 대면 알 수 있는 굴지의 빅테크 기업들의 발등에 불이 떨어져 버렸다. 그동안은 AI 연구 개발 목적으로 엔비디아의 AI 반도체를 사용하면 되었지만, 이제는 실제로 유저들에게 AI 서비스를 해야 하게 되었기 때문이다. 즉, AI 반도체 수요가 엄청나게 증가하면서 엔비디아는 돈을 엄청나게 쓸어 담고 있고, 빅테크 기업들은 엔비디아에 어마어마 한 지출을 하게 되었다. 

 

사실 AI 시대는 이제 시작이다. 앞으로 얼마나 더 발전할지 모른다는 소리다. AI 반도체 시장을 엔비디아 혼자 쥐고 흔들게 둔다면? AI 반도체 가격은 엔비디아가 흔드는 대로 움직이게 될 것이다. 빅테크 기업들 모두가 엔비디아가 목줄을 쥐고 흔드는 상황이 될지도 모른다는 말이다. 이런 상황이 오기 전에 빅테크 기업들이 움직였다. 자사 AI에 맞게끔 맞춤 설계된 AI 메모리를 만들기 시작했다. 빅테크 기업들의 AI 반도체 리스트는 아래와 같다. 

 

• 메타 :  추론용 반도체 MTIA
• 마이크로소프트 : 추론용 반도체 아테나
• 구글 : 데이터 센터용 TPU, 스마트폰 용 텐서
• 아마존 : 서버용 반도체 그래비톤, 추론용 반도체 인퍼런시아
• 테슬라 : 자율주행용 D1

 

 

 

빅테크 기업들이 개발하고 있는 AI 반도체는, 각 기업들에 최적화된 AI 반도체일 가능성이 높다. 엔비디아나 인텔처럼 범용적인 CPU, GPU를 만들어서 다른 기업에 판매하는 것이 아니라, 자사의 AI 반도체를 가지고 최적화된 AI 설루션을 제공하려고 하는 목적일 가능성이 크다. 동시에 엔비디아로 향한 지출과 의존 감소의 목적도 있다. 

 

한국 반도체 기업들도 AI 시장을 향한 움직임을 보이고 있다. 한국에는 세계 1, 2위 메모리 반도체 회사인 삼성전자와 SK 하이닉스가 있다. 삼성전자와 SK 하이닉스도 AI 시대를 맞이하기 위하여 AI 데이터 처리용 반도체를 내놓고, 개발하고 있다고 알려졌다. 

 

삼성, SK 하이닉스 저장, 연산 동시처리 PIM 앞다퉈 선보여

삼성·SK하이닉스, 저장·연산 동시 처리 PIM 앞다퉈 선보여

 

위 기사에서는 PIM이라는 것을 다룬다. PIM은 processor in memory를 말하는데 간단한 연산기능을 갖춘 메모리 소자를 말한다. 연산이 되는 메모리는 복잡한 연산을 할 수는 없다. 따라서 PIM이 타겟팅 하는 시장은 MAC 연산 시장인 AI 반도체이다. 앞서 말한 빅테크 기업들이 직접 앞다퉈 설계하고 있는 반도체 칩이 자사 AI에 최적화된 칩을 설계하는 것이라면, 삼성전자와 SK 하이닉스는 범용성을 갖춘 AI 반도체를 개발한다고 보면 된다. 반도체 설계능력을 갖추지 못한 회사들에 AI 반도체를 납품하고자 하는 것으로 생각하면 된다. 

 

거기에다가 AI 연산이라는 것은 어마어마한 양의 데이터 처리 그리고 저장을 필요로 한다. 따라서 AI의 발전은 연산 과정에서 발생하는 데이터를 저장하는 메모리, 'DRAM'와 연산 결과를 저장하는 스토리지, 'NAND Flash'를 어마어마하게 필요로 한다. DRAM과 NAND Flash, 딱 감이 오지 않는가? 삼성전자와 SK 하이닉스의 독무대이다. 따라서 AI 시장의 발전은 메모리 반도체 산업에게도 호재인 셈이다. 

 

 

 

여기까지, AI 반도체 경쟁구도에 대하여 알아보았다. 엔비디아가 승기를 쥐고 있는 가운데 빅테크 기업들 모두가 앞다퉈 뛰어들고 있는 모양새이다. 거기에 한국 기업들은 AI 반도체 시대가 줄 새로운 시장을 기다리며 준비하고 있는 중이다. AI가 직접적으로 미래를 바꿔 놓는다면 AI 반도체는 그 밑에서 서포팅을 해주는 툴이다. AI 반도체 시장이 어떻게 변화할지 주목해 보는 것도 미래의 반도체 투자를 위해 주목할만한 포인트 임에 틀림없다. 

 

반도체-칩

 

챗 GPT가 불러오는 반도체 시장의 상승 기류 (1)

챗 GPT가 불러오는 반도체 시장의 상승 기류 (1)

챗 GPT가 불러오는 반도체 시장 상승기류(2)

챗 GPT가 불러오는 반도체 시장 상승기류(2)