반도체업계 구원투수 된 'AI반도체'…삼성·SK 현주소는?

고성능 메모리 반도체 수요↑
AI 대응 기술 개발 박차
반도체 업황 회복 이끌기엔 부족

[아시아경제 한예주 기자] 국내 반도체 업계가 수요 침체로 얼어붙은 반도체 시장을 되살릴 구원투수로 'AI반도체'를 주목하고 있다. 아직 AI반도체가 전체 반도체 수요에서 차지하는 비중은 미미하지만, 새로운 메모리 수요를 창출하고 있다는 점에서 기대감이 크다. 삼성전자 와 SK하이닉스 는 AI 수요 증가에 발맞춰 고성능, 고용량 메모리 개발에 사활을 거는 중이다.

AI반도체는 챗GPT 열풍으로 떠오르기 시작했다. 챗GPT 같은 대화형 AI에는 고성능 메모리 반도체가 필수적이다. 챗GPT의 경우 엔비디아의 GPU(그래픽처리장치) 'A100'이 1만여 개가 사용된다. GPU는 D램에 저장된 명령을 가져와 연산과정을 거쳐 데이터를 처리한다. 대용량 데이터를 빠르게 처리해야 하는 만큼 고성능 광대역 D램 제품인 고대역폭 메모리(HBM)이 필수다. HBM은 대량의 데이터를 한 번에 보낼 수 있는 메모리로, AI 서버용으로 쓴다. 챗GPT, 즉 GPU의 수요가 늘어날수록 메모리 반도체 수요도 함께 성장하는 구조다.

시장조사업체 가트너는 이 같은 AI반도체 시장이 2020년 220억달러에서 올해 553억달러, 2026년에는 861억달러 규모로 가파르게 성장할 것으로 전망했다.

글로벌 IT(정보기술) 기업들은 경기 침체에도 AI 인프라 투자에 적극적이다. 대표적으로 MS(마이크로소프트), 구글 등이 있다.

국내 반도체 업체들도 챗GPT가 창출할 새로운 메모리 수요에 기대를 걸고 있다. HBM 등 서버용 고성능 메모리의 경우 SK하이닉스와 삼성전자가 시장 점유율의 대부분을 차지하고 있기 때문이다.

실제 엔비디아의 A100에는 SK하이닉스의 3세대 HBM D램이 적용됐다. A100보다 최신 제품인 'H100'에도 SK하이닉스의 4세대 HBM 제품이 적용됐다. 엔비디아는 SK하이닉스에 신제품 HBM3을 공급해달라고 계속 요청하고 있는 것으로 알려졌다. 서버용 CPU 세계 1위 기업인 인텔 역시 SK하이닉스 HBM3에 공을 들이는 것으로 전해졌다.

삼성전자 또한 AI 전문 차세대 메모리 개발에 박차를 가하고 있다. 삼성전자는 올초 'PIM'(Processing in memory) 기술을 필두로, AI 응용처에 쓰일 다양한 차세대 메모리 솔루션 개발에 나섰다. PIM은 프로세서가 수행하는 데이터 연산 기능을 메모리 내부에 구현한 것이다. 메모리가 직접 연산 처리를 하도록 설계한 것이 특징이다.

삼성전자는 AMD와 협력해 세계 최초로 메모리 반도체와 인공지능 프로세서를 하나로 결합한 'HBM-PIM'을 개발하기도 했다. 삼성전자는 HBM-PIM을 활용하면 기존 GPU 가속기 대비 평균 성능이 2배 증가하고 에너지 소모는 50% 감소한다고 설명했다. 이재용 삼성전자 회장은 지난달 천안과 온양의 반도체 패키징 공장을 방문해 챗GPT에 필수적인 HBM 등 차세대 기술 개발 현황을 직접 챙기기도 했다.

삼성전자는 네이버와 협약을 맺고 AI반도체 솔루션 개발에 본격 착수한 상황이다. 삼성전자는 하드웨어 부문을 맡고, 네이버는 그간의 초거대 AI 운용 노하우를 바탕으로 새로운 반도체 솔루션 개발에 나섰다.

다만, AI 관련 수요가 전체 서버 수요의 5%에 불과해 반도체 업황 회복을 이끌기엔 부족하다는 진단이 나온다. 전방위적인 수요 부진으로 인한 메모리 불황의 골이 상당히 깊어 AI 반도체 판매가 급증해도 올해 안에 전체 반도체 업황이 살아나기는 힘들다는 지적이다.

한예주 기자 dpwngks@asiae.co.kr