한국 AI 반도체 산업의 오늘과 내일 > News Insight

AI 시대 핵심기술은 AI 반도체다. 한국이 선도하는 메모리 D램 반도체가 ‘IT 시대의 쌀’ 이라면, AI 반도체는 ‘4차 산업혁명 시대의 유기농으로 만든 빵’이다. 

AI 반도체 개발 경쟁은 이미 시작됐다. 글로벌 IT기업들은 AI 반도체 개발 경쟁에 뛰어 들었다. 반도체 회사가 아닌 테슬라와 구글, 아마존, 페이스북 등은 자율주행과 데이터 센터에 활용할 AI 반도체 자체 개발에 나섰다. 앞으로 모든 IT 서비스와 스마트 기기에 AI 반도체가 탑재되기 때문이다. 외부 기업의 반도체와 솔루션에 의존할 경우 자사 서비스 경쟁력을 빼앗길 수 있다는 우려가 작용했다. 

AI 반도체의 네트워크 처리장치 NPU(Network Processing Unit)는 반도체 기업이 아닌 기업들도 자체적 투자와 전문회사 인수·합병으로 개발할 수 있다. 반도체 회사에서 만든 칩에 의존하지 않고 자사 AI 기술을 이용해 서비스 특성에 맞춰 설계하고 생산은 파운드리 (제조회사)에게 의뢰한다. 반도체 산업의 서플라인 체인이 변화하고 있다.

AI 반도체는 AI 연산 성능 고속화와 소비 전력효율(Power Efficiency)을 위해 최적화시킨 반도체다. 아키텍처 구조 및 활용 범위에 따라 GPU(Graphic Processing Unit), FPGA(Field Programmable Gate Array), 주문형 반도체 ASIC (Application Specific IC)부터 뉴모로픽 반도체(Neuromorphic Chip)까지 포괄한다. AI 반도체는 저장, 연산처리, 통신 기능을 융합한 가장 진화된 반도체 기술이다.

AI 반도체는 병렬연산 처리에 최적화된 GPU 중심에서 초고성능·초저전력 뉴로모픽 반도체로 진화하고 있다. 뉴모로픽 칩은 저장과 연산기능은 물론 인식, 패턴 분석까지 한다. 사람이 기억하는 원리처럼 신호를 주고받는데 따른 잔상으로 데이터를 저장한다. 인간의 뇌신경 구조를 모방해 하드웨어 크기와 전력 소모를 기존 반도체 보다 1억분의 1수준까지 줄일 수 있다. 향후 AI 반도체는 주문형 반도체 ASIC 방식, 데이터 센서와 디바이스 등 다양한 AI 시스템을 지원하는 방향으로 발전한다.

AI 반도체 시장 성장 속도가 빠르다. 시장조사 IHS마킷에 따르면 2025년 685억 달러 (82조원)로 확대될 것이라 예측했다. AI 반도체 중 메모리 소자 매출이 604억 달러 (73조원), 프로세서 매출은 222억 달러(27조원), 컴퓨터 분야는 659억 달러(79조원)로 성장할 것으로 전망했다.

중국 정부는 AI 반도체를 ‘반도체 굴기’ 핵심 정책으로 집중 투자해 육성하겠다고 밝혔다.

기업들은 AI 반도체 개발에 역량을 집중하고 있다. 화웨이와 알리바바는 천문학적 자금으로 반도체 설계 기술 역량을 가진 업체들을 인수·합병(M&A)하며 미국 선도 기업을 추격하고 있다.

삼성전자도 2015년부터 AI 반도체 기술 개발에 참여했다. 그 결과 자체 NPU 기술을 개발 했다. 갤럭시 노트20 등 스마트폰에서 음성과 영상 AI 처리해 활용하고 있다. 반도체는 데이터를 저장하는 메모리와 연산 처리를 전송하는 비메모리 반도체로 분류하는데 삼성전자는 메모리 분야에서 세계 1위다. AI 반도체 기술이 진화하면 메모리와 프로세서가 하나로 통합되는 시대가 온다. 삼성전자가 AI 반도체 기술 개발에 한발 앞서 갈 수 있다. 하지만 메모리 반도체와 AI 반도체 기술 격차를 삼성전자와 SK하이닉스가 극복하려면 팹리스 업체와 협업해야 한다. 한국의 팹리스 업체들이 등장해 AI 반도체 생태계를 구축하는 것이 중요하다.  

그렇다면 한국경제 미래먹거리 AI 반도체를 선점하기 위해서는 어떻게 하면 될까

첫째, 반도체 산업 게임의 룰 변화에 대비해야 한다. 기술발전 축소화의 한계로 앞서 나갈 공간이 없다, 새로운 사업 모델을 개발해야 한다. 언제까지 삼성전자 혼자서 각 분야 글로벌 기업들과 경쟁에서 이길 수 있을까. 세계 반도체 시장은 빠르게 변화하고 있다. 새로운 비즈니스 모델로 전환해야 할 시점이다. 

둘째. 한국 반도체 산업이 계속 성장하기 위해서는 비메모리 분야 특히 시스템 반도체에서 경쟁력을 갖춰야 한다. 4차 산업혁명 기술발전으로 인해 5G, IoT 등 인프라를 기반으로 

스마트팩토리, AI 로봇, 스마트홈 시장 규모가 급성장하고 있다. 비메모리 반도체 중에 향후 가장 중요한 반도체는 3가지로 분류된다. AI, 이미지, 파워 반도체(전력 반도체)다. 현재 한국은 이미지 반도체만 어느 정도 성과를 보이고 있고 AI 반도체나 파워 반도체에서는 중국보다 뒤떨어진다. 비메모리 반도체 기술 혁신을 하지 못하면 반도체 산업의 미래는 없다.

셋째, AI 반도체 성장을 위해서는 AI 전문 인력을 양성해야 한다. 외국의 대학과 비교하면 자율주행, 로보틱스, 보안, AI 반도체 학과 정원은 늘지 않고 있다, 전문인력 양성 교육체계 개선이 시급하다. 이공계 우수인력의 해외 취업이 늘고 있다. 이공계 인력은 기업 경쟁력은 물론 국가 과학기술 역량을 떠받치는 기반이다. 산업현장에서는 소프트웨어 인력이 부족해

아우성이다. 우수 이공계 인력이 해외로 나가는 근본 이유는 무엇일까. 노사 관계부터 고용구 조와 처우 문제까지 전반적으로 살펴보고 대책을 내놔야 한다. 해외에서도 고급인력을 유치해야 한다. 

넷째, 중국에 기술 유출을 막아야 한다. 중국 기업에 한국 기술 인력이 많이 근무하고 있다, 기술 유출은 전 현직 임직원에 의해 발생된다. 산업기술 보호 교육 확대와 기술 유출에 대한 처벌 강화 및 퇴직자들이 경력자들로 재취업 할 수 있는 생태계를 구축해야 한다.

다섯 번째, 중국의 추격을 따돌려야 한다. 우리의 강점인 메모리분야에서 제품 기술 및 공정 기술에 대한 표준화를 선도해 중국과의 초격차를 더욱 확대시켜 나가야 한다. 

여섯 번째, 소재, 장비의 경쟁력 강화가 필요하다. 반도체는 전후 공정에 다양한 장비와 화학물질, 원재료 등이 투입된다. 일본, 유럽 등 해외 의존도가 매우 높은 실정이다. 일본의 수출제한 조치는 국제관계 갈등이 외교, 안보에서 기술패권으로 바꿨다는 의미다. 일본의 2차 보복 조치에 대비해야 한다.

일곱 번째, AI 반도체 특허 출현을 늘려야 한다. AI 반도체 분야 전 세계 출원 중 한국은 9.4%로 양적으로는 중국, 미국에 이어 3위다. 뉴모로픽 10.0%, 해외출원 66.1%로 상대적으로 높은 편이지만 질적으로 보면 중국과 미국에 비하면 한참 뒤 떨어진다. AI 반도체 산업을 

선점하기 위해서는 특허 출현은 필수 조건이다.

마지막으로 AI 강국으로 도약하기 위해서는 정부의 적극적인 지원 정책이 필요하다. 반도체 산업과 관련된 규제를 찾아 철폐해야 한다. 기업은 후발주자들과 기술 격차를 벌려가면서 AI 반도체 기술 개발에 집중해 AI 반도체 산업을 선점해야 한다. 한국경제 미래먹거리는 AI 반도체 산업이다. AI 반도체 산업 육성만이 살길이다.

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