요즘 하루가 멀다 하고 반도체 뉴스가 쏟아집니다. ‘애플, AI 반도체 개발 중’ ‘삼성전자-SK하이닉스, 5세대 HBM 격돌’ 같은 인공지능(AI) 반도체 관련 뉴스가 유독 많이 보입니다. 챗GPT로 대표되는 생성형 AI가 열풍을 일으킨 후 나타난 변화입니다.

챗GPT가 AI 시대를 열 수 있었던 것은 반도체의 힘이었습니다. AI 반도체를 개발한 엔비디아 주가는 급등하며 시가총액 3위까지 올랐습니다. 엔비디아의 AI 칩은 없어서 못 팔 정도입니다. AI 반도체는 게임 체인저로서 시장의 전환을 이끌고 있습니다. 기존 반도체 기업은 물론 구글·애플·아마존 같은 빅테크 기업까지 AI 칩 개발에 뛰어들었습니다. 시장을 80% 이상 장악한 엔비디아에 맞서 AI 칩을 안정적으로 확보하기 위해서입니다.

글로벌 반도체 공급망에도 변화가 나타나고 있습니다. 미국은 “실리콘(반도체)을 다시 실리콘밸리로”라고 외치며 반도체 설계부터 생산까지 자국 중심의 공급망을 구축하고 있습니다. 520억 달러(약 70조 원)의 보조금까지 내걸고 반도체 생산 공장을 유치하고 있습니다.

최첨단 반도체를 안정적으로 공급받는 것은 국가 안보에도 중요한 일입니다. 미래 전쟁에서는 AI를 활용한 첨단 무기 체계가 승패를 가를 변수가 될 수 있기 때문입니다. AI가 반도체 시장을 어떻게 바꾸고 있는지, 자국 중심주의를 앞세운 미국의 반도체 공급망 재편을 어떻게 봐야 할지 등을 4·5면에서 살펴봤습니다.

반도체 강자부터 빅테크까지 개발 뛰어들어'산업의 쌀' 넘어 AI 시대 '경쟁력' 핵심 됐죠

반도체는 우리 생활에 없어서는 안 될 필수품입니다. 컴퓨터·스마트폰은 물론 TV·냉장고·세탁기·자동차까지 거의 모든 전자제품에 들어가죠. 반도체가 ‘산업의 쌀’로 불린 이유도 여기에 있습니다. 이제는 반도체 앞에 ‘전략 자산’ ‘무기’라는 표현이 붙습니다. AI 시대를 맞아 국가경쟁력과 안보의 핵심 요소가 됐기 때문입니다.

안 쓰이는 곳 없는 반도체

반도체(半導體, semi-conductor)는 철, 구리 등 전기가 잘 통하는 도체(導體)와 나무, 플라스틱같이 전기가 통하지 않는 부도체(不導體)의 중간 정도 되는 물질입니다. 그래서 이름이 ‘반(半)’도체죠. 순수한 상태의 반도체는 전기가 통하지 않는 부도체와 비슷한 특성을 보이지만, 빛이나 열을 가하거나 특정 불순물을 첨가하면 도체처럼 전기가 흐릅니다. 이를 통해 전자기기를 제어하거나 정보를 저장하는 역할을 할 수 있죠.

현재 반도체의 선조 격인 진공관은 진공 속에서 전자의 움직임을 제어함으로써 전기신호를 증폭시키는 장치였습니다. 라디오와 TV 같은 전자제품에 사용했는데, 부피가 크고 전기도 많이 먹고 작동하는 데 시간이 오래 걸렸습니다. 1947년 진공관에 비해 작고 빠르게 작동하는 트랜지스터가 개발되면서 전자부품 소형화 시대가 열립니다. 그리고 1958년에 트랜지스터 여러 개를 하나의 기판에 모아놓은 집적회로(IC)가 개발되면서 반도체 시대가 본격화됩니다.

AI 시대 경쟁력의 핵심

반도체는 어떻게 인공지능(AI)을 발전시켰을까요? AI를 개발하기 위해 과학자들은 인간의 신경망을 따라 하려 했습니다. 인공신경망에는 인간의 뇌세포에 해당하는 수백만 개에서 수조 개의 매개변수가 필요한데, 학습시킬 때마다 신경망 내 값을 바꿔줘야 했죠. 하지만 연산 능력(컴퓨팅 파워)에 한계가 있었습니다.

인공신경망이 반도체를 만나면서 이 문제가 해결됐습니다. AI 반도체 강자인 엔비디아의 그래픽처리장치(GPU)가 그것인데요, 원래 GPU는 3차원(3D) 게임 같은 고품질 그래픽 처리를 위해 개발됐습니다. 컴퓨터의 두뇌에 해당하는 중앙처리장치(CPU)는 복잡한 명령어를 순차적으로 처리합니다. 이에 반해 GPU는 단순하지만 여러 데이터를 동시에 처리하는 병렬연산이 가능하죠. GPU가 AI를 학습시키는데 적합하다는 것이 밝혀지면서, AI는 비약적으로 발전하게 됩니다.

엔비디아가 GPU 기술을 기반으로 출시한 AI 칩은 없어서 못 팔 정도입니다. AI 가속기(데이터 학습·추론에 특화된 반도체 패키지) 제품인 H100의 개당 가격은 5000만 원이 넘고 주문해서 받으려면 1년이 걸린다고 합니다. 그러자 마이크로소프트, 구글, 아마존, 메타 등 빅테크 기업들은 자체 AI 칩 개발에 뛰어들었습니다. 최근엔 애플까지 가세해 AI 칩 개발 경쟁은 더욱 치열해지고 있습니다.