[헤럴드경제=김지헌 기자] 챗GPT로 대표되는 인공지능(AI) 반도체에 대한 기대감이 커지면서, 대만 TSMC가 수혜를 입을 것이란 분석이 잇따르고 있다. AI 반도체 업계의 핵심 기업으로 평가되는 엔비디아가 칩 제조를 TSMC에 맡기고 있기 때문이다. AI용 반도체가 작동하는 서버에 메모리 칩 수요가 증가할 것이란 기대감이 커지는 가운데, TSMC를 넘어서기 위한 삼성 파운드리 기술력 선점이 절실하단 분석이 제기된다.

3일 대만 디지타임즈 등 외신 등에 따르면 최근 AI 칩 수요 증가에 따라 TSMC의 연간 매출이 증가할 수 있다는 분석이 제기됐다. AI 서버 등을 위해서는 고성능의 그래픽처리장치(GPU)가 필요한데, 이와 관련해 글로벌 파운드리 1위 업체인 TSMC에 대한 위탁 주문이 늘어날 수 있다는 평가다. 챗GPT용 GPU로 유명했던 엔비디아의 A100, H100 모두 TSMC가 맡고 있다.

또 대만 자유시보와 로이터 등에 따르면 세계 최대 GPU 기업인 엔비디아의 젠슨 황 최고경영자(CEO)가 차세대 반도체를 대만 TSMC에서 생산할 예정이라고 밝혔다. 보도에 따르면 황 CEO는 최근 타이베이시 난강전람관에서 열린 정보기술(IT) 박람회 ‘컴퓨텍스 2023’ 행사에 참석한 뒤 언론 인터뷰에서 이같이 밝혔다.

대만 출신인 황 CEO는 “우리의 차세대 AI 칩을 세계적 수준의 제조공정 기술과 방대한 생산능력, 놀라운 유연성을 갖춘 TSMC에서 계속 위탁 생산할 것”이라고 말했다. 이어 대만에서 칩을 생산하는 것이 전체 공급망의 완벽한 구조, 흠잡을 데 없이 우수한 품질, 수율과 생산원가 절감 측면의 상대적 우위 등 많은 이점이 있다고 덧붙였다. 그러면서 “나는 이곳(대만)에서 우리의 모든 공급망과 관련해 논의할 때 매우 안심이 된다고 느낀다”고 언급했다. 황 CEO는 향후 미국 애리조나주 TSMC 공장에서도 생산할 계획이라고 부연했다.

삼성전자 화성캠퍼스에 있는 반도체 생산 라인 내 클린룸 전경.[삼성전자 제공]

AI 시대는 이미 예견된 상황이었지만 지난해 말 생성형 AI인 챗GPT가 공개되면서 본격적인 시대 전환 국면을 맞이한 분위기다. 시장조사업체 트렌드포스는 최근 AI 서버 시장 내 출하량이 지난해보다 38.4% 늘어나면서, “올해 관련 출하량으로 120만대를 예상한다”이라고 밝혔다. 이같은 전망에 힘입어 엔비디아는 반도체 기업 중 사상 처음으로 시가총액 1조달러(약 1320조원)를 장중 돌파하기도 했다. 엔비디아가 주력 제품인 GPU를 바탕으로 AI용 데이터센터나 AI 개발 소프트웨어, 자율주행 프로그램 등으로 사업을 확장한 것이 높은 기업가치를 인정받는 이유가 됐다.

엔비디아의 GPU 칩을 직접 제작하진 않지만, 삼성전자나 SK하이닉스 등 국내 기업들의 메모리 칩 역시 GPU 구동에 따라 수요가 증가한다. GPU의 성능이 높아질수록, 기억 능력을 요구하는 데이터가 많아지기 때문이다.

트렌드포스는 AI 연산에 필요한 고성능 GPU 수요가 급증하면서, 여기에 탑재되는 고대역폭메모리(HBM) 수요 역시 58% 증가할 것으로 봤다. HBM은 D램 종류 중 하나로, 여러 개 D램을 수직으로 쌓아 일반 D램보다 데이터 전송 속도를 높인 제품이다. 트렌드포스는 내년에도 HBM의 수요가 추가로 30% 가량 증가할 것으로 예측했다.

트렌드포스에 따르면 지난해 글로벌 HBM 시장에서, SK하이닉스가 시장점유율 50%로 1위를 달리고 있다. 삼성전자와 마이크론이 각각 40%, 10%를 차지한 것으로 나타났다. 삼성 등 국내기업들은 ▷LLC D램 ▷HBM ▷HBM-PIM ▷CXL-D램 ▷CXL-PIM 등의 다양한 메모리 칩의 사용 확대 가능성을 기대하며 칩 개발에 열을 쏟고 있다.

다만 추가 시장을 확보하고 TSMC를 제치기 위해선,파운드리 기술력 확대가 결국 ‘관건’이란 분석이 제기된다. 엔비디아의 GPU 칩 생산 위탁을 받아올 필요가 있다는 지적이다. 실제로 긍정적인 분위기가 조성되고 있다는 평가가 나온다. 황 CEO는 컴퓨텍스 2023에서 기자들과 만나 “(여러분도 알다시피) 엔비디아는 삼성이 제조할 수 있고, 인텔이 제조할 수도 있다”며 위탁생산이 TSMC에 국한되지 않을 수 있다는 취지의 발언을 한 것으로 알려졌다. 삼성전자는 이달 11~16일 일본에서 열리는 반도체학회인 ‘VLSI 심포지엄 2023’에서 3나노 공정 사양을 발표할 예정이다. 특히 삼성전자가 개발 중인 3나노 2세대 공정에 대한 내용이 공개될 예정이라 눈길을 끈다. 사전 공개된 자료에 따르면 3나노 2세대 공정은 기존 4나노 공정과 비교해 속도는 22%, 전력 효율은 34% 높아진 것으로 나타났다. 삼성전자가 자사 4나노 공정과 비교해 차세대 공정 사양을 공개한 건 이번이 처음이다. 그동안 5나노 공정 대비 성능 30%, 전력 50%, 면적 35% 수준으로 개선되는 것만 설명해 왔다.

업계 관계자는 “파운드리 경쟁력 강화까지 이뤄내면 삼성이 명실공히 AI 칩 시장을 이끄는 업계 리더가 될 것”이라고 평가했다.