AI 시대를 맞아 고도화된 데이터 분석과 실시간 처리 속도를 요구하는 AI 모델 구현의 핵심 인프라이자 전략적 자산인 AI 반도체 분야의 세계적 경쟁이 심화되고 있다. 이러한 상황 속에서 한국은 기술적 자립을 강화하고 경쟁 우위를 확보하기 위한 근본적인 문제 해결에 직면해 있다. 기존 GPU로는 AI 알고리즘의 독특한 연산 패턴을 최적화하는 데 한계가 있으며, 이는 전력 효율성과 처리 속도 측면에서 제약을 야기한다. AI는 이제 데이터 센터를 넘어 온-디바이스AI까지 확장되며 산업과 생활 전반에 걸쳐 AI-X 시대를 열고 있기에, AI 반도체 기술은 데이터와 알고리즘을 넘어서는 AI 구현의 중심축으로 자리 잡고 있다. 이에 정부는 AI 반도체에 대한 적극적인 투자를 통해 국가 경쟁력을 강화하고 국내 기업의 글로벌 시장 지위를 높여야 할 절박한 과제를 안고 있다.
현실은 이러한 과제를 더욱 명확하게 보여준다. 미국의 엔비디아는 H100 GPU로 AI 반도체 시장을 선도하며 독보적인 위치를 차지하고 있으며, 차세대 블랙웰 GPU 출시를 통해 AI 연산의 새로운 표준을 제시할 것으로 예상된다. 또한, 엔비디아는 삼성전자와 SK하이닉스가 공급하는 고대역폭 메모리(HBM)를 통해 GPU 성능을 강화하며 AI 메모리 시장에서의 주도권을 공고히 하고 있다. 이러한 가운데 인텔은 ‘가우디2’ AI 가속기로, 오픈AI는 TSMC 및 브로드컴과의 협력을 통해 자체적인 AI 연구에 최적화된 맞춤형 반도체 개발을 추진하며 엔비디아의 독주를 견제하려는 움직임을 활발히 보이고 있다. 우리나라에서도 리벨리온, 퓨리오사, 하이퍼 엑셀과 같은 스타트업들이 독자적인 칩 개발을 통해 자체적인 생태계를 구축하려는 노력을 가속화하고 있다. AI 반도체 패권을 차지하기 위한 경쟁은 더욱 치열해질 것이며, AI 연산 특화 칩은 글로벌 AI 기술 주권을 확보하려는 각국과 기업들의 주요 무기가 될 전망이다.
이러한 글로벌 경쟁 환경 속에서 한국은 메모리 반도체 시장에서 60% 이상의 점유율을 차지하는 강점을 바탕으로, 메모리 내에서 AI 연산을 수행하는 PIM(Processing in Memory) 기술을 선도하고 있다. 더불어 리벨리온, 퓨리오사, 모빌린트와 같은 국내 스타트업들은 NPU(Neural Processing Unit) 개발에 박차를 가하고 있으며, 특히 리벨리온은 ISSCC 2024에서 엔비디아의 성능을 능가하는 NPU 관련 연구 성과를 발표하며 기술력을 입증했다. 이러한 기술적 성과를 발판 삼아 한국은 PIM과 NPU 분야에서 AI 반도체 개발 역량을 강화하며 전 세계 AI 반도체 시장에서 주도권을 잡을 수 있는 가능성을 높이고 있다.
한국 반도체 산업의 미래를 이끌어 갈 전문 인력 양성 또한 시급한 과제이다. 반도체 기술의 급속한 고도화와 글로벌 경쟁 심화로 인해 인재 부족 문제가 심각해지고 있기 때문이다. 이에 KAIST는 2023년 반도체 설계에 중점을 둔 인공지능반도체대학원을 설립하여 AI 반도체에 특화된 커리큘럼을 통해 이론과 실습을 겸비한 교육을 제공하고 있다. 또한, AI 알고리즘, AI 반도체, AI 응용 3가지 기술을 종합적으로 다루는 실무 역량과 연구 능력을 갖춘 인재를 양성하기 위해 최고 전문가들을 교원으로 확보하고 있으며, 국내외 유수 대학 및 연구기관과의 공동 연구, 산학 협력 프로젝트, 해외 인턴십 프로그램을 통해 학생들의 글로벌 역량을 강화하고 있다.
이러한 문제 해결을 위한 한국의 정책적 전망은 AI 반도체 주권 확보를 향하고 있다. 첫째, 경쟁국들과 차별화된 기술 선점을 위해 정부, 산업계, 학계 간의 협력을 강화하고 연구개발(R&D) 지원을 확대해야 한다. 특히 메모리 강국으로서의 이점을 살려 저전력 PIM을 기반으로 온-디바이스 AI 시장을 선도하고, 뉴로몰픽 칩을 통해 초격차를 이루려는 전략이 필요하다. 둘째, 혁신 인재 발굴 및 육성을 위해 인공지능반도체대학원과 같은 특화 교육 기관을 확대하고, 산업계와의 협력을 통해 실무 기반 교육을 강화해야 한다. 셋째, 엔지니어의 처우를 개선하고 글로벌 네트워크를 형성하여 국내 유수 인재의 해외 유출을 막고 해외 우수 인재를 유치하는 정책이 필요하다. 마지막으로, 국제 표준화와 AI-X와 같은 응용 기술에 힘써 세계 시장을 선도해야 한다. 이러한 정책적 노력을 통해 대한민국은 AI 반도체 분야에서 독자적인 기술력을 확보하고 글로벌 경쟁에서 유리한 입지를 차지하며, 궁극적으로 세계 G3로 미래 기술 패권을 쥐는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
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