글로벌 AI 기술 패권 경쟁이 날로 치열해지고 있는 가운데, AI 시대의 핵심 인프라이자 전략적 자산인 AI 반도체 분야에서 한국의 기술적 자립 강화와 경쟁 우위 확보를 위한 정책적 노력이 시급한 상황이다. ChatGPT와 같은 고도화된 AI 알고리즘의 등장은 산업과 사회 전반에 혁신적인 변화를 가져왔지만, 이러한 AI의 지속적인 발전과 확산을 위해서는 인간의 뇌처럼 고성능을 발휘할 수 있는 특화된 하드웨어, 즉 AI 반도체가 필수적이다. 현재 널리 사용되는 GPU는 본래 그래픽 처리를 위해 설계되어 AI 알고리즘의 독특한 연산 패턴에 최적화되지 못하고 전력 효율성과 처리 속도에서 한계를 보이고 있다. 이에 대한 대안으로 전력 소모를 줄이고 연산 효율성을 높이는 뉴럴 프로세싱 유닛(NPU)과 같은 AI 특화 반도체의 중요성이 더욱 부각되고 있다. AI 기술이 데이터 센터를 넘어 온-디바이스 AI로 확장되면서, AI 반도체는 데이터와 알고리즘을 넘어서 AI 구현의 중심축으로 자리 잡고 있으며, 정부의 적극적인 투자와 지원이 국가 경쟁력 강화의 발판이 되어야 할 때이다.
현재 AI 반도체 시장은 미국 엔비디아(NVIDIA)가 AI 연산에 최적화된 GPU인 H100으로 시장을 선도하며 독보적인 위치를 차지하고 있다. 내년 중순 발표될 차세대 블랙웰 GPU는 AI 연산의 새로운 표준을 제시할 것으로 예상되며, 엔비디아는 고대역폭 메모리(HBM)를 통해 GPU 성능을 강화하며 AI 메모리 시장에서도 주도권을 놓치지 않고 있다. 그러나 엔비디아의 독주를 견제하려는 움직임도 활발하다. 인텔은 ‘가우디2’ AI 가속기를 출시하며 점유율을 확대하고 있으며, 오픈AI는 TSMC 및 브로드컴과 협력하여 AI 연구에 최적화된 맞춤형 반도체 개발을 추진하고 있다. 이러한 움직임은 반도체 자립성을 강화하고 시장 내 영향력을 확대하려는 전략의 일환이다. 한국에서도 리벨리온, 퓨리오사, 하이퍼 엑셀과 같은 스타트업들이 독자적인 칩 개발을 통해 한국만의 AI 반도체 생태계를 구축하려는 노력을 가속화하고 있으며, 앞으로 AI 반도체 패권을 차지하기 위한 경쟁은 더욱 치열해질 전망이다.
한국은 전 세계 메모리 반도체 시장에서 60% 이상의 점유율을 차지하는 강점을 바탕으로 AI 반도체 분야에서 경쟁력을 강화하고 있다. 특히 메모리 내에서 AI 연산을 수행하는 PIM(Processing in Memory) 기술을 선도하고 있으며, 리벨리온, 퓨리오사, 모빌린트 등은 NPU 개발에 박차를 가하고 있다. 특히 리벨리온은 ISSCC 2024에서 엔비디아의 성능을 능가하는 NPU 연구 성과를 발표하며 큰 주목을 받았다. 이러한 기술적 성과를 바탕으로 한국은 PIM뿐만 아니라 NPU 분야에서도 AI 반도체 개발 역량을 강화하며 세계 시장에서의 주도권을 확보할 가능성을 높이고 있다.
AI 반도체 산업의 경쟁력은 기술만큼이나 인력 양성에 달려 있다. 반도체 기술의 급속한 고도화와 글로벌 경쟁 심화로 인해 인재 부족 문제가 심각해지자, KAIST는 2023년 반도체 설계에 중점을 둔 교육 과정을 제공하는 인공지능반도체대학원을 설립하여 한국 반도체 산업의 미래를 이끌 전문 인력을 체계적으로 양성하고 있다. 이 대학원은 AI 반도체 특화 커리큘럼을 통해 이론과 실습을 겸비한 교육을 제공하며, AI 알고리즘, AI 반도체, AI 응용 등 세 가지 기술을 종합적으로 펼칠 수 있는 실무 역량과 연구 능력을 갖춘 인재를 길러내고 있다. 또한, 반도체 및 AI 분야 최고 전문가들을 교원으로 확보하고, 국내외 유수 대학 및 연구기관과의 공동 연구, 산학 협력 프로젝트, 해외 인턴십 프로그램을 통해 학생들이 글로벌 인재들과 교류하며 국제적인 시각과 네트워크를 구축할 수 있도록 지원하고 있다.
이러한 노력들은 대한민국이 AI 반도체 분야에서 독자적인 기술력을 확보하고 글로벌 경쟁에서 유리한 입지를 차지하는 데 중요한 역할을 할 것이다. 차세대 기술 경쟁의 중심축인 AI 반도체는 과학기술 주권 확보에 필수적이며, 한국은 이러한 기술적 자립과 인재 양성을 통해 미래 기술 패권을 쥐는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 이를 위해 경쟁국들과의 차별화된 기술 선점을 위한 연구개발(R&D) 자금 지원 확대와 정책적 인센티브 강화, 메모리 강국의 이점을 살린 저전력 PIM 기반의 온-디바이스 AI 및 뉴로몰픽 칩 선도 전략이 필요하다. 또한, 기술 이전과 상용화를 촉진하는 법적·제도적 장치 마련, 특화 교육 기관 확대를 통한 고급 인재 지속 배출, 산업계와의 협력을 통한 실무 기반 교육 커리큘럼 설계, 엔지니어 처우 개선과 글로벌 네트워크 형성을 통한 인재 유출 방지 및 해외 우수 인재 유치 정책이 뒷받침되어야 한다. 마지막으로, 국제 표준화 주도와 AI-X와 같은 응용 기술 선도를 통해 세계 시장을 선점해야 한다. 이러한 종합적인 정책적 노력을 통해 대한민국은 AI 반도체 분야에서 독자적인 기술력을 확보하고 글로벌 시장에서 경쟁 우위를 확보하여 세계 G3로 나아가는 중요한 발판을 마련할 수 있을 것이다.
About the Author
