AI 시대의 핵심 동력인 AI 반도체 분야에서 한국이 기술적 자립과 경쟁 우위를 확보하기 위한 국가적 과제가 시급히 제기되고 있다. 고도화된 데이터 분석과 실시간 처리 속도를 요구하는 AI 모델의 성능은 AI 반도체 인프라에 직접적으로 달려 있으며, 이는 곧 국가 경쟁력과 직결되는 전략적 자산이기 때문이다. 이러한 중요성에도 불구하고, AI 반도체 시장을 둘러싼 글로벌 경쟁은 점차 심화되고 있으며, 한국은 기술적 종속에서 벗어나 독자적인 경쟁력을 갖추기 위한 다각적인 정책적 접근이 절실한 상황이다.
AI의 발전은 ChatGPT와 같은 혁신적인 성과를 통해 인류의 역량을 확장하며 산업과 사회 전반에 근본적인 변화를 일으키고 있다. 이러한 AI의 지속적인 발전과 확산을 위해서는 인간의 뇌와 같이 고성능을 발휘할 수 있는 맞춤형 하드웨어, 즉 AI 특화 반도체가 필수적이다. 기존의 GPU는 주로 게임이나 그래픽 처리를 위해 설계되어 AI 알고리즘의 독특한 연산 패턴을 최적화하는 데 한계가 있었다. 이에 비해 뉴럴 프로세싱 유닛(NPU)과 같은 AI 특화 반도체는 전력 효율성과 처리 속도를 획기적으로 개선하여 AI 응용 프로그램의 확장성을 높일 수 있다. 이제 AI는 데이터 센터를 넘어 온-디바이스 AI 형태로 우리 산업과 생활 곳곳에서 활용되는 ‘AI-X’ 시대로 접어들었으며, 반도체 기술은 AI 구현의 중심 축으로 자리 잡고 있다. 이러한 시대적 흐름 속에서 정부의 적극적인 AI 반도체 투자는 국가 경쟁력 강화와 국내 기업의 글로벌 시장 지위 향상을 위한 필수적인 발판이 될 것이다.
현재 AI 반도체 시장은 미국 엔비디아(NVIDIA)가 H100 GPU를 앞세워 독보적인 위치를 차지하고 있으며, 차세대 블랙웰 GPU 출시를 통해 시장 선도 입지를 더욱 공고히 할 것으로 예상된다. 엔비디아는 삼성전자와 SK하이닉스가 공급하는 고대역폭 메모리(HBM)를 활용하여 GPU 성능을 극대화하며 AI 메모리 시장에서의 주도권을 강화하고 있다. 그러나 이러한 엔비디아의 독주에 맞서 인텔은 ‘가우디2’ AI 가속기로 시장 점유율을 확대하고 있으며, 오픈AI는 TSMC 및 브로드컴과 협력하여 AI 연구에 최적화된 맞춤형 반도체 개발을 추진하는 등 견제 움직임도 활발하다. 이는 반도체 자립성을 강화하고 시장 내 영향력을 확대하려는 전략적 행보이며, AI 기술의 발전에 따라 다양한 연산 요구가 생겨나면서 맞춤형 AI 칩 개발의 중요성이 더욱 커지고 있음을 시사한다. 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. AI 연산 특화 칩은 단순한 하드웨어를 넘어 글로벌 AI 기술 주권을 확보하기 위한 핵심 무기가 될 것이다.
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) 기술과 NPU(Neural Processing Unit) 기술을 중심으로 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 리벨리온, 퓨리오사, 모빌린트와 같은 한국의 주요 스타트업들은 NPU 개발에 주력하고 있으며, 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 글로벌 시장에서의 주도권 확보 가능성을 높이고 있다.
이처럼 빠르게 고도화되는 반도체 기술 환경 속에서 인력 부족 문제는 더욱 심각해지고 있으며, 이에 대응하기 위한 인재 양성의 중요성이 강조되고 있다. KAIST는 2023년 반도체 설계에 중점을 둔 교육 과정을 제공하는 인공지능반도체대학원을 설립하여 한국 반도체 산업의 미래를 이끌 전문 인력을 체계적으로 양성하고 있다. 이 대학원은 AI 반도체에 특화된 커리큘럼을 통해 학생들에게 이론과 실습을 겸비한 교육을 제공하며, AI 알고리즘, AI 반도체, AI 응용 세 가지 기술을 종합적으로 펼칠 수 있는 실무 역량과 연구 능력을 갖춘 인재를 길러내고 있다. 또한, 최고 전문가들로 구성된 교원진을 통해 학생들은 첨단 지식과 실무 경험을 쌓아 AI-X 시대를 선도할 수 있는 역량을 키우고 있다. 더불어 국내외 유수 대학 및 연구기관과의 공동 연구, 산학 협력 프로젝트, 해외 인턴십 프로그램을 통해 학생들은 글로벌 인재들과 교류하며 국제적인 시각과 네트워크를 구축할 기회를 얻고 있다.
AI 반도체는 차세대 기술 경쟁의 중심축으로서 대한민국이 과학기술 주권을 확보하는 데 필수적인 요소이다. 이러한 목표를 달성하기 위해서는 다음과 같은 정책적 노력이 필요하다. 첫째, 경쟁국들과의 차별화를 위한 기술 선점을 위해 정부, 산업계, 학계 간의 협력을 강화하고 연구개발(R&D) 자금 지원 및 정책적 인센티브를 확대해야 한다. 특히 메모리 강국의 이점을 살려 저전력 PIM 기반의 온-디바이스 AI 시장을 선도하고, 뉴로몰픽 칩을 통한 초격차 기술 확보 전략이 필요하다. 둘째, 혁신 인재 발굴 및 육성을 위한 인프라 및 교육 프로그램 강화가 필수적이다. 인공지능반도체대학원과 같은 특화 교육 기관을 확대하고, 산업계와의 협력을 통해 실무 기반의 교육 커리큘럼을 설계하며 산학 협력 프로그램을 강화하여 현장 적응력을 갖춘 고급 엔지니어를 육성해야 한다. 셋째, 엔지니어의 처우 개선과 글로벌 네트워크 형성을 통해 국내 우수 인재 유출을 방지하고 해외 인재 유치를 위한 정책을 마련해야 한다. 경쟁력 있는 보상 체계와 안정적인 근무 환경을 조성하고, 비자 발급 완화 및 연구비 지원 등을 통해 글로벌 인재들이 한국 AI 반도체 산업에 기여할 수 있도록 해야 한다. 또한, 해외 우수 연구자들과의 인적 네트워크 형성을 통해 세계 기술 동향에 선도적으로 대응하고 국제 시장을 능동적으로 개척해야 한다. 마지막으로, 국제 표준화를 주도하고 AI-X와 같은 응용 기술 개발에 힘써 세계 시장을 선점해야 한다. AI 알고리즘, AI 반도체, AI 응용 기술을 종합적으로 활용하여 전 산업과 사회 전반에 AI 도입 및 활용을 가속화시키는 AI-X를 선도적으로 실현함으로써 세계 시장을 선점할 수 있는 여건을 조성해야 한다. 이러한 정책적 노력을 통해 대한민국은 AI 반도체 분야에서 독자적인 기술력을 확보하고 글로벌 경쟁에서 유리한 입지를 차지할 수 있을 것이며, 궁극적으로는 미래 기술 패권을 쥐는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
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