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고성능·고용량메모리 개발 속도내는 삼성·하이닉스...AI반도체 시장 잡는다

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2026년 AI 반도체 시장 100조원 넘을 듯…“메모리 중장기 성장 동력”

 

 

글로벌 경기 침체로 '반도체 한파'가 몰아닥친 가운데 최근 업계의 화두인 인공지능(AI) 챗봇 '챗GPT'를 중심으로 향후 AI 반도체 수요가 폭증할 것이라는 장밋빛 전망이 나온다.

 

삼성전자와 SK하이닉스도 AI 반도체가 중장기적으로 메모리 시장의 성장 동력이 될 것이라는 기대를 내비친 데 이어 고성능·고용량 메모리 개발에 더 속도를 낼 것으로 보인다.

 

5일 시장조사업체 가트너에 따르면 2020년 220억달러(한화 약 27조원) 규모였던 AI 반도체 시장 규모는 올해 553억달러(약 69조원) 규모로 커질 것으로 예상된다. 오는 2026년에는 861억달러(약 107조원)까지 성장할 전망이다.

 

최근 음성인식, 기계번역, 자율주행, 메타버스 이미지 분류 등 AI 산업의 응용 분야는 지속해서 확대하고 있다.

 

현재 AI 분야에서 주로 사용되는 반도체는 데이터를 한 번에 대량으로 처리하는 '병렬 처리' 방식의 그래픽처리장치(GPU)다. GPU 시장에서 80% 이상의 점유율을 차지하는 엔비디아는 챗GPT 돌풍에 힘입어 1월 한 달간 주가가 30% 이상 급증하기도 했다.

 

이런 GPU 제품에는 고대역폭 메모리(HBM)를 비롯한 D램이 대거 탑재된다.

 

업계에서는 서비스 학습 과정이 텍스트뿐만 아니라 이미지와 비디오, 생체 신호 등 모든 데이터 형식을 커버하는 멀티모달 형식으로 진행될 것으로 예상되는 만큼 학습과 추론을 위한 서버 인프라 투자도 확대될 것으로 보고 있다.

 

이 과정에서 메모리 수요도 늘어나며 현재 침체 상태인 업황도 반등할 것으로 전망된다.

 

김재준 삼성전자 메모리사업부 부사장은 지난달 31일 작년 4분기 실적 콘퍼런스콜에서 "자연어 기반 대화형 AI 서비스가 미래 메모리 수요에 긍정적인 영향이 있을 것으로 기대한다"며 "AI 기술에 기반한 모델의 학습과 추론을 위해서는 대량 연산이 가능한 고성능 프로세스와 이를 지원하는 고성능 고용량 메모리 조합이 필수적"이라고 말했다.

 

챗GPT 등 AI 기반 서비스가 확장되면 GPU 등에 직접 데이터를 제공하는 고성능 HBM과 AI 학습 데이터 처리를 위해 지원하는 중앙처리장치(CPU)의 양, 128GB 고용량 서버 D램의 수요가 장기적으로 증가할 것으로 기대했다.

 

SK하이닉스도 PC나 스마트폰 등 디바이스 기반으로 성장했던 종전과 달리 테크놀로지, 플랫폼, 콘텐츠 기반의 데이터가 주도하는 성장이 가속화될 것으로 진단했다.

 

박명수 SK하이닉스 D램 마케팅 담당은 1일 콘퍼런스콜에서 챗GPT에 대해 "언어 모델의 확장성, 대중을 활용한 AI의 일반화와 상용화라는 점에서 파급성이 크다"며 "향후 웹 3.0으로 발전하면 기술적 진화에 따른 메모리뿐만이 아니라 업계 전반의 활용 확장 가능성은 매우 크다"고 분석했다.

 

이어 "메모리 관점에서는 속도와 용량이 중요하다"며 "기존 서버 메모리 중에서 특히 128GB급 이상의 모듈 수요가 빠르게 성장하고 추후에는 64GB에서 128GB로 넘어가는 크로스오버 시점도 당길 수 있는 이벤트"라고 판단했다.

 

이에 따라 삼성전자와 SK하이닉스는 차세대 반도체 개발에 사활을 건다는 계획이다.

 

김 부사장은 "시장이 요구하는 고성능, 고용량 메모리 개발을 통해 AI 서비스 관련 수요 증가세에 적극 대응할 계획"이라고 강조했다.

 

삼성전자는 다양한 차세대 메모리 솔루션 개발과 글로벌 IT 기업과의 협력 등을 통해 메모리 패러다임 변화에 나서고 있다.

 

앞서 2021년 세계 최초로 메모리 반도체와 AI 프로세서를 하나로 결합한 HBM-PIM(지능형 반도체)을 개발한 데 이어 AI와 머신러닝 등 데이터센터 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 CXL 기반 D램 메모리 기술을 내놓기도 했다. 작년 5월에는 기존 대비 메모리 용량을 4배 높인 512GB CXL D램을 개발했다.

 

작년 12월에는 네이버와 손잡고 AI 시스템의 데이터 병목을 해결하고 전력 효율을 극대화할 새로운 반도체 솔루션을 함께 개발하기로 했다.

 

 

SK하이닉스가 생산하는 고대역폭 제품인 HBM3는 엔비디아의 'H100'에 탑재돼 가속컴퓨팅 등 AI 기반 첨단기술 분야에 공급되고 있다.

 

HBM3는 HBM 4세대 제품으로 초당 819기가바이트(GB)의 데이터를 처리할 수 있다. 이는 풀HD 영화 163편을 1초에 전송하는 수준이다.

 

이 같은 기술 발전이 메모리 업계에도 중장기 성장 동력이 될 것이라는 기대도 나왔다.

 

한편 최근 화제의 중심에 선 챗GPT는 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)와 실리콘밸리의 유명 투자자 샘 올트먼 등이 공동 설립한 미국의 비영리 연구소 '오픈AI'가 개발한 대화형 AI 챗봇이다.

 

챗GPT(GPT-3.5) AI 모델의 성능 수준인 매개변수는 공개되지 않았지만 전 모델인 GPT-3는 매개변수가 1천750억개에 달했다. 연내 공개가 예상되는 다음 모델 GPT-4의 매개변수는 조 단위(1조∼100조개)로 예상된다.

 

오픈AI는 최근 올해 2억달러의 매출 달성을 목표로 제시했다. 마이크로소프트(MS)는 최근 챗GPT 개발사인 오픈AI에 100억달러(약 12조3000억원)를 투자하기로 했다.

 

이런 가운데 구글 모회사 알파벳의 최고경영자(CEO) 순다르 피차이는 2일(현지시간) 구글이 수주 또는 수개월 내 자사의 인공지능(AI) 언어 프로그램 '람다'와 같은 AI 기반의 광범위한 언어를 사용하는 프로그램을 출시할 것이라고 밝혔다. 네이버도 올해 상반기에 생성형 AI '서치GPT'를 선보일 계획이다.

 

헬로티 김진희 기자 |










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