승패가 확실히 갈린 'AI 반도체 시장 경쟁' 1라운드… 엔비디아, TSMC, SK하이닉스

승패가 확실히 갈린 'AI 반도체 시장 경쟁' 1라운드… 엔비디아, TSMC, SK하이닉스

■ AI 반도체의 승자와 패자
지난 2022년 11월 30일 미국 OpenAI가 ChatGPT를 공개한 지 2년이 지났다. 지난 2년간 다양한 생성형 AI가 개발되면서 세상은 AI 열풍이 불었다.
생성형 AI는, AI 반도체를 탑재한 서버상에서 동작한다. 그 AI 반도체를 둘러싸고 많은 반도체 제조사가 경쟁을 펼치고 있지만, 승자와 패자가 명확해지고 있다(그림 1).

우선, 설계에 대해서는, AI 반도체의 세계 점유율 약 80~90%를 독점하는 설계 전문업체 팹리스, 미 엔비디아(NVIDIA) 유일 강자가 되어, 프로세서 메이커의 미 인텔(Intel)이나 미 AMD는 고전을 당하고 있다.

다음으로 엔비디아의 GPU(Graphics Processing Unit) 등 AI 반도체 제조에 있어서는 웨이퍼에 칩을 만드는 전 공정도, 칩을 잘라내어 패키징하는 후 공정도, 모두 실행하고 있는 파운드리의 세계 최대기업, 대만 TSMC가, 이 또한 시장을 독점하고 있다.

또 엔비디아의 GPU 등 AI 반도체에는 D램을 세로로 적층한 광대역 메모리(High Bandwidth Memory, HBM)가 다수 탑재되는데 이 분야에서는 D램 세계시장 점유율 1위인 한국 삼성이 아닌 같은 점유율 2위인 한국 SK하이닉스(SK hynix)가 첨단 HBM 시장을 독점하고 있다.

요컨대 AI 반도체 경쟁 1라운드에서는 엔비디아, TSMC, SK하이닉스가 승자가 됐다. 그 상세한 것을 살펴보고자 한다.

■ 반도체 제조사의 매출액 순위
2017년 전반까지만 해도 인텔이 1위였다. 그런데 2018년 메모리 버블 때 삼성이 인텔을 제치고 처음으로 세계 1위에 올랐다. 그 메모리 버블은 2019년에 붕괴되어 인텔이 선두를 탈환했다. 여기에 2021~2022년 코로나 특수에서는 다시 삼성이 1위를 차지했다. 그 특수는 2023년에 걸쳐 끝이 났고, 삼성 및 인텔을 대신해 TSMC가 1위로 올라섰다.

그리고 2022년 11월 30일 ChatGPT가 공개된 후 2023년 초부터 엔비디아가 급격하게 매출액을 증가시키며 TSMC, 인텔, 삼성을 단번에 제치고 압도적인 1위를 차지했다.

여기서 TSMC와 삼성은 코로나 특수 종식에 따른 불황에서 벗어나 (엔비디아만큼은 아니지만) 매출액을 키우고 있다. 하지만 인텔은 부진을 면치 못하고 있어 2024년 3분기(Q3) 매출액이 133억달러에 불과해 Q4에는 HBM이 잘 나가는 SK하이닉스에 추월당할 상황이다.

그렇다 치더라도 엔비디아의 승승장구는 대단하다. 주된 반도체 메이커의 매출액의 연차 추이를 보면, 예측치이긴 하지만 엔비디아는 사상 처음으로 1000억달러를 넘는 반도체 제조사가 되는 것은 틀림없다.

그렇다면 왜 엔비디아의 매출액이 급증했을까.

■ 데이터센터용 반도체 매출액
생성형 AI는 AI 반도체를 탑재한 서버상에서 동작한다. 실제로는 이 AI 서버를 수만대 이상 나열한 데이터센터에서 생성형 AI가 운용되고 있다.

그래서 데이터센터 대상 기업별 반도체 출하액을 조사했다. 그러자 2021년부터 2022년에는 그 출하액에서 인텔이 1위를 차지했다. 그 무렵, 인텔은, PC용 프로세서에서 AMD에 격렬하게 추격당하고 있어 고전하고 있었지만, 서버용 프로세서에서는 AMD의 추월을 불허했다.

그런데 2022년 11월 30일 ChatGPT가 공개된 이후 인텔의 우위가 상실하게 되었다. 2023년 Q1에는 일찌감치 엔비디아가 인텔을 제쳤다. 그리고 그 후엔 엔비디아는 인텔에 압도적인 큰 차이를 내게 됐다.

반면 생성형 AI가 등장할 때까지 인텔에 압도당했던 AMD는 AI 반도체 개발에 주력해 엔비디아를 감당할 수 없지만 매출액이 지리멸멸한 인텔에 접근해 2024년 Q3에는 끝내 인텔을 (박빙이지만) 따돌리고 말았다.

이러한 엔비디아의 대약진 및 AMD의 성장의 배경에는 TSMC가 있다. 엔비디아도 AMD도 설계를 전문으로 하는 팹리스이며, 그 AI 반도체의 제조는 파운드리의 TSMC에 위탁하고 있다. TSMC는 첨단 프로세스로 엔비디아와 AMD의 AI 반도체를 만들어 그 약진을 뒷받침하고 있다.

반면 인텔은 최첨단 노광장치 EUV를 소화할 수 없어 최첨단 공정으로 AI 반도체를 제조하는 데 어려움을 겪고 있다. 그리고, 이것이 인텔의 부진의 원인과 직결되어 있다. 게다가 2021년에 인텔의 제8대 CEO에 취임한 팻 겔싱어가, 12월 1일, 이러한 부진의 책임을 지고 퇴임해 버렸다.

이처럼 AI 반도체 제조에 있어 파운드리 TSMC가 큰 역할을 하고 있다. 

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