2030년 137조원 시장 열린다…지능형반도체 한국 선도할까

삼성전자의 PIM반도체

[이데일리 김상윤 기자] 우리나라가 선도하는 메모리반도체가 ‘IT시대 쌀’이라면 지능형(AI)반도체는 ‘4차산업혁명 시대의 유기농으로 만든 빵’으로 불립니다. 한국 입장에서는 메모리반도체 중심의 산업구조를 시스템 반도체로 확장시킬 수 있는 기회가 될 수 있습니다.

정보통신정책연구원(KISDI)에 따르면 AI 반도체의 세계 시장 규모는 지난해 184억달러(약 21조원)에서 약 10년 뒤인 2030년 6배 성장해 총 1179억달러(약 137조원)에 이를 것으로 전망됩니다. AI반도체가 시스템 반도체 시장에서 차지하는 비중도 2020년 8%에서 2030년 31% 수준으로 확대될 것으로 예상됩니다.

우리나라는 삼성전자와 SK하이닉스가 있어 세계 최고의 반도체 제조강국입니다. 신기술 개발 및 선점에 유리한 환경을 갖추고 있고 다수의 자동차 및 전기전자업체 등 수요기업도 다수 있어 시스템반도체를 개발할 여건은 충분히 보유하고 있습니다.

물론 AI반도체는 고도의 기술력과 창의적인 아이디어가 뒷받침돼야 하는데 국내에는 이를 기반으로 반도체를 설계하는 팹리스(Fabless) 기업의 경쟁력이 떨어진다는 게 약점으로 꼽힙니다. 구글, 아마존, 테슬라 등 미국의 첨단 IT기업이 지능형 반도체 개발에 뛰어들고 있는 점은 위협요인으로 꼽힙니다. 파운드리 시장을 넓히는 기회가 있긴 하지만 상대적으로 약세인 설계기술 개발에서 한국이 뒤처질 우려도 있기 때문입니다.

삼성전자는 지난 2월17일 세계 최초로 인공지능(AI) 엔진을 탑재한 지능형 반도체를 개발했습니다. 기존 메모리 반도체에 AI프로세서를 탑재한 방식입니다. 메모리 안에 연산기능을 하는 프로세서가 들어있다고 해서 PIM(Processing-In-Memory)라고 불리기도 합니다. 메모리 내부에서 CPU의 일부 연산처리를 가능하도록 만들었기 때문에 데이터 처리 속도가 보다 빨라질 수 있습니다. 아울러 CPU와 메모리 간 데이터 이동이 줄어들어 에너지효율도 늘릴 수 있습니다. 혹자는 아직은 프로세서 같은 기능을 하는 것은 아니니 특정기능을 하는 메모리반도체인 ‘FIM(Function-In-Memory)’이라고 부르는 게 맞는다고 주장하기도 합니다.

이는 전통적으로 중앙처리장치(CPU)가 메모리에서 명령어를 불러오고 연산 처리한 뒤 그 결과를 다시 메모리에 저장하는 방식인 ‘폰 노이만 구조’에서 벗어난 기술입니다. CPU 옆에 메모리를 붙이는 프로그램 내장방식을 처음 고안한 헝가리 출신 물리학자의 이름을 딴 방식이죠. 폰 노이만 구조에서는 CPU와 메모리 사이에 하나의 통로로 통해 순차적으로 데이터가 이동하며 처리되는데(직렬처리), 처리해야 할 데이터양이 많아지면 지연현상이 생길 수밖에 없습니다. 구글, 페이스북, 테슬라 등 글로벌 IT기업들이 주로 폰노이만 구조를 변형해 시스템반도체 중심의 AI반도체 개발에 나서고 있는 것과 달리 삼성전자는 메모리 중심 AI반도체 개발로 나선 것입니다.

설계에 강점을 가진 미국, 영국기업들은 메모리분야에 강점을 가진 한국기업들이 시스템반도체 시장에 진입하려는 것을 탐탁지 않아 하는 기류가 있습니다. 반도체 설계기술이 한국, 대만, 중국기업까지 흘러가 반도체시장을 완전히 넘겨줄 경우 4차산업혁명시대에 패권이 아시아로 넘어갈 수밖에 없다는 우려 때문입니다. 이런 상황에서 우리기업이 독자적으로 AI반도체를 개발하긴 쉽지 않을 것이고 미국, 영국기업과 생태계를 꾸리면서 차츰 기술 선점에 나설 것이라는 관측이 나옵니다.