AI 반도체, 미래 먹거리 삼아 기술 자립으로 글로벌 경쟁 우위 확보한다

AI 반도체 혜택, 대한민국도 받을 수 있다. AI 기술 발전과 함께 핵심 인프라로 떠오른 AI 반도체 분야에서 한국이 기술 자립을 강화하고 경쟁 우위를 확보하기 위한 다각적인 정책적 접근이 필요하다.

AI 시대, 고성능 반도체의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. ChatGPT와 같은 고도화된 AI 알고리즘은 인류의 역량을 확장하고 산업 및 사회 전반에 근본적인 변화를 가져오고 있다. 하지만 이러한 AI의 지속적인 발전과 확산을 위해서는 이를 뒷받침할 고성능 반도체가 필수적이다. 인간의 뇌처럼 AI 역시 특화된 반도체 없이는 혁신적인 발전에 한계가 있기 때문이다. 따라서 AI 반도체 개발과 관련 인프라 강화는 이제 국가적인 우선순위로 다뤄져야 할 시점이다.

기존의 GPU는 AI 작업을 수행할 수 있지만, 전력 효율성과 처리 속도 측면에서 명확한 한계를 지닌다. 게임이나 그래픽 처리를 위해 설계된 GPU는 AI 알고리즘의 독특한 연산 패턴을 최적화하는 데 제약이 많다. 반면, 뉴럴 프로세싱 유닛(NPU)과 같은 AI 특화 반도체는 이러한 한계를 극복하고 전력 소모를 줄이며 연산 효율성을 높여 AI 응용 프로그램의 확장성을 크게 높일 수 있는 혁신적인 기술이다. AI는 이제 데이터 센터를 넘어 온-디바이스 AI처럼 우리 산업과 생활의 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 이러한 AI-X(AI 변환) 시대에서 반도체 기술은 데이터와 알고리즘을 넘어서 AI 구현의 중심 축으로 자리 잡고 있다.

세계 각국은 AI 패권 경쟁에 돌입했다. 미국의 엔비디아(NVIDIA)는 AI 연산에 최적화된 GPU인 H100으로 시장을 선도하고 있으며, 내년 중순 발표될 차세대 블랙웰 GPU는 AI 연산의 새로운 표준을 제시할 것으로 기대된다. 엔비디아는 삼성전자와 SK하이닉스가 공급하는 고대역폭 메모리(HBM)를 통해 GPU 성능을 강화하며 AI 메모리 시장에서의 주도권을 더욱 공고히 하고 있다.

하지만 엔비디아의 독주를 견제하려는 움직임도 활발하다. 인텔은 ‘가우디2’ AI 가속기를 출시하며 점유율을 확대하고 있으며, 오픈AI는 TSMC 및 브로드컴과 협력하여 AI 연구에 최적화된 맞춤형 반도체 개발을 추진 중이다. 이는 반도체 자립성을 강화하고 시장 내 영향력을 확대하려는 전략적 의도를 보여준다. 우리나라에서도 리벨리온, 퓨리오사, 하이퍼 엑셀과 같은 스타트업들이 독자적인 칩을 개발하며 우리만의 생태계를 구축하려는 노력을 가속화하고 있다. 앞으로 AI 반도체 패권을 차지하기 위한 경쟁은 더욱 치열해질 것이며, AI 연산 특화 칩은 글로벌 AI 기술 주권을 확보하려는 각국과 기업들의 주요 무기가 될 전망이다.

한국은 AI 반도체 분야에서 PIM(Processing in Memory)과 NPU(Neural Processing Unit) 기술을 중심으로 경쟁력을 강화하고 있다. 전 세계 메모리 반도체 시장에서 60% 이상의 점유율을 차지하고 있는 기술력을 바탕으로, 메모리 내에서 AI 연산을 수행하는 PIM 기술을 선도하고 있다. 또한, 리벨리온, 퓨리오사, 모빌린트와 같은 국내 스타트업들은 NPU 개발에 박차를 가하고 있으며, 특히 리벨리온은 ISSCC 2024에서 엔비디아의 성능을 능가하는 NPU 관련 연구 성과를 발표하여 큰 주목을 받았다. 이러한 기술적 성과를 바탕으로 한국은 AI 반도체 시장에서 주도권을 잡을 가능성을 높이고 있다.

반도체 산업은 기술과 인력의 경쟁력이 절대적으로 중요한 분야이며, 최근 반도체 기술의 급속한 고도화와 치열한 글로벌 경쟁 속에서 인재 부족 문제는 더욱 심각해지고 있다. 이에 대응하기 위해 KAIST는 2023년에 반도체 설계에 중점을 둔 교육 과정을 제공하는 인공지능반도체대학원을 설립했다. 이 대학원은 AI 반도체에 특화된 커리큘럼을 통해 학생들에게 이론과 실습을 겸비한 교육을 제공하며, AI 알고리즘, AI 반도체, AI 응용 3가지 기술을 종합적으로 활용할 수 있는 실무 역량과 연구 능력을 갖춘 인재를 양성하고 있다. 최고 전문가들로 구성된 교원진은 학생들이 첨단 지식과 실무 경험을 쌓아 AI-X의 선도자가 될 수 있도록 지도하고 있다. 더불어 국내외 유수 대학 및 연구기관과의 공동 연구, 산학 협력 프로젝트, 해외 인턴십 프로그램을 통해 학생들은 글로벌 인재들과 교류하며 다양한 경험을 쌓고 국제적인 시각과 네트워크를 구축할 기회를 얻고 있다.

AI 반도체는 차세대 기술 경쟁의 중심축이며, 대한민국이 과학기술 주권을 확보하는 데 필수적인 요소다. 한국은 AI 반도체 분야에서 기술적 자립을 강화하고 경쟁 우위를 확보하기 위해 다음과 같은 정책적 노력을 기울여야 한다.

첫째, 경쟁국들과의 차별화를 위한 기술 선점에는 정부, 산업계, 학계 간의 긴밀한 협력이 필수적이다. 연구개발(R&D) 자금 지원을 확대하고, 정책적 인센티브를 통해 기업과 연구기관의 협력 연구를 독려해야 한다. 특히 메모리 강국의 이점을 살려 저전력 PIM을 기반으로 온-디바이스 AI 분야에서 세계를 선도하고, 뉴로몰픽 칩을 통해 초격차 선도 전략을 추진해야 한다. 또한, 기술 이전과 상용화를 촉진하는 법적·제도적 장치를 마련하여 연구 성과가 제품과 서비스로 연결될 수 있도록 지원해야 한다.

둘째, 혁신 인재의 발굴과 육성을 위한 관련 인프라 및 교육 프로그램 강화가 시급하다. 인공지능반도체대학원과 같은 특화된 교육 기관을 확대하여 AI 반도체 분야의 고급 인재를 지속적으로 배출하는 것이 중요하다. 교육 커리큘럼은 산업계와의 협력을 통해 실무 기반으로 설계하고, 산학 협력 프로그램을 통해 실습과 인턴십 기회를 제공하여 학생들이 이론과 실무를 균형 있게 습득할 수 있도록 해야 한다. 이러한 교육 프로그램을 통해 현장 적응력을 갖춘 고급 엔지니어를 육성해야 한다.

셋째, 엔지니어의 처우 개선과 글로벌 네트워크 형성이 중요하다. AI 반도체 인재에 대한 글로벌 수요가 높은 만큼, 국내 유수 인재들의 해외 유출을 방지하기 위한 정책적 노력이 필요하다. 국내 AI 반도체 산업 종사자에 대한 경쟁력 있는 보상 체계를 마련하고, 엔지니어들이 안정적으로 근무할 수 있는 환경을 조성해야 한다. 또한, 해외 우수 인재 유치를 위해 비자 발급 완화, 연구비 지원 등 유입 정책을 마련하여 글로벌 인재들이 한국 AI 반도체 산업에 기여할 수 있도록 해야 한다. 해외 우수 연구자들과의 인적 네트워크를 형성하여 세계 기술 동향에 선도적으로 대응하고 국제 시장을 능동적으로 개척해야 한다.

마지막으로, 국제 표준화와 AI-X와 같은 응용기술에 힘써 세계 시장을 선도해야 한다. AI 반도체 분야의 치열한 기술 경쟁 속에서 국제적 기술 표준화를 주도함으로써 시장 내 입지를 강화하고 해외 시장 진출의 기반을 마련해야 한다. 또한, AI 알고리즘, AI 반도체, AI 응용 기술을 종합적으로 활용하여 전 산업과 사회 전 분야에 AI 도입 및 활용을 가속화하는 AI-X를 국내 주요 기업 및 연구 기관과의 기술 협력을 통해 선도적으로 실현하고, 이를 통해 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 것으로 기대된다. 궁극적으로 AI 반도체 산업의 선도는 대한민국이 세계 G3로 미래 기술 패권을 쥐는 데 중요한 역할을 할 것이다.