• 삼성전자 營業利益 9倍 增加, DS 部門이 牽引

• GPU 强者 엔비디아, AI半導體 强者로 우뚝

• 三星電子, AI 推論칩 ‘마하 시리즈’ 開發 集中

• SK하이닉스, 美 設備 投資로 最尖端 패키징 힘줘

三星電子가 4月 5日 實績 發表에서 올해 1分期(1~3月) ‘어닝 서프라이즈(市場 展望値를 뛰어넘은 實績)’를 記錄했다. 業界는 그 原動力으로 人工知能(AI)을 더욱 빠르고 正確하게 具現토록 해주는 核心 半導體인 高帶域幅메모리(HBM·High Bandwidth Memory)를 指目했다.

三星電子는 HBM을 만들어 AI 칩을 開發하는 顧客社에 納品하고 있다. 3月 21日에는 AI칩 開發 競爭에서 先頭를 달리는 엔비디아의 젠슨 黃 最高經營者(CEO)가 美國 캘리포니아州 새너제이에서 열린 年例 開發者 콘퍼런스 ‘GTC(GPU Tehcnology Conference) 2024’에서 “삼성전자의 HBM을 테스트하고 있다”고 말하며 파트너십 可能性을 言及해 三星電子의 株價가 크게 뛴 일도 있었다.

삼성전자의 營業利益은 6兆6000億 원으로 지난해 同期보다 約 9倍 以上(931.25%) 늘었다. 部門別로는 公開되지 않았는데, 證券街에선 이 가운데 HBM 等 半導體 事業을 擔當하는 디바이스솔루션(DS) 部門이 約 7000億~1兆 원을 牽引했을 것으로 본다.

HBM 等 메모리 半導體를 主力으로 만드는 美國의 마이크론도 2024年 2分期(지난해 12月~올해 2月)에 賣出이 前年 同期보다 57% 늘어난 깜짝 實績을 3月 21日 發表해서 市場을 놀라게 했다. 4月 22~26日 中 實績을 發表할 것으로 傳해진 SK하이닉스도 HBM 好況으로 展望値를 크게 뛰어넘는 好實績을 發表할 것이란 展望이 優勢하다.

세 企業을 꿰뚫는 共通分母는 HBM이다. HBM은 AI칩에 核心 要素로 指目된 半導體로, AI 開發 烈風이 불고 있는 時代 흐름에 順應하고, 生産에 最適化된 製品을 發掘하고자 한 企業들의 努力이 빚어낸 結果다.



半導體는 이제 AI를 빼놓고는 말할 수 없다. 現在를 ‘AI 半導體의 時代’라 하는 理由다. 같은 半導體를 만들더라도 AI와 聯關돼 있지 않다면 市場에서 淘汰되는 境遇도 많이 目擊된다. 反面 AI에 革新을 만들 半導體를 만들어낸다면 世上의 모든 照明을 받는 時代다.

AI를 만나 되찾은 ‘半導體의 봄’

半導體 市場은 지난 한 해 동안 글로벌 景氣沈滯, 美國과 中國의 貿易 葛藤, 러시아와 우크라이나 戰爭 等의 影響으로 不況을 겪었다. 半導體 企業들은 一部 生産量을 줄이는 ‘減産’을 決定하는 等 허리띠를 졸라매는 水準에까지 이르렀다. 하지만 올해 初부터 雰圍氣가 바뀌었다. 글로벌 빅테크 企業들 사이에서 AI 開發 烈風이 불면서 反騰하기 始作했다.

特히 글로벌 企業의 主要 人士들은 1月 9~12日 美國 라스베이거스에서 열린 世界 最大 家電·IT 博覽會 ‘CES 2024’에서 日常生活에서 쓰는 家電製品에 AI가 椄木된 結果物들을 目睹하고 “AI에 未來가 있다”는 確信을 가진 것으로 傳해진다. 以後 너도나도 AI 開發에 뛰어들며 自然스럽게 AI 驅動에 必要한 半導體의 需要도 同伴해서 올랐다.

半導體는 그동안 AI의 核心 頭腦 役割을 해오던 中央處理裝置(CPU), 그래픽處理裝置(GPU)의 자리를 이미 代替했고, 이어 AI에 特化된 AI 半導體가 開發되기에 이르렀다. AI 半導體는 AI 서비스 具現에 必要한 大規模 演算을 超高速, 超戰力으로 實行하는 效率性 側面에 맞춰져서 만들어졌다. 좁게는 AI 作業을 進行하는 非메모리 半導體, 넓게는 AI 作業 過程에 들어가는 메모리, 非메모리 半導體를 統稱한다.

現在 AI 半導體 市場은 工場 없이 半導體 設計를 專門으로 하는 ‘팹리스’, 팹리스의 設計를 받아서 半導體를 만들어주는 ‘파운드리(半導體 受託生産)’, HBM과 같은 高性能 D램을 묶어 하나의 칩처럼 作動하게 하는 ‘最尖端 패키징’으로 나뉜다. 企業들은 各自의 規模, 與件 等을 考慮해 세 가지를 모두 消化하거나, 한 가지에 集中하고 있다. AI 半導體 市場規模는 올해 特히 飛躍的으로 成長해 3年 안에 100兆 원을 넘길 것이란 展望도 나온다. 市場調査業體 가드너는 2027年 AI 半導體 市場이 1194億 달러(藥 155兆 원)로 成長할 것으로 豫測했다.

美國의 엔비디아는 AI칩 開發을 둘러싼 世界 競爭에서 가장 앞서가고 있다. 이는 GPU 德分이다. AI 開發이 始作된 後 GPU가 ‘AI의 年産 作業을 가장 잘 遂行할 수 있는 半導體’로 注目받으면서 엔비디아가 만드는 GPU의 需要가 幾何級數的으로 增加했다.

以前까지 大部分의 PC 等에선 어려운 作業을 精確하게 해낼 수 있는 CPU가 演算을 도맡았다. 하지만 AI가 厖大한 情報를 빠르게 演算할 수 있도록 開發되면서 CPU보다 많은 情報를 한꺼번에 處理할 수 있는 GPU가 脚光받기 始作했다. GPU는 그래픽 處理 때 畵面에 띄울 數萬 個 픽셀(화소)을 單番에 表現하는 裝置다. 이와 같은 方式으로 많은 情報를 處理할 수 있어 AI 具現에 적합했다.

이를 看破한 엔비디아는 2016年부터 게임 그래픽카드 事業에서 AI GPU 디자인 事業을 主力으로 삼았고, 全體 GPU 市場의 約 98%를 占有하며 AI 칩 開發에서도 先頭走者로 跳躍했다. 創業主로 30年 넘게 會社를 지킨 젠슨 黃 CEO의 經營 리더십을 빼고는 說明하기 힘든 成果다. 臺灣系 美國人인 그는 엔지니어 出身이라곤 믿기 힘든, 卓越한 手腕과 視角으로 會社를 經營, GPU 販賣量을 높이고 最大 收益을 創出했다.

젠슨 黃의 建材로 30年間 會社 主人이 交替될 일이 없었던 엔비디아는 ‘리더십 리스크’ 없이 安定的 經營體制를 構築하면서 GPU와 AI 開發에 集中할 수 있었던 것으로도 보인다. 1對 1 報告 없이 職員들의 7~8時間 爛商 討論을 통해 會社의 懸案을 處理토록 한 特有의 勤務 環境도 엔비디아를 일으킨 힘으로 評價받는다.

올해 初 競爭社 AMD와 인텔이 新製品을 出市하면서 競爭을 豫告하기도 했지만 아직까진 엔비디아를 追擊하기엔 力不足이란 評價가 支配的이다. 엔비디아는 主로 半導體를 設計하고 工程은 他 企業의 파운드리에 맡기는 ‘팹리스’의 代表 格으로 불린다. 이런 構造的 要因으로 많은 資本이 硏究와 開發에 投資되고 他 企業들보다 한발 앞선 AI 칩들을 내놓고 있다.

엔비디아는 3月 19日 ‘GTC 2024’에서 次世代 AI칩 ‘B100’을 公開했다. 이 칩은 새로운 GPU 블랙웰을 基盤으로 만들어졌다. 블랙웰은 2年 前 發表된 엔비디아 호퍼(Hopper) 아키텍처의 後續 技術이다. 게임 理論과 統計學을 專攻한 數學者이자 黑人으로는 最初로 美國國立科學院에 立會한 데이비드 해럴드 블랙웰을 기리기 위해 붙여진 이름이다. B100은 現存하는 最新 AI 칩으로 評價받는 엔비디아 H100의 推論 性能을 30倍 뛰어넘는다고 엔비디아는 說明했다. 젠슨 黃 CEO는 “블랙웰은 모든 産業에서 AI를 具現시키며, 우리 會社 歷史上 가장 成功的 製品이 될 것”이라고 强調했다.

三星·SK의 힘은 ‘매뉴팩처링’

엔비디아는 韓國 企業들의 核心 顧客이다. SK하이닉스는 엔비디아에 HBM을 供給하고 있고, 三星電子는 엔비디아로부터 칩 製作을 委託받아 生産하고 있다. 이 때문에 엔비디아의 事業 成敗는 SK하이닉스, 삼성전자에도 相當한 影響을 준다. 겉으로 보기엔 엔비디아에 HBM을 納品, 委託 生産하는 우리 企業들의 現況이 多少 不安해 보이는 面이 있다. 企業의 運命이 엔비디아에 依해 左右되는, 能動的이지 못한 事業 構造로 비칠 수 있어서다. 實際 株主들이나 一部 關係者 사이에선 이런 憂慮가 적지 않은 것으로 傳해진다.

하지만 仔細한 背景과 事情을 살펴보면 ‘製造業’에 强點이 있는 우리 企業들의 特性이 反映된 最適의 狀況이란 事實을 알게 된다. 10年 가까이 삼성전자에서 일한 이종철 法務法人 율촌 辯護士는 3月 記者와 인터뷰하면서 “삼성전자는 오랜 期間 소프트웨어에 비해 ‘매뉴팩처링(製造 및 生産)’ 技術에 强點을 보여왔다”고 말했다. AI를 例로 든다면, AI의 頭腦보다는 AI 서비스 作業을 하는 裝置를 만드는 데 더 强하다는 뜻이다.

三星電子, SK하이닉스가 市場占有率에서 上位圈에 位置한 HBM도 頭腦보다 裝置에 가깝다. HBM은 AI의 演算裝置 가까이에 位置해 情報를 누구보다 빠르게 傳達할 수 있는 ‘니어 메모리(Near Memory)’ 中 하나다. 情報가 오가는 出入口인 핀의 個數가 적은 D램을 여러 個 모아 垂直으로 쌓은 後에 1000個가 넘는 구멍을 中央에 뚫어서 情報의 出入 通路를 擴大한 劃期的 메모리 半導體다.

HBM의 性能은 D램을 몇 個까지 쌓을 수 있느냐가 關鍵이다. HBM은 SK하이닉스가 2013年 처음 만들었고, 삼성전자와 함께 나란히 D램을 12段까지 쌓은 5世代 HBM ‘HBM3E’ 實物을 公開하고 最近 量産을 始作하기 위한 作業에 들어갔다. 이 裝置에서만큼은 韓國 企業들이 他의 追從을 不許하고 있다. HBM은 AI칩 하나에 最小 4個가 들어가는 點을 考慮하면 大量生産이 必要한 裝備란 特性도 있다. 工場을 運營하면서 高性能의 裝備를 大量으로 生産하는 데 能한 韓國 企業들로선 HBM이 AI 半導體 市場에서 影響力을 보일 最適의 手段이 됐다고 볼 수 있다.

HBM에서 보이는 우리 企業들의 優位는 傳統的으로 製造業에 剛한 우리 産業의 特色이 그대로 反映된 結果라는 말도 나온다. 오랜 期間 安着된 製造業 生態系는 自動車, 2次電池 等에서 韓國 企業들이 頭角을 나타낼 수 있는 밑거름이 되기도 했다. HBM 亦是 마찬가지다. 이런 가운데 우리 企業들은 HBM을 持續的으로 硏究하며 한 次元씩 더 높이는 開發도 이뤄내 世界市場을 先導하고 있다. 製造業이 剛한 韓國 企業과 HBM의 宮合은 最上이라고 봐도 無妨한 셈이다.
永遠한 同志도, 적도 없다

모든 分野가 그렇듯, AI 半導體 市場 亦是 永遠한 적도, 同志도 없다. 競爭 構圖는 언제든지 再編될 可能性이 있다. 現在 그 열쇠를 三星電子가 쥐려하고 있어 業界의 耳目이 集中된다. 三星電子는 AI 推論칩 ‘마하-1’과 ‘마하-2’를 連이어 開發하겠단 意志를 보였다.

마하-1은 3月 20日 定期株主總會에서, 마하-2는 경계현 三星電子 DS副文章(社長)이 自身의 社會關係網서비스(SNS) 計定에서 開發 計劃을 밝혔다. 警 社長은 “一部 顧客은 1T 파라미터(使用者가 願하는 方式으로 資料가 處理되도록 命令語를 入力할 때 追加하거나 變更하는 數値 情報) 以上의 큰 애플리케이션에 마하를 쓰고 싶어 한다”면서 “생각보다 빠르게 마하-2 開發이 必要한 理由가 생겼다. 準備를 해야 겠다”고 썼다.

마하-1과 마하-2는 모두 AI 推論칩이다. AI 칩은 데이터를 배우고 익히는 學習과 배운 것을 바탕으로 判斷하는 推論으로 나뉘는데, 三星電子는 둘 中 推論을 選擇해서 集中하겠단 戰略으로 마하 시리즈 開發에 나선 것이다. HBM 等 現在 開發 中인 半導體 패러다임에 局限하지 않고 AI 칩을 直接 開發, 生産함으로써 엔비디아 等 競爭 走者들의 牙城에 對한 挑戰도 게을리하지 않겠단 意志로 풀이된다.

推論칩 市場에 對한 肯定的 展望도 三星電子의 選擇을 앞당긴 것으로 보인다. 김동원 KB證券 硏究院은 “2030年 推論龍 AI 칩 市場은 1430億 달러(193兆 원)로 2023年(60億 달러) 對比 7年 만에 24倍 成長이 豫想된다”고 내다봤다.

SK하이닉스는 現在 先占한 最尖端 패키징에 조금 더 힘을 보태는 行步를 보일 것으로 展望된다. 4月 4日에는 2028年 下半期 陽傘을 目標로, 美國 인디애나주 웨스트라피엣에 38億7000萬달러(藥 5兆2000億 원)를 들여 AI 메모리用 最尖端 패키징 生産基地를 세우고, 現地에 있는 퍼듀大 等 硏究機關과 半導體 硏究·開發에 協力하기로 했다고 發表했다.

美國에 AI用 어드밴스드 패키징 生産基地를 짓는 것은 半導體業界 最初다. 곽노정 SK하이닉스 社長은 “이番 投資를 통해 黨舍는 갈수록 高度化하는 顧客 要求와 期待에 副應해 맞춤型 메모리 製品을 供給해 나갈 것”이라고 말했다.