'초거대 AI' 정교해질수록 메모리 반도체 수요↑… 국내 기업 '훈풍' 불까

[편집자주]인공지능(AI) 모델을 활용한 서비스가 상용화되면서 방대한 데이터와 연산 규모를 빠르게 처리할 수 있는 차세대 메모리 반도체가 필수 요소로 떠올랐다. D램 등 메모리 반도체 수요도 AI의 고도화와 맞물려 증가할 것으로 전망된다. AI 구동시 필요한 HBM3 등 고성능 D램을 공급하는 삼성전자와 SK하이닉스 등 국내 기업들이 수혜를 누릴 수 있을지 주목된다.

세계 최대 그래픽처리장치(GPU) 기업 엔비디아의 '어닝 서프라이즈'(깜짝 호실적)와 함께 D램 등 메모리 반도체를 생산하는 국내 반도체 기업들도 침체기를 벗어날 수 있을지 관심이 모인다. 생성형 인공지능(AI) 개발 및 상용화가 본격화되면서 데이터 저장과 연산에 필수적인 GPU를 공급하는 엔비디아의 실적에 청신호가 켜졌다. 지난 5월25일 발표한 엔비디아의 1분기 매출은 71억9000만 달러(약 9조5400억원)로 집계돼 시장 예상치 65억2000만 달러(8조6585억원)를 크게 상회했다. AI가 정교해지고 성능이 개선돼 데이터 양과 처리 속도가 증가함에 따라 다량의 데이터를 빠르게 처리할 수 있는 메모리 반도체 기술의 필요성이 커지고 있다.

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챗GPT 인기에… 몸집 키워가는 '메모리 반도체' 시장

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오픈AI의 챗GPT를 선두로 한 생성형 AI 시장이 커지면서 메모리 반도체에 대한 수요가 크게 늘고 있다. AI의 두뇌 역할을 하는 비메모리 반도체인 GPU와 함께 연산과 저장에 필요한 D램(DRAM) 등 메모리 반도체의 중요성이 대두되면서다.

시장조사업체 퓨처마켓인사이트에 따르면 세계 메모리 반도체 시장 규모는 2023년 1720억달러(227조1776억원)에서 2033년 3545억달러(468조2236억원)로 커질 전망이다. 2023년부터 2033년까지 매년 연평균 7.5% 성장할 것으로 봤다.

고대역폭메모리(HBM)를 비롯한 고성능·고용량 D램은 초거대 AI가 상용화됨에 따라 이를 원활하게 작동시키는 역할을 한다. D램은 IT 서버나 기기 내에서 GPU 연산 내용 등을 기억하고 저장한다. 램의 속도는 연산 속도에 영향을 미쳐 최종적으로 AI의 성능을 좌우하는 요인이다.

고급 GPU에 탑재되는 고속 램(RAM) 인터페이스인 HBM은 D램을 수직으로 여러개 쌓아 만든 것이다. 고용량의 데이터를 구현하면서도 지연 시간이 적어 고성능 그래픽카드와 서버 등에 주로 탑재된다.

대만 시장조사기관 트렌드포스는 올해 글로벌 AI 서버 출하량이 지난해보다 38.4% 늘어나면서 고대역폭 메모리(HBM) 수요 역시 58% 급증할 수 있다고 전망했다. 트렌드포스는 "D램 시장의 가장 큰 수요처가 모바일기기 시장에서 서버 시장으로 바뀔 것"이라며 "향후 서버용 메모리 수요가 지속 증가할 것이다"고 내다봤다. 대규모 인공지능 서비스가 대중화할수록 서버 등에 필요한 메모리 수요가 필연적으로 함께 늘어날 수밖에 없다는 분석이다.

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국내 반도체 기업, 엔비디아와 '동반 성장' 가능할까

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SK하이닉스가 개발한 24GB 용량 고대역폭메모리(HBM)3. /사진=SK하이닉스

엔비디아의 제품에 들어가는 고성능 메모리 HBM을 생산하는 삼성전자와 SK하이닉스도 동반 성장할 기회라는 분석이 나온다. 서버를 구축하는 업체들이 일반적으로 GPU와 D램을 함께 구매하기 때문이다.

삼성전자와 SK하이닉스 등 국내 기업이 반도체 불황에서 벗어나고 시장 점유율을 늘려갈 수 있을지 주목된다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 SK하이닉스의 올해 1분기 글로벌 D램 시장 점유율은 23.9%로 전 분기(27.6%) 대비 3.7% 감소했다. 점유율 28.2%를 기록한 마이크론에 2위를 내주고 3위로 떨어졌다. 삼성전자는 43% 점유율로 1위를 유지했다.

챗GPT 등 생성형 AI이 늘어남에 따라 고성능 D램인 DDR5와 HBM3 수요가 함께 급증한 것은 특히 SK 하이닉스에 호재로 작용할 것으로 보인다. SK하이닉스는 세계 최초로 DDR5 개발에 성공하면서 시장 점유율 1위를 선점했다. DDR5는 더 적은 전력으로도 데이터를 빠르게 처리할 수 있는 것이 특징이다. 이전 세대인 DDR4 대비 속도는 1.8배 빠르지만 전력 소비는 30% 이상 줄였다.

SK하이닉스는 엔비디아에 GPU용 D램인 HBM3을 독점으로 공급하고 있다. 챗GPT에 탑재되는 엔비디아의 'A100'에는 SK하이닉스의 HBM2E가 탑재돼있다. 엔비디아의 차세대 GPU인 'H100'에도 SK하이닉스의 HBM3가 적용돼 AI 서버 시스템의 계산 성능을 더욱 높였다.

삼성전자도 세계 최초로 기존 HBM에 AI칩을 하나로 결합한 'HBM-PIM'을 개발해 시장 진입의 기회를 노리고 있다. 이재용 회장은 지난 5월10일(현지시각) 미국에서 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)를 만나 양사의 협력방안을 논의한 것으로 알려졌다. 삼성전자가 파운드리(반도체 칩 위탁생산) 분야로도 칩 공급을 확대하며 엔비디아와 새로운 협력 관계를 구축할 수 있을지 관심이 모아진다.