GPU 한우물만 판 AI의 제왕… ‘엔비디아 생태계’를 창조하다[경제의 창]

AI 시대 최고 승자 된 비결은
게임용GPU서 출발해 AI칩까지
AI 모델 대부분 ‘쿠다’ 기반 개발
HW·SW 핵심기술 모두 갖춘 셈
AI 부흥 맞물려 美증시 쏠림 심화
서학개미 주식 보유액 1위로 등극
“美 10년물 국채 금리 상승 등 주의”

올해 초 투자했다면 120%, 지난해 초 투자했다면 1년간 210%의 수익을 거둘 수 있었던 종목이 있다. 국내 온라인 커뮤니티에는 5년 이상 투자했다며 2000%에 가까운 수익률을 자랑하는 인증 사진이 등장한다. 심지어 지난 주말 온라인 주식 커뮤니티에선 10년간 한 종목에 투자해 1만 7000%의 수익률을 거둔 한 일본인 개미 투자자 이야기가 화제가 됐다. 그는 결과적으로 27억원이 넘는 이익을 거뒀다. 비트코인 이야기가 아니다. 인공지능(AI) 열풍의 중심에서 어느덧 공룡기업이 돼 버린 ‘엔비디아’ 이야기다.

요즘 엔비디아는 존재 자체가 뉴스다. 주가가 떨어져도 올라도 기사가 된다. 2022년 10월 기준 100달러 초반이었던 엔비디아의 주가는 최근 1100달러 선까지 올라왔다. 시가총액은 2조 달러(약 2656조원)를 훌쩍 넘어서며 글로벌 시가총액 2위인 애플 자리를 넘보고 있다. 괴물 같은 성장은 그래픽처리장치(GPU·Graphics Processing Unit)가 이끌었다고 해도 과언이 아니다. 엔비디아는 전 세계 GPU 시장에서 점유율 90% 이상을 차지하며 독주 체제를 굳건히 하고 있다

최소 6개월 줄 서야 구매

“지금 (엔비디아의) GPU는 마약보다 구하기 어렵다.”

다소 과격한 듯한 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)의 말은 팩트다. 엔비디아가 만드는 GPU는 AI 연구개발의 필수재다. 말 그대로 없어서 못 산다. 주력 AI 칩인 H100은 개당 가격이 3만 달러(약 4000만원)에 달하지만 굴지의 테크 기업들도 이 칩을 받으려면 최소 6개월은 기다려야 한다.

AI 모델 개발의 3대 요소는 ▲컴퓨팅 파워 ▲빅데이터 ▲모델링(알고리즘)이다. 엔비디아의 역량이 빛을 발하는 지점은 컴퓨팅 파워다. 컴퓨터 성능이라고 할 수 있는 컴퓨팅 파워는 컴퓨터의 연산 처리 능력을 뜻한다. 오픈AI의 ‘챗GPT’ 공개 이후 AI 기술에 대한 업계의 관심이 폭발했고 자연스레 컴퓨팅 기술에 대한 수요가 크게 늘었다. 이들의 수요는 고스란히 해당 분야에 강점을 지닌 엔비디아의 매출로 이어졌다.

엔비디아가 강력한 연산 능력을 갖춘 GPU를 생산할 수 있었던 건 애초에 게임용으로 설계됐기 때문이다. 속도보다는 정확성을 중시하는 중앙처리장치(CPU)와 달리 그래픽 처리를 목적으로 만들어진 GPU는 연산을 동시다발적(병렬식)으로 처리할 수 있다. CPU가 복잡한 연산을 빠르게 처리한다면 GPU는 단순한 여러 데이터를 빠르게 처리한다고 볼 수 있다. AI 개발에는 많은 양의 연산 작업이 필요하기 때문에 단순 연산을 다중 처리하는 GPU가 효과적이다.

엔비디아는 게이밍 그래픽카드 지포스(GeForce) 시리즈로 오랜 기간 게임업계의 최강자로 군림했다. 왕좌를 지키기 위해 실감 나는 3D 그래픽 전달의 필수 능력 중 하나인 연산 처리 능력을 키우는 데 주력한 덕분에 지금과 같이 최고 수준의 GPU 개발 능력을 보유하게 됐다는 것이 업계 중론이다.

엔비디아의 이 같은 전략은 AI 부흥과 함께 맞아 들어가기 시작했다. 박영준 서울대 전기정보공학부 명예교수는 “인공지능을 활용하려면 수많은 연산을 동시에 실시해야 하는데, 이런 방식으로 결과값을 얻으려면 최소 수개월에서 길게는 1년 이상 시간이 필요하다”며 “엔비디아는 AI 계산 방식에 GPU를 적용해 연산 소요 시간을 2~3일로 줄여 냈다”고 설명했다.

AI칩 넘어선 비장의 무기

이후 엔비디아는 AI 맞춤형 반도체 제작에 주력하기 시작한다. 실제로 지난해까지 최근 10년 동안 엔비디아 칩의 데이터 처리 속도는 1000배 가까이 향상됐다. 엔비디아는 AI 딥러닝을 위해 CPU의 ‘다재다능함’에 GPU의 연산 처리 능력을 덧붙인 ‘GPU의 범용 연산’(GPGPU)을 개발했다. 김명주 서울여대 정보보호학과 교수는 “CPU의 기능도 일부 병행할 수 있는 GPGPU가 개발되면서 인텔을 제치고 엔비디아의 본격적인 독주 체제가 만들어졌다”고 전했다.

엔비디아는 한 손에 ‘하드웨어 무기’ GPGPU를, 다른 한 손에 ‘소프트웨어 무기’에 해당하는 ‘CUDA’(쿠다)를 들고 본격적인 점유율 확대에 나섰다. AI와 관련한 여러 애플리케이션에서 GPU가 더 효율적으로 활용될 수 있는 소프트웨어 생태계를 만들겠다는 생각이다.

쿠다는 개발자들이 일반적으로 사용하는 프로그래밍 언어 C·C++·파이선 등을 GPU코드로 변환해 준다. GPU를 활용하기 위해 개발자들이 GPU 코드를 따로 배워야 하는 수고를 덜어 준 것이다. 이 같은 소프트웨어 생태계 조성에 힘입어 지금도 대부분의 AI 모델은 쿠다를 기반으로 개발되고 있다. 쿠다를 이용하는 개발자 수는 2020년 180만명에서 2023년 450만명으로 2배 넘게 늘었다. 사실상 엔비디아가 AI 생태계를 장악할 수 있는 원동력이 된 셈이다. 김 교수는 “다른 반도체 기업들도 노력 중이지만 새로운 헤게모니(주도권)을 구축하거나 극적으로 상황이 반전되지 않는 이상 독과점 체제는 이어질 것”이라고 밝혔다.

엔비디아 질주 언제까지

최근 투자자들 사이에선 “엔비디아에 조금이라도 더 일찍 투자한 이들이 곧 승자”라는 말이 나온다. 부러움을 뜻하는 라틴어 ‘인비디아’(Invidia)에서 유래한 엔비디아라는 이름이 딱 들어맞는 대목이다.

엔비디아의 성장세는 여전히 가파르다. 2019년 최저 31달러를 찍었던 엔비디아는 1분기 실적 발표가 있었던 지난달 23일 사상 처음으로 1000달러를 돌파했다. 5년 만에 주가가 30배 이상 뛰어올랐다. 지난달 30일엔 장중 한때 1158달러까지 치솟기도 했다.

자연스레 국내 시장에 미치는 영향도 커지고 있다. 삼성전자를 중심으로 한 반도체 업계에 대한 의존도가 높았던 한국 경제가 또 한번 ‘반도체 공화국’의 면모를 확인하는 듯한 모습이다. 지난달 28일엔 최근 4년간 ‘서학개미’(해외 증시에 투자하는 개인투자자)의 주식 보유액 1위 자리를 굳건히 지켜 왔던 테슬라를 제치고 서학개미 최고 관심 종목으로 등극하기도 했다.

국내 증시 시총 1, 2위인 삼성전자와 SK하이닉스는 엔비디아 관련 소식에 웃었다 울었다를 반복 중이다. 국내 증시 엔비디아 최고 수혜주 중 하나로 꼽히는 SK하이닉스는 지난달 29일 장중 한때 20만 9000원을 터치하며 52주 만에 신고가를 경신했다. GPU에 방대한 데이터를 전달하는 데 필요한 고대역폭메모리(HBM3E) 독점적 공급이 주가 상승을 이끌었다. 반면 삼성전자는 지난달 24일 HBM이 엔비디아의 납품 테스트를 아직 통과하지 못했다는 소식이 전해지면서 전 거래일보다 3.07% 급락한 바 있다.

증권가는 엔비디아의 잠재력과 성장 가능성을 인정하면서도 조건 없는 맹신은 지양해야 한다고 입을 모은다. 가파른 상승을 이어 온 엔비디아의 단기 고점이 어느 수준에서 형성될 것인지 가늠하기 쉽지 않다는 이유에서다.

강대석 유안타증권 연구원은 “하반기에도 AI에 대한 관심은 강할 것으로 예상되지만 엔비디아의 실적이 점점 높아지는 눈높이에 언제까지 부응할 수 있을지는 지켜봐야 할 것”이라고 말했다.

미국 증시에서 엔비디아를 향한 쏠림 현상은 심화돼 있다. 올해 S&P500 시가총액은 총 4조 5000억 달러가 늘었는데 이 중 35%인 1조 6000억 달러를 엔비디아가 차지했다. 지난주 국내에서도 엔비디아는 테슬라를 제치고 국내 투자자들이 가장 많이 보유한 해외 주식 1위로 등극했다.

김석환 미래에셋증권 연구원은 “AI 열풍이 끊이지 않았는데도 지난해 8월과 10월 사이, 올해 4월 등 미국의 장기금리가 높아질 때마다 가격 조정을 받아 왔다. 최근 미국의 10년물 국채 등 금리 상승이 지속되면서 지나치게 쏠려 있는 엔비디아가 파급을 받을 우려가 커졌다”고 밝혔다.

유규상·최재성 기자