“GPU 다음은 CPU”… AI 인프라 2라운드, ‘기판·연결’이 판 흔든다

반도체 사이클 후반부 진입, 칩 제조사보다 부품·소재·기판 ‘아웃퍼폼’ 기대
엔비디아가 꿈꾸는 ‘AI-RAN’ 가속화…실시간 추론 인프라가 다음 주자

(출처=그로쓰리서치)

인공지능(AI) 인프라 투자의 무게중심이 이동하고 있다. 그동안 시장을 지배했던 그래픽처리장치(GPU)와 고대역폭메모리(HBM) 중심의 ‘학습’ 국면을 넘어, 이제는 중앙처리장치(CPU)와 통신 인프라를 기반으로 한 ‘실시간 추론’ 경쟁이 본격화되는 양상이다. 특히 스스로 판단하고 행동하는 ‘에이전틱 AI(Agentic AI)’의 등장은 CPU 쇼티지(공급 부족)를 유발하며 기판과 부품 등 후공정 밸류체인의 재평가를 이끌어내고 있다.

2일 증권업계에 따르면 국내 주요 리서치 기관들은 AI 병목 현상의 중심이 GPU에서 CPU로 이동하고 있다는 분석을 잇달아 내놓고 있다. 단순한 답변 생성을 넘어 스스로 계획을 세우고 도구를 실행하는 AI 에이전트가 확산하면서, 작업을 조율하고 데이터를 이동시키는 CPU의 역할이 비약적으로 커졌기 때문이다.

그로쓰리서치는 보고서에서 CPU 공급은 수요만큼 빠르게 늘어나기 어려운 구조적 한계에 직면해 있다고 판단했다. 한용희 그로쓰리서치 연구원은 “서버용 CPU는 TSMC 선단 공정과 CoWoS, SoIC 등 첨단 패키징에 의존하는데, 해당 생산능력은 이미 AI GPU와 모바일 AP 수요로 타이트하다”며 “여기에 생산처 전환도 쉽지 않아 단기 증산에는 구조적 한계가 있다”고 진단했다.

이에 따라 CPU 쇼티지의 최대 수혜주로는 고사양 플립칩 볼그리드 어레이(FC-BGA) 기판을 꼽았다. CPU를 더 많이 만들기 위해서는 면적이 넓고 층수가 높은 고다층 기판이 필수적이기 때문이다. 그로쓰리서치는 삼성전기와 대덕전자를 핵심 수혜주로 제시했다. 삼성전기는 서버 및 AI용 고사양 FC-BGA 비중을 확대하며 손익 구조를 개선하고 있으며, 대덕전자는 CPU·서버·메모리 투자의 수혜를 동시에 받는 복합 기판 포트폴리오를 보유해 구조적 성장이 기대된다는 평가다.

AI 인프라의 다음 주자로 ‘연결’에 주목하는 시각도 적지 않다. 키움증권은 보고서를 통해 엔비디아가 주도하는 AI 무선접속망(AI-RAN) 생태계의 확장에 주목했다. 이는 기존의 통신 기지국 인프라를 AI 서버로 활용해 실시간 추론 서비스의 효율을 극대화하는 전략이다.

김학준 키움증권 연구원은 “최근 국내 주식시장의 가장 큰 화두는 결국 AI인프라인데, GPU와 에너지 테마에 이어 추론의 증가에 따른 통신 인프라 관련 테마가 부상하고 있다”며 “AI에이전트의 증가에 따라 활용되는 데이터들의 흐름이 바뀌고 있으며 영상에 대한 추론 증가와 실시간 추론의 증가가 나타나고 있다”고 분석했다. 특히 엔비디아가 암(ARM), 소프트뱅크 등과 협력해 추진 중인 AI-RAN은 통신사와 AI 기업 간의 경계를 허물며 새로운 인프라 수요를 창출할 전망이다.

반도체 업황 전반에 대해서는 사이클 후반부에 대비한 슬기로운 투자 전략이 필요하다는 조언이 나온다. BNK투자증권은 작년부터 시작된 AI 추론 투자 사이클이 이제 후반부에 진입했다고 평가했다.

이민희 BNK투자증권 연구원은 “하반기도 메모리 공급 부족 시황은 이어지겠지만 강도는 완화될 전망”이라며 “작년 하반기부터 가파르게 증가하던 CSP들의 설비투자 전망치 상향조정 추세도 3월 이후 처음으로 소폭 감소하며 증가세가 주춤하는 모습”이라고 짚었다.

이 연구원은 이어 “가격 상승이 둔화하고 생산이 증가하는 사이클 후반에는 칩 제조사 및 전공정 장비 보다는 기판(PCB), 부품, 소재 등 후공정 관련주들이 더 아웃퍼폼하는 특성이 있다”며 “가동률이 상승하면서 이들 섹터의 수익성이 칩 제조사를 앞지를 수 있다”고 덧붙였다.

결론적으로 전문가들은 삼성전자나 SK하이닉스 같은 대형주에 대한 비중을 유지하되, 포트폴리오의 탄력을 높이기 위해 CPU 쇼티지 수혜가 예상되는 기판(삼성전기, 대덕전자)과 실시간 추론 시대를 대비한 인프라 밸류체인으로 관심을 넓힐 필요가 있다는 것이 전문가들의 공통된 제언이다. BNK투자증권은 소부장으로 부품에서 원익QNC, 하나머티리얼즈, 기판에서 심텍, 반도체 후공정(OSAT)에서 SFA반도체를 추천했다.