AI 시대 주문형 반도체 급부상…'커스텀' 시장 확 커진다

[이데일리 김소연 기자] 인공지능(AI) 시대를 맞아 주문형 반도체(ASIC)가 핵심으로 부상하고 있다. 미국 빅테크는 자신들이 원하는 연산구조를 최적화한 주문형 반도체를 찾게 되면서 맞춤형 칩에 대한 성장세가 나타날 것이라는 의미다. 고대역폭메모리(HBM) 역시 6세대인 HBM4부터는 커스텀 HBM이 적용됨에 따라 K반도체도 ‘맞춤형’에 드라이브를 걸어야 한다는 관측이 나오고 있다.

15일 시장조사업체 코히어런트마켓인사이트에 따르면 올해 ASIC칩 시장 규모는 약 202억 9000만 달러(약 29조원)로, 오는 2031년까지 약 328억 4000만 달러(약 47조원)까지 성장할 것으로 예상된다. 2031년까지 연평균 성장률(CAGR)이 7.10%이다.

AI 서비스 제공을 위한 데이터센터의 주요 워크로드는 훈련에서 추론으로 넘어가는 추세다. 이에 특정 작업에 맞게 설계가 가능한 ASIC 칩의 필요성이 더욱 커지는 셈이다.

자료=각 사, 외신, DS투자증권

미국 빅테크들은 ASIC칩을 통해 연산구조를 간소화해 자체 설계에 나서고 있다. 비용을 절감하면서도 자신들이 원하는 추론 작업이 가능해지기 때문에, ASIC칩을 설계해 소프트웨어에 최적화시키기 위한 목적이다. 예를 들어 구글의 TPU는 오픈라이브러리인 텐서플로우(TensorFlow) 환경에 최적화되도록 설계됐다. 아마존웹서비스(AWS)는 자체 설계한 트레이니움에 앤트로픽의 인공지능 챗봇 클로드언어 모델 훈련에 맞게끔 설계했다.

향후 ASIC칩의 성장은 필연적이란 분석이 나온다. ASIC칩은 방대한 워크로드를 필요로 하는 범용 그래픽처리장치(GPU)보다 전력 소비와 비용 측면에서 효율적이어서다. AWS, 브로드컴, 메타 등 주문형 반도체 수요가 증가할 것으로 예상된다.

HBM도 6세대 HBM4부터는 고객들의 요구에 맞는 커스텀 HBM을 적용한다. 기업마다 독자적인 소프트웨어 스택과 AI 가속기에 최적화된 형태를 요구하기 때문에 범용 HBM으론 한계가 있어서다. 빅테크 기업이 자신들의 소프트웨어에 맞는 맞춤형 HBM를 찾게 되는 만큼 HBM을 만드는 삼성전자(005930)와 SK하이닉스(000660) 입장에서도 고객의 요구에 맞추는 것이 중요해지는 대목이다. 현재는 구글 TPU에 HBM2E가, AWS 트레이니움2에 HBM3, 마이크로소프트 Maia에 HBM2E 등이 탑재돼 있다.

HBM4부터는 GPU와 HBM을 연결하는 베이스 다이(Base Die)의 역할이 크다. 베이스 다이는 D램을 쌓아 만드는 HBM 밑단의 핵심 부품으로, 베이스 다이에 고객의 요구에 맞는 맞춤형 기능을 넣는 로직 공정을 거친다.

업계 관계자는 “내년에도 빅테크 기업의 AI 투자는 이어지는 가운데 AWS, 브로드컴, 메타 등의 주문형 반도체 수요가 증가할 것”이라며 “삼성전자, SK하이닉스의 HBM 사업에도 기여할 것”이라고 내다봤다.

삼성전자 HBM3E 12단 제품. (사진=삼성전자)

SK하이닉스의 HBM3E. (사진=SK하이닉스)