AI 시장 성장세는 전 세계 성장 속도를 상회하고 있고, 글로벌 시장에서 차지하는 비중도 나날이 높아지고 있다.
글로벌 시장조사기관 Gartner는 현재 인공지능 반도체를 개발하는 회사가 전 세계적으로 50개 이상이며 인공지능을 활용한 신산업이 향후 더욱 확장됨에 따라 인공지능 반도체 매출은 2020년 230억 달러에서 2025년 700억 달러 이상으로 성장할 것으로 예상했다.
인공지능을 활용한 주요 산업이 급성장함에 따라 향후에도 인공지능 반도체에 대한 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예상되지만, 이와 동시에 자동차·소프트웨어 업체와 같은 비반도체 기업들이 자사의 제품이나 서비스의 성능을 개선하고 서버 운용의 효율을 높이기 위한 용도로 직접 인공지능 반도체를 개발하거나 풍부한 인프라를 바탕으로 신생 스타트업이 빠르게 시장에 진출하는 추세가 지속되면서 시장 경쟁이 다각화되고 기존의 밸류 체인도 변화하는 실정이다.
인공지능 반도체는 시스템 반도체의 일종이며, “학습∙추론 등 인공지능 서비스 구현이 필요한 대규모 연산을 높은 성능, 높은 전력 효율로 실행하는 반도체”로써 인공지능의 핵심 두뇌 역할을 한다. 전 세계적으로 디지털 전환의 물결이 거세지고 있고 빅데이터 분석, IoT, 자율주행자동차, 디지털 헬스 등 인공지능을 기반으로 한 산업이 확대되면서 학습∙추론의 인공신경망 알고리즘에 최적화된 인공지능 전용 반도체의 필요성이 높아지고 있다.
인공지능(AI)은 이미 오래 전부터 정부 및 업계의 주목을 받고 또 빠른 속도로 발전하고 있는 분야이다. 산업의 스마트화에 따라 AI 기술을 적용하는 분야도 점점 다양해지고 있다. 인체·얼굴인식, 이미지·영상기술, 음성인식, 자연어 처리, 지식그래프, 머신러닝 및 딥러닝 등 기술이 의약, 금융, 도소매, 제조업 등 각 분야에서 활용되고 있고, 이에 따라 중국의 AI 관련 특허출원도 꾸준히 이어지고 있다.
중국에서는 AI 기술의 상용화, 상업화에 따라 시장도 빠르게 발전하고 있는데, 2020년 핵심산업의 시장규모는 1500억 위안을 넘어섰고, 2025년까지 연평균 성장률(CAGR) 24%로 약 4500억 위안 규모로 성장할 것으로 iResearch는 예측했다. 아울러 관련산업 규모도 2020년 5700억 위안을 넘어섰고, 2025년까지 연평균 성장률 22%로 약 1조6000억 위안 규모로 성장할 것으로 예측했다.
핵심산업은 컴퓨터 시각, 스마트언어, 인간·컴퓨터 상호작용(HCI), 머신러닝, 지식 그래프, 자연어처리, AI칩 등 포함하며 관련 산업은 AI핵심제품과 관련된 공정서비스, 빅데이터 플랫폼 및 응용 구축, 컴퓨터 통신제품 판매량 등 규모를 포함된다.
인공지능 반도체는 기존의 시스템 반도체 생태계(반도체 설계 및 제조)와 인공지능 생태계(인공지능 제품 및 서비스 제공)가 융합된 새로운 시장이 창출되면서 시장 영역을 확대하고 있으며, 데이터 센터용과 엣지 디바이스 용으로 시장이 세분화돼 경쟁 중에 있다.
먼저 데이터 센터용은 CPU와 GPU를 기반으로 엔비디아와 인텔이 시장을 주도하며 특히 AWS(아마존 웹 서비스), 마이크로소프트, IBM, 구글로 대표되는 4대 클라우드 서비스에 사용되는 인공지능 가속기의 97%는 엔비디아가 점유하고 있다. 엣지 디바이스용은 대표적으로 적용되는 분야가 스마트폰과 자율주행자동차로서, 구글, 퀄컴, 테슬라 등이 시장을 주도하고 있다.
GPU는 게임과 같이 복잡한 그래픽을 처리하기 위해 개발됐으나 여러 명령어를 동시에 처리할 수 있는 병렬 처리 구조를 가진 덕분에 머신 러닝·딥 러닝에서 요구하는 방대한 데이터 연산처리능력을 보이면서 처음으로 인공지능 반도체의 가능성을 열었다. 주요 기업은 미국의 엔비디아와 AMD이다. 엔비디아는 데이터 센터에 최적화된 GPU를 개발해 현재까지 인공지능 반도체 분야의 선도기업으로 맹활약 중이다.
또한 엔비디아는 자사의 반도체 기술 경쟁력을 토대로 인공지능 반도체를 적용하는 산업별 기업들, 구체적으로 아마존·구글·마이크로소프트·HP·IBM·바이두·알리바바·텐센트 등과의 기술 제휴를 통해 협력 R&D를 추진하고 있으며 자율주행자동차용 인공지능 반도체인 Xavier를 개발한 이후 자동차 OEM과 미래 자동차 개발을 위한 협력을 강화하고 있다. AMD는 2022년 2월 14일, 490억 달러 규모의 자일링스(Xilinx) 인수를 완료하고 슈퍼 컴퓨팅, 그래픽, 적응형 SoC 포트폴리오를 확보함으로써 클라우드, 에지 및 지능형 컴퓨팅 시장에서의 영향력을 확대하고 있다.
FPGA는 특정 목적에 맞춰 기계학습을 통해 최적화된 학습 모델의 출력 값을 빠르게 계산하는 인공지능 추론 서비스 구현에 적합한 인공지능 반도체로, 주요 기업은 미국의 인텔·AMD이다. AMD는 FPGA 시장을 선도하고 있던 자일링스를 인수함으로써 VIRTEX를 비롯한 다양한 FPGA 제품군을 확보하게 되었다. 인텔은 인공지능 특화 기술을 확보하기 위해 독립형 FPGA와 통합형 FPGA(FPGA-CPU)를 제공하고 있다.
ASIC은 애플리케이션의 특성에 적합한 인공지능 시스템을 구현하기 위해 범용 프로세서를 사용하는 대신 특정 목적으로 제작된 주문형 반도체로서 속도가 빠르고 에너지 효율이 높아 각광받고 있다. 이에 인텔과 같은 기존의 반도체 업체 이외에 구글, 테슬라, 애플과 같은 글로벌 ICT 기업들이 인공지능 알고리즘이 내장된 ASIC 칩을 자체적으로 개발하는 추세다.
구글은 인공지능 기술을 활용한 서비스에 대한 수요가 커지자 데이터 분석과 딥 러닝을 위한 TPU(Tensor Processing Unit) 1세대를 출시한 이후 ASIC 형식 인공지능 반도체를 직접 개발하고 있다. 최근 구글 클라우드는 인텔과 ASIC 기반 IPU를 개발하기 위해 파트너 관계를 맺고 데이터센터 칩을 타사에 판매할 예정이라고 밝히기도 했다.
테슬라 역시 완전자율주행차량에 탑재되는 인공지능 반도체 FSD(Full Self Driving) computer를 자체적으로 설계·개발하고 해당 반도체를 자사 차량에 장착해 출시하고 있다.
※ 자료 = 해외시장뉴스 KOTRA "미래 新산업 핵심동력, 미국의 인공지능 반도체 시장동향" , "중국 인공지능산업의 현주소는" 보고서 재구성
