출처 : 반도체의 호황은 ‘NVIDIA의 GPU 축제’에 의한 착각인가? 본격적인 회복은 2025년 이후가 될까?

https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2403/27/news052.html

▣ 각종 전자기기의 출하대수의 전년도 성장률

아래 그림에는 2022년, 2023년, 2024년의 각종 전자기기의 출하 대수에 대한 전년도 성장률이 나타나 있다. 그중에서 Logic을 포함한 반도체 시장에 큰 영향을 미친 전자기기는 스마트폰, 서버, PC(Notebook)다. 그런데 이 세 종류의 기기의 출하대수는 성장률이 시원찮다.

<그림6> 각종 전자기기의 출하대수에 대한 전년도 성장률(2022년~2024년)

자료 : TrendForce

스마트폰은 2022년에 –10.6%, 2023년에는 –2.7%, 2024년에는 플러스로 전환되었지만 불과 3.0%가 성장한다. 서버는 2022년에 4.7%였지만, 2023년에는 –6.0%가 되고, 2024년에는 다시금 플러스로 회복되지만 2.5%이다. Notebook은 2022년에 –24.5%로 크게 떨어졌고, 2023년에도 –10.2%였으며, 2024년에 간신히 3.2%로 회복할 것으로 예측된다.

이 세 종류 외에도 2024년의 성장률은 Tablet이 –0.1%, TV는 0.3%, Monitor는 1.5%로 시원찮은 수치가 가득하다.

이러한 상황에서 AI 서버와 전기자동차(EV)의 높은 성장률이 눈에 띈다. 특히 AI 서버는 2022년에는 0이었지만, 2023년에는 36.9%, 2024년에는 44.2%로 급성장할 것으로 보인다. 이러한 AI 서버에는 AI 반도체가 사용된다. 그리고 그 AI 반도체의 80% 이상을 차지하는 것이 NVIDIA의 GPU다.

▣ Logic의 출하액과 출하개수에 차이가 있는 이유

NVIDIA의 GPU 중에서도 현재 가장 고성능인 ‘H100’이 견인차 역할을 하여, 1개에 500~600만 엔 정도라는 말도 안 되게 비싼 가격으로 거래되고 있다. 이것이 Logic의 출하액이 역대 최고치를 경신한 이유일 것으로 보인다.

하지만 위 그림에서 본 것처럼 AI 서버와 EV를 제외하면 많은 전자기기의 성장률이 매우 낮기 때문에 여기에 사용되는 Logic의 출하개수가 낮을 수밖에 없다. 그 결과 Logic이 생산하는 주요 파운드리의 가동률도 저조해진다.

그렇다면 NVIDIA의 GPU와 같은 AI 반도체가 앞으로 얼마나 출하될까? 그로 인해 전 세계 Logic의 출하개수는 얼마나 증가할까? 즉 AI 반도체는 시장의 회복에 구세주가 될 수 있을까?

▣ AI 서버의 출하개수 추이

그림7에는 2022~2026년에 걸친 AI 서버의 출하 대수 추이가 나타나 있다. 이 예측에 따르면, 2022년에 87.7만 대였던 AI 서버의 출하 대수가 2023년에는 36.9%가 증가하여 120만 대를 넘어서고, 2024년에는 44.2%가 증가하여 170만 대가 넘을 것이라고 한다. 그리고 2026년에는 약 270만 대가 출하될 것으로 예측한다.

<그림7> AI 서버의 출하 대수 추이

자료 : TrendForce

그렇다면 이러한 AI 서버는 모든 서버에 있어 얼마의 비율을 차지할까(그림8). 이 그림에 따르면 AI 서버가 전체에서 차지하는 비율은 2022년에 6%, 2023년에는 9%, 2024년에는 13%, 2025년에는 14%, 2026년에는 16%가 될 것으로 예측한다.

<그림8> AI 서버 출하 대수, AI 서버의 비율, AI 칩용 웨이퍼의 비율

자료 : TrendForce

ChatGPT 등의 생성형 AI는 전 세계에서 폭발적으로 보급되고 있다. 그래서 AI 서버의 수요가 매우 클 것으로 생각된다. 하지만 실제 AI 서버의 출하 대수는 생각만큼 커지지는 않을 것으로 보인다.

▣ AI 서버의 보틀넥

그 원인은 AI 반도체의 공급 율속에 있다고 할 수 있다. 현재 AI 반도체의 약 80%를 독점하고 있는 NVIDIA의 GPU는 TSMC에서 전공정과 후공정이 모두 이루어지고 있다. 그 후 공정에서는 CoWoS라는 패키징이 이루어지는데, 그 CoWoS의 수용력이 보틀넥이 되고 있다.

또한 CoWoS에서는 GPU 주변에 DRAM을 적층한 HBM(High Bandwidth Memory)이 다수 배치되는데, 그 HBM도 보틀넥이라 할 수 있다. NVIDIA에 HBM을 공급하는 것은 주로 SK hynix이며, DRAM의 왕인 Samsung이 한수 늦었기 때문이다.

이처럼 CoWoS의 수용력이 부족한 데다 HBM도 충분히 공급되고 있다고는 할 수 없다. 이에 더해 CoWoS의 리드 타임이 반년 정도이며, 그 후 AI 서버를 조립하는 데에도 반년이 걸린다. 요컨대, AI 서버를 출하하려면 약 1년이라는 시간이 필요하다.

그리고 그림8의 오른쪽 그림에는 전 세계 Advanced Process(아마도 7nm 이후)의 수용 범위에서 AI 반도체용 웨이퍼가 차지하는 비율이 나와 있다. 2022년에 불과 4%였던 AI 반도체용 웨이퍼는 2026년이면 8%가 될 것으로 예측된다.

▣ Logic의 출하개수는 언제 증가할까

이 8%가 큰 건지 작은 건지 모호하기는 하지만, 2026년에도 나머지 92%가 AI 반도체용이 아닌 칩에서 웨이퍼를 소비하게 될 것으로 보인다. 그리고 그 대부분이 Logic이다. 그러므로 Logic의 출하 대수가 증가하고, TSMC를 필두로 하는 주요 파운드리의 가동률이 풀가동되려면 스마트폰, PC, 서버 등의 전자기기의 수요가 커지지 않으면 안 된다.

요컨대, 이대로라면 NVIDIA의 GPU로 대표되는 AI 반도체가 구세주가 될 수 없다. 그 결과, 전 세계 반도체 시장이 본격적으로 회복되는 시기가 2024년이 되기는 어려우며, 그다음 해인 2025년으로 밀려날 것으로 생각된다.

하지만 이러한 예측을 뒤집을 또 한 가지 다른 (긍정적인) 가능성이 있다.

지금까지 설명한 AI 반도체는 모두 서버에 탑재되는 것을 의미했다. 하지만 현재 PC, 스마트폰, 태블릿PC 등의 단말기(엣지)에서 AI 처리를 수행하려는 움직임이 보이고 있다.

예를 들어 Intel이 제창하는 AI PC나 Samsung이 만들려고 하는 AI 스마트폰 등이 있다. 만약 이것이 폭발적으로 보급되게 되면(즉 이노베이션이 일어나면), AI 반도체 시장이 빠르게 확대될 수 있다. 실제로 미국의 조사회사 Gartner는 2024년 말까지 2억 4000만 대의 AI 스마트폰과 5450만 대의 AI PC가 출하될 것으로 추정한다. 이러한 예측이 실현되면, 첨단 Logic의 수요도 (출하액과 출하개수 모두) 증가하고, TSMC 등 팩토리의 가동률도 상승하게 된다. 그에 더해 MPU와 메모리 수요도 급증하게 된다.

즉, 그러한 세상이 도래하면, AI 반도체가 진정한 구세주가 될 것이다.