1. 2024년 반도체 산업 전망

 

생성형 AI용 등이 반도체 수요에 힘입어 본격적인 회복에 나설 전망이다.

 

▣ 2024년 세계 반도체 수요 호전될 듯

 

세계 반도체 시장은 코로나와 같은 특수한 박락으로 2022년 이후 침체가 계속되다가 2023년에 바닥을 찍고 2024년에는 본격적인 회복세에 오를 것으로 예상된다. WSTS(세계 반도체 시장 통계)에 따르면, 2023년의 반도체 시장은 전년부터의 재고 조정 등이 영향을 주어 마이너스 성장이었지만, 2024년은 전년대비 13%가 증가해 5,884억 달러로, 2년만에 사상 최고치를 갱신할 전망이다.

 

<그림1> 세계 반도체 매출액 추이

자료 : Bloomberg

 

시장 회복의 배경에는 생성형 AI(인공지능)를 활용한 서비스의 본격화나 데이터 센터, 모빌리티(EV(전기자동차)나 자율주행 등) 전용 요소 기술로서의 수요 확대가 견인하고 있다고 상정된다. 특히, ChatGPT의 등장을 계기로 2023년에 빠르게 보급된 생성형 AI는 시장규모가 2022년부터 2030년까지 연평균성장률 48%로 성장할 것으로 예상되고 있어 반도체 산업의 고성장을 촉진하는 최대 관건이 될 것으로 보인다.

 

▣ 메모리가 전체 회복을 견인

 

반도체를 제품별로 보면 2024년은 메모리 섹터가 회복되어 전체 성장을 끌어올릴 전망이다. 2023년은 공급 과잉과 가격 하락의 영향을 받아 침체됐지만 이후 가격 상승이 2024년 본격 회복에 기여할 것으로 예측된다. 또, 이용이 급격히 확대되고 있는 생성형 AI 전용이나, 데이터 처리량의 증가에 의해 데이터 센터 전용 수요 확대의 영향을 받기 쉬운 로직이나 마이크로 등도 개선될 전망이다.

 

<그림2> 세계 반도체 제품별 시장의 성장 전망

자료 : JEITA

 

급속도로 사회의 디지털화가 진행되면서 데이터를 처리하고 축적하는 역할을 하는 반도체의 중요성은 날로 높아지고 있다. 일반적으로 반도체 산업은 2~3년 주기로 호불황을 거듭하는 ‘실리콘 사이클’로 불리는 특유의 경향이 있는데, 2023년 사이클 골을 벗어나 2024년 크게 호전될 것으로 기대된다. 주변 산업을 끌어들여 저변을 넓히면서, 존재감을 한층 높여 갈 것으로 예상된다.

 

2. 반도체 미세화에 의한 기술 진화

 

반도체 미세화에 의한 성능 향상에 한계가 보이는 가운데, 새로운 기술로서 주목받는 것이 ‘칩렛(Chiplet)’이다. 관련된 후공정 제조분야에 강점을 가진 일본기업에 대한 기대가 높다.

 

▣ 미세화가 진행되는 반도체

 

모든 이노베이션의 기반인 반도체는 고성능화가 요구되어 현재도 계속 진화하고 있다. ‘회로의 집적밀도가 약 2년 동안 2배가 된다’고 하는 무어의 법칙에 따라서 미세화가 진행되어, 약 50년 동안 반도체 회로폭은 nm(나노미터) 단위로, 약 1,000분의 1의 사이즈까지 축소하고 있다.

 

<그림3> 로직 반도체의 미세화 로드맵

자료 : SMTAM

 

이렇게까지 미세화가 진행되는 배경은, 반도체 칩에 그려지는 회로의 선폭이 가늘면 가늘수록 칩에 의해 많은 소자를 탑재(집적)할 수 있어, 데이터 처리 능력이나 고기능화가 전망되는 등, 소비 전력의 삭감이나 웨이퍼 1매에 탑재하는 칩의 수를 늘릴 수 있기 때문에 양산화로 연결된다고 하는 이점이 있기 때문이다.

 

▣ 미세화 대체 신기술 ‘칩렛’

 

한편, 미세화의 진전과 함께 과제가 되고 있는 것이, 제조 코스트의 증대나 수율(원재료에 대한 완성품의 비율)의 저하이다. 이러한 가운데, 새로운 집적 기술로서 주목받고 있는 것이 ‘칩렛(Chiplet)’이다. 기존과 같이 회로를 하나의 칩으로서 정리해 만드는 방법과는 달리, 반도체를 구성하는 요소를 개개로 설계ㆍ제조해 나중에 조합하여 하나의 제품으로 만드는 패키징 기술로, 고성능화와 코스트 다운의 양립을 도모한다.

 

<그림4> 반도체 집적 방법의 변화

자료 : SMTAM

 

3. 경쟁이 격화되는 AI 반도체 개발

 

AI 반도체의 대표적인 기업 ‘NVIDIA’에 대항해, 처리 능력 향상이나 에너지 절약을 목적으로 한 AI 반도체 개발이 활발하다. 경쟁 심화에 따른 기술 발전으로 시장 성장이 더욱 기대된다.

 

▣ AI 반도체 시장을 선도하는 NVIDIA

 

최근, 생성형 AI(인공지능) 붐에 의해 미국 NVIDIA의 GPU(그래픽 처리 반도체)를 포함한 AI 반도체는 전 세계에서 쟁탈전을 벌이고 있다. NVIDIA사 제품의 수급은 부족해, 주력인 ‘H100’은 판매가격이 제조 원가의 약 9배로 급등하고 있는 상황이다.

 

생성형 AI의 기반 모델을 개발하려면 방대한 데이터 학습이 필요하지만, 그러기 위해서는 고도의 계산 능력을 갖춘 반도체가 필수라고 여겨지고 있어 NVIDIA사의 GPU가 최적이라고 기대되고 있는 것이, 이러한 배경에 있다.

 

향후 급격한 성장이 기대되는 AI 반도체 시장에서, NVIDIA사의 제품은 80%가 넘는 점유율을 차지하고, 2024년 6월에는 시가총액이 3조 달러(약 4,150조원)를 넘어서, 미국 마이크로소프트를 제치고 세계 선두가 되기도 하였다.

 

<그림5> NVIDIA의 매출액과 영역이익률 추이

자료 : Bloomberg 데이터

 

▣ AI 반도체 개발 경쟁에 의한 진화

 

NVIDIA가 AI 반도체 시장에서 독주하고 있는 가운데, 미국의 테크놀로지 대형 기업들은 NVIDIA 의존에서 탈피하기 위해 독자적인 AI 반도체 제조ㆍ판매에 나서고 있어 시장 성장을 서두르고 있다.

 

퀄컴(Qualcomm)은 PC나 스마트폰으로 AI를 이용할 수 있는 제품을 투입하였다. 또, 애플(Apple)은 데이터 센터용 제품 개발을, 그리고 인텔(Intel)은 AI 모델로 경합 제품인 NVIDIA의 ‘H100’보다, +50%의 고속화를 전망할 수 있는 제품 개발을, 각각 발표했다.

 

또, 구글(Google)은 처리 성능을 기존 모델의 약 5배로 향상시킨 데이터 센터용 제품을 개발했지만, 반도체 자체를 판매하지 않고 시장점유율이 높은 클라우드 컴퓨팅 서비스나 자사에서 생산하는 스마트폰으로의 탑재를 통해 고객에게 제공하는 것으로, ‘포스트 엔비디아(NVIDIA)’를 목표로 하고 있다.

 

NVIDIA의 아성을 무너뜨리기 위해 각사에서 AI 반도체 개발 경쟁이 격화되고 있지만, 이러한 기업 간 경쟁은 기술 진화를 만들어 내는 원동력이 되기도 하므로, 반도체 시장의 새로운 성장이 기대된다.

 

<표1> 각사의 AI 반도체 자사개발 동향

자료 : SMTAM