시스템 반도체 약소국서 차세대 'AI 반도체' 강국으로

사피온, 새로운 NPU 'X330' 공개
퓨리오사AI·리벨리온·딥엑스도 활발

NPU 기술력 높이며 시장 공급 확대
내년 업계 매출 확대 기대감 커진다

반도체는 기억하는 반도체인 메모리(D램, 플래시)와 계산하고 생각하는 반도체인 시스템 반도체(CPU, GPU)로 나눈다. 한국은 메모리 반도체 분야에선 세계 1위다. 삼성전자와 SK하이닉스가 이 분야 세계 1, 2위 업체다. 하지만 시스템 반도체로 눈을 돌리면 한국이 보이지 않았다. 미국 인텔이 대표적 시스템 반도체인 컴퓨터용 CPU(Central Processing Unit) 시장을 40여년간 사실상 독점했다. 그래픽 영상용 시스템 반도체인 GPU(Graphic Processing Unit) 시장은 미국 엔비디아의 독무대였다. 엔비디아 GPU는 최근 원래 용도인 그래픽 연산보다 AI 컴퓨터용 연산 장치로 더 명성을 떨치고 있다.

사피온이 공개한 새 NPU 'X330' / [사진제공=사피온]

하지만 AI가 더 폭넓게 쓰이기 시작하면 한국 기업들이 시스템 반도체 시장에서 영향력을 발휘할 것이란 전망이 나오고 있다. 16일 SK텔레콤에서 분사한 AI 반도체 업체 사피온은 AI 추론용 NPU인 'X330'을 공개했다. NPU는 차세대 AI 반도체로 꼽힌다. 딥러닝과 같은 AI 작업에 최적화한 시스템 반도체다. 기존에 AI 시스템 반도체로 쓰이는 GPU와 비교해 전력 소모가 적고 투입 대비 더 높은 성능을 보인다. 반도체 업계는 현재 GPU나 CPU가 AI 반도체로 쓰이지만 향후 AI 기술이 발전하면 전용 프로세서인 NPU가 주로 쓰일 것으로 내다보고 있다.

X330은 사피온의 전작 NPU 모델인 X220보다 연산 성능은 4배, 전력 효율은 2배 높인 제품이다. 올해 나온 엔비디아 동급 GPU보다도 연산 성능이 약 2배, 전력 효율은 1.3배 높다. 생성형 AI와 함께 떠오른 대규모언어모델(LLM) 구현에 최적화한 제품이다.

최근 NPU 분야에선 한국 팹리스(반도체 설계) 스타트업 다수가 개발 경쟁을 벌이고 있다. 사피온뿐 아니라 퓨리오사AI와 리벨리온, 딥엑스 등 업체들이 자체 개발한 NPU를 통해 기술력을 인정받고 있다. 실제 리벨리온은 지난 4월 AI 반도체 기술을 뽐내는 대회인 엠엘퍼프(MLPerf)에서 자사 NPU '아톰'으로 엔비디아, 퀄컴보다 높은 성능을 기록했다.

이같은 기술 경쟁력은 사업 확대로 이어지고 있다. 퓨리오사AI는 자사 NPU '워보이'를 카카오엔터프라이즈와 네이버클라우드 등 클라우드 업체와 여러 엔터프라이즈 고객에게 공급했다. 리벨리온은 NPU 시제품을 미국 IBM에 공급했으며 최근 자사에 300억원을 투자한 KT와의 사업 협력 속도를 높이고 있다. KT는 자체 개발한 초거대 AI '믿음' 적용을 확대하는 과정에서 리벨리온 NPU를 쓰겠다고 밝힌 상태다.

김형준 차세대지능형반도체사업단장은 "엔비디아 GPU는 범용인 데다 전력 소모가 많고 무엇보다 공급이 부족해 대체 수요가 많다"며 "국내 업체들이 전력 소모가 적은 NPU를 선보인다면 시장 경쟁력이 분명히 있다"고 말했다. 또 "정부가 국내 데이터센터에 국산 NPU 도입을 확대하려 한다"며 "업체들이 국내 레퍼런스를 확보하면 글로벌 시장에서 입지를 넓히는 데 도움이 클 것"이라고 말했다.

AI 반도체 기업들은 NPU 후속 모델을 잇달아 선보이며 실적 확대에 자신감을 보이는 모습이다. 류수정 사피온 대표는 "올해 X220을 통해 의미 있는 매출을 냈다"며 "X330 매출은 빠르면 올 연말이나 내년 상반기부터 창출될 것"이라고 내다봤다. 김정욱 딥엑스 부사장도 "본격적인 제품 상용화를 앞두고 있다"며 "내년에는 사업 성과를 공유하면서 유의미한 실적을 올릴 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 이들 업체의 활약은 삼성전자, SK하이닉스 등 국내 메모리 기업에도 도움이 될 전망이다. NPU와 같은 프로세서가 작동하려면 이를 뒷받침하는 고성능 메모리가 필수이기 때문이다. 실제 GPU와 쓰이며 수요가 급증한 고대역폭메모리(HBM)가 NPU에도 대량으로 들어간다. 사피온뿐 아니라 리벨리온과 퓨리오사AI 등 다수 업체가 최신 HBM 모델을 적용한 NPU 개발 및 양산을 예고했다.