AI 시대를 이끄는 반도체의 힘

“반도체 없이는 AI도 없다”

AI가 주도하는 반도체 혁명과 제조업 혁명을 대중적으로 다뤘던 스테디셀러 《AI 반도체 전쟁》이 3년 만에 개정증보판으로 다시 선보인다. 초판은 AI 반도체 전쟁의 초기를 다뤘다면, 개정증보판은 AI 반도체 전쟁이 확산되면서 일어나는 변화상을 대폭 추가했다.

AI 시대가 열렸다. 2016년 알파고, 2022년 챗GPT가 AI 시대를 열 수 있었던 것은 모두 반도체의 힘이었다. 팬데믹을 거치면서 세계는 반도체 공급망의 중요성을 알게 되었고, 미중 반도체 패권전쟁은 AI가 촉발한 시장 격변에 맞물려서 더욱 격화되었다. 이제 전쟁의 전선은 단순한 수급 문제를 넘어 ‘AI 컴퓨팅 파워’ 선점 경쟁으로 옮겨가고 있다. 이제 AI는 거부할 수 없는 기술이다. 따라서 AI 기술 트렌드 변화를 놓치지 않고, 주요 미래 기술들에 대해 알아야 하며, 앞으로 어떠한 변화가 오게 될지 잘 파악하는 것이 매우 중요하다. 또한 산업간 경계가 무너지고 있는 상황에서 AI가 다른 산업에 어떻게 활용될지 이해하는 것이 필요하다.

이번 개정증보판은 초판 출간 이후 챗GPT가 불러온 생성형 AI 열풍과 엔비디아의 독주, 그리고 이에 맞선 글로벌 빅테크들의 자체 칩 개발 전쟁 등 시시각각 변하는 현장을 생생하게 담아냈다. 3,600여 개가 넘는 팹리스를 보유하며 무섭게 성장한 중국의 반도체 굴기와 이에 대응할 한국의 전략, 그리고 반도체 인재 확보를 위한 제언을 보강해 지금 우리에게 필요한 기술과 미래 변화를 더욱 날카롭게 파헤친다.

책 《AI 반도체 전쟁》의 김용석 저자는 삼성전자에서 31년간 시스템반도체 개발, 이동통신 소프트웨어 개발, 갤럭시 제품 개발에 참여했고, 이후 성균관대학교에서 10년 넘게 학생들을 가르친 뒤, 현재는 가천대학교에서 반도체 인재 양성을 이어가고 있다. 이론과 실무를 모두 겸비한 시스템반도체 전문가인 그가 쉽고 명쾌하게 AI 반도체의 개념과 응용 산업에 대해 쉽고 명쾌하게 정리해 담았다.

책은 크게 세 부분으로 나누어져 있다. 1장에서는 반도체의 기본 개념과 시스템반도체의 중요성을 다루며, 특히 한국 시스템반도체 산업 발전의 역사와 중국 팹리스의 위협 및 해법을 추가했다. 2장에서는 AI 발전 역사와 AI 맞춤형 메모리인 HBM 등을 설명하고, 격화되고 있는 빅테크들의 AI 반도체 전쟁과 인재 확보를 위한 제언을 새롭게 담았다. 3장에서는 AI 반도체가 만들어 내는 응용 산업 분야를 다룬다. 스마트폰을 넘어 드론, 로봇 청소기 등 우리 일상으로 들어온 ‘온디바이스 AI’가 한국 제조업 도약을 어떻게 이끌 것인지 상세히 설명한다.

AI 시대의 새로운 시작은 우리에게 큰 기회다. 우리는 강점인 제조업이 있고, AI 반도체를 활용할 시장도 있기 때문이다. 신제조업 경쟁에서 AI 반도체를 선점해야 우위를 점할 수 있다고 저자는 역설한다. 책 《AI 반도체 전쟁》개정증보판을 통해 독자는 AI가 결코 거품이 아니며, 온디바이스 AI와 피지컬 AI를 통해 우리 삶이 얼마나 혁신적으로 변할지 구체적으로 알게 될 것이다. 또한 AI 반도체를 통해 어떤 산업과 비즈니스에 거대한 기회가 열릴지 새롭게 발견할 수 있을 것이다. 최신 자료와 변화된 환경을 업데이트한 내용을 통해, 격화되고 있는 AI 반도체 컴퓨팅 경쟁과 이를 둘러싼 각국의 전략, 그리고 우리나라가 나아갈 방향을 전망할 수 있을 것이다.

[목 차]

추천의 글

프롤로그 | AI 시대를 연 반도체, 지금 세계는 AI 반도체 전쟁 중

 

1장. 왜 반도체가 중요한가?

반도체란 무엇인가?

왜 시스템반도체가 중요한가?

한국 시스템반도체 산업 발전의 역사

애플과 테슬라가 시스템반도체를 개발하는 이유

중국 팹리스 성장과 위협, 그 해법은?

시스템반도체 1등의 열쇠, 시스템 아키텍트를 키워라

시스템반도체 생태계 구축이 필요하다

AI 반도체가 신제조업 성장의 기회다

 

 

2장. AI가 쏘아 올린 반도체 전쟁

AI는 어떻게 발전해 왔는가?

생성형 AI와 반도체 전쟁

AI 반도체 시장을 주도할 챗GPT

고객 맞춤형 메모리의 질주, HBM

제2의 HBM, CXL 기술 경쟁

온디바이스 AI 시대 개막

온디바이스 AI가 만드는 스마트폰 카메라 혁신

미·중 반도체 패권 경쟁

7나노 반도체 탑재한 화웨이 스마트폰

격화되고 있는 빅테크들의 AI 반도체 전쟁

우수한 반도체 인재 확보를 위한 제언

반도체 인재 양성, 실무형 교육이 답이다

 

 

3장. AI, 산업의 중심이 되다

온디바이스 AI 반도체, 한국 제조업 도약을 이끈다

스마트홈 시대 연 지능형 사물인터넷

NFC, 사물인터넷의 필수 기술

AI가 만드는 인간 중심의 스마트시티

빠르게 성장하는 AI 헬스케어

자율주행차, 모빌리티 서비스로 진화하다

AI 반도체 회사로 변신한 테슬라

AI 덕에 인간을 닮아가는 휴머노이드 로봇

AI 기반 제조 혁신, 스마트팩토리

AI 반도체로 더 강력해진 드론

로봇 청소기와 온디바이스 AI 경쟁

지능형 CCTV, 영상 보안을 바꾸다

참사 막는 재난 예방 체제, AIoT에 답이 있다

애플, 공간 컴퓨팅 세상을 꿈꾸다

 

에필로그 | 피지컬 AI, 온디바이스 AI 반도체에 집중하자

[본 문]

AI 반도체 개발은 AI 칩뿐만 아니라 이를 구현할 소프트웨어, AI 모델을 모두 기술력을 갖추어야 한다. 실제로 칩 설계는 전체의 30~40% 수준을 차지할 정도로 소프트웨어 비중이 크다. 데이터센터 시장 대비 상대적으로 진입 장벽이 낮은 온디바이스 AI 시장을 노리는 것도 한 방법이다. 상대적으로 온디바이스 AI 업체들의 수요처 발굴이 더 쉽고 성장세도 가파를 것으로 예상한다. 특히, 시스템반도체 불모지로 평가받던 우리나라가 새로운 가능성을 보여줄 수 있는 절호의 기회로 여겨진다. 우리 기업은 엔비디아와 달리, 딥러닝 등 AI 연산에 특화된 NPU 반도체에 집중하고 있다. 현재 주로 쓰이고 있는 엔비디아의 GPU에 비해 범용성은 다소 떨어지지만, 추론에 필요한 연산을 저전력으로 빠르게 처리할 수 있어서 전성비(전력 대비 효율 성능)가 좋다는 점이 장점으로 꼽힌다. _60~61쪽 ㆍ 〈한국 시스템반도체 산업 발전의 역사〉 중에서

 

AI 반도체 시장은 GPU 독주 시대에서 벗어나 역할 분화와 공존의 시대로 이동 중이다. 학습 중심의 GPU, 클라우드(학습, 추론) 전용 TPU, 추론 중심의 마이아 AI 반도체, 에지향의 저전력·고효율 추론용 NPU가 각자의 영역을 확보하며 경쟁과 협력을 동시에 펼치고 있다. 분명한 사실은 엔비디아의 지배에서 벗어나려는 노력이 진행 중이라는 점이다. 구글은 학습, 추론 둘다, MS는 학습은 엔비디아 GPU를 사용하고 추론은 벗어나겠다는 점이 다르다. 중장기적으로는 어떤 단일 칩이 모든 AI 연산을 지배하기보다는, 용도에 맞는 최적의 AI 반도체를 조합해 사용하는 맞춤형 ASIC 구조가 AI 산업의 표준으로 자리 잡을 가능성이 크다. 브로드컴(Broadcom)은 이러한 빅테크 기업들의 칩 설계를 돕는 핵심 파트너로 협력하며 실적이 급성장했다. _184~185쪽 ㆍ 〈격화되고 있는 빅테크들의 AI 반도체 전쟁〉 중에서

 

우리나라도 우수 인재들이 이공계를 택했던 시절이 있었다. 1980년대에는 물리학과, 전자공학과, 기계공학과가 인기를 차지했었다. 우리나라가 지금의 경제 발전을 이룰 수 있었던 것은 그 인재들이 1980년대 디지털 대전환을 잘 준비하고 실행한 결과다. 당시에 “한국은 아날로그 TV에서 30년 뒤진 기술로는 평생 가야 1등 할 수 없다”라는 일본 기업들의 비아냥을 들어야 했다. 1980년대 일본은 세계 전자산업의 선두 주자였고, NHK는 ‘NUSE 방식’이라는 HDTV 시스템을 내세웠다. 고해상도 영상을 목표로 했지만, 핵심은 여전히 아날로그 전송 방식이었다. 우리나라는 디지털 처리 방식의 HDTV 시대를 먼저 열었고, 일본 기업들을 이길 수 있었다. 이뿐만 아니라 반도체, 이동통신 분야에서도 디지털화에 빠르게 대응했다. 이것은 뛰어난 이공계 인재들의 뒷받침이 없었다면 불가능했을 것이다. 정부의 병역 혜택 정책 등도 주요했다. _197~198쪽 ㆍ 〈우수한 반도체 인재 확보를 위한 제언〉 중에서

 

온디바이스 AI 반도체는 스마트폰, 자동차, 가전, 로봇 등 개별 기기 내부에서 작동해야 한다. 이런 환경은 전력, 발열, 크기, 메모리 용량, 가격 등의 제약이 매우 크다. 따라서 외부 솔루션인 범용 칩으로는 성능, 가격 면에서 최상의 성과를 내기 어렵고, 칩 가격도 비싸다. 따라서 각 제품의 특성을 고려한 맞춤형 칩이 필수적이다. 제품에 기존 범용 반도체를 사용하면 타사와의 경쟁에서 이길 수 없다. 성능과 차별화된 성능을 갖기 어렵기 때문이다. 기존 범용 반도체는 말 그대로 범용성은 뛰어나지만, 해당 제품 서비스 구현에 필요한 고성능 연산이 필요한 특정 용도에 적용하기에는 비효율적이다. 스마트폰은 발열, 자동차는 안정성, IoT는 초저전력 등 제품별로 요구조건이 다르다. 센서, MCU, 메모리 등과 인터페이스가 제품 별로 다르기에 맞춤형으로 SoC 설계가 이루어져야 한다. 또한 경량화된 AI 모델을 다르게 개발해야 한다. 따라서 자체적으로 칩을 개발할 필요가 있다. _213쪽 ㆍ 〈온디바이스 AI 반도체, 한국 제조업 도약을 이끈다〉 중에서

 

지능형 사물인터넷(AIoT) 기술을 통한 스마트홈의 활성화가 기대되고 있다. 4차 산업혁명 시대를 이끄는 주요 기술이 많이 있지만, 그중에서도 핵심기술을 뽑자면 IoT와 AI가 꼽힌다. 지금은 IoT 연결성에 AI 초지능이 결합된 ‘AIoT 시대’라고 할 수 있다. IoT가 디바이스 간의 연결을 나타내는 디지털 신경망이라면, AI는 이러한 디바이스들을 통제 및 관리하는 두뇌 역할을 한다. AIoT는 다양한 도메인에 IoT와 AI를 접목하는 융합의 핵심 기술이다. AIoT는 5G나 6G 이동통신의 초연결성을 바탕으로, AI와 빅데이터를 활용한 초지능성을 결합한 사물지능 융합 기술이다. 서비스 도입 영역이 넓어지면서 냉장고, 세탁기, 에어컨, 스피커 등 거의 모든 가전에 AI가 탑재됐다. 이를 ‘사물지능’이라고 부르는데, 사물 특성에 맞게 지능을 개발하고 이를 탑재해 활용하는 융합 기술을 의미한다. _220~221쪽 ㆍ 〈스마트홈 시대 연 지능형 사물인터넷〉 중에서

 

드론의 핵심 기술을 구현하기 위해 다양한 AI 반도체가 활용된다. 드론의 자율비행, 데이터 처리, 실시간 의사 결정을 수행할 때 높은 연산 성능과 저전력을 요구하기 때문이다. 특히 비행 중 실시간 데이터를 처리하기 위해 기기 자체에서 데이터를 처리하는 온디바이스 AI가 중요하다. 온디바이스 AI는 외부 클라우드를 거치지 않고, 내부 AI 칩을 통해 데이터를 즉각적으로 분석하고 수행한다. 무선 환경 없이 빠르게 정보에 응답하고, 인터넷 연결이 불가능한 상황에도 대응한다. 또 온디바이스 AI는 정보 보호, 저전력 등에서도 장점이 있다. 자율비행용 센서와 비행 제어장치에 대한 인터페이스, AI 처리 기능을 위한 AI 코어를 가진다. _229~300쪽 ㆍ 〈AI 반도체로 더 강력해진 드론〉 중에서 

이길여 (가천대학교 총장)

이 책은 기업인에게는 AI 반도체 전쟁의 한가운데서 생존전략서, 정책 전문가에게는 산업에 AI를 접목하고 발전하는 로드맵, 학생들에게는 AI와 반도체를 이해하고 어떤 방향으로 노력해야 하는지를 알려주는 길잡이 역할을 할 것이다. 일독을 권한다.

 

허염 (㈜실리콘마이터스 회장)

시스템 분야와 반도체 분야, 그리고 산업계와 학계를 모두 아우르며 오랜 기간 축적한 저자의 경험과 통찰력이 녹아 들어간 정말 시의적절한 책이다. 우리의 기술과 산업 환경을 고려할 때, 이 대변환의 AI 시대에 우리가 무엇을 해야 할 것인가를 잘 알려주고 있다. 특히 우리가 상대적으로 취약한 시스템반도체 분야에서 무엇을 해야 할 것인지 이 책을 읽으면서 같이 고민하고 실행해야 하겠다.

 

이금룡 (코글로닷컴 회장)

앞으로 생성형 AI 중심의 다양한 발전은 필연적으로 반도체의 고도화와 시스템반도체의 발전을 가져오고, 반도체 산업의 선제적 대응은 대한민국이 국민소득 5만 달러 달성의 진정한 선진국으로 가는 키 팩터(Key Factor)가 될 것이다. 경제계뿐만 아니라 사회 지도층 인사들은 모두 이 책에서 대한민국의 발전 방향을 찾아야 할 것이다. 일독을 권한다.

 

백준호 (퓨리오사AI 대표)

이 책은 반도체의 이해와 중요성을 시작으로 하여, AI 반도체와 AI 반도체가 만들어 내는 응용 서비스까지 모두 다루고 있다. 시스템반도체 개발의 과거와 미래를 예리하고 통찰력 있게 설명하며, 특히 인류 문명의 변곡점이 될 수 있는 AI 기술의 발전으로 인해 격변하는 AI 반도체 산업의 기회와 미래를 예측한다.