전 세계 생성AI 시장의 급속한 발전으로 반도체 산업이 큰 변화를 겪고 있다. 특히 컴퓨팅 파워를 제공하는 AI 칩이 주목받고 있다. 클라우드 데이터 센터의 고성능 AI 가속기든 개인정보 보호 문제로 인한 에지 AI 디바이스 칩이든, 이러한 발전은 AI 애플리케이션에서 하드웨어와 소프트웨어의 폭발적 성장을 예고하는 신호이다. 웨이퍼 파운드리의 첨단 제조 기술과 생산 능력이 AI 칩의 가속화된 컴퓨팅 요구를 실현하는 핵심이 될 것이다.

기술 산업 공급망, 지역 시장, 기술 응용 프로그램 및 시장 동향을 제공하는 전문 미디어 플랫폼인 디지타임스 리서치(DIGITIMES Research)가 최신 AI 칩 특별 보고서를 통해 생성AI 모델의 학습과 추론이 상당한 컴퓨팅 자원에 크게 의존한다고 발표했다.

클라우드 기반 AI의 고성장

생성AI의 개발은 클라우드 기반 AI가 주도하며, 웨이퍼 파운드리의 첨단 공정, 첨단 패키징, HBM 용량 확대, 클라우드 데이터 센터의 AI 서버에 대한 수요가 증가하고 있다. 분석가 스텔라 웡(Stella Weng)은 2023년부터 2028년까지 클라우드용 고급 GPU의 연평균 성장률(CAGR)이 44%에 달할 것이며, 클라우드 ASIC 가속기는 52%의 CAGR을 보일 것으로 전망했다. 웡은 또한 2022년부터 2024년까지가 클라우드 AI 가속기의 고성장 기간이 될 것이라고 말했다. 클라우드 서비스 제공업체들이 AI 애플리케이션 인프라를 정교화함에 따라 향후 AI 서버 수요 증가세가 둔화되어 점차 교체 중심의 수요로 전환될 것으로 예상된다.

클라우드 및 에지 AI 칩의 강한 생산 수요에 대응하여 웨이퍼 파운드리들도 첨단 공정과 패키징 능력 확대를 가속화하고 있다. 분석가 에릭 첸(Eric Chen)은 2023년부터 2028년까지 웨이퍼 파운드리 산업에서 5나노미터 이하 첨단 공정 확대의 CAGR이 23%에 달할 것으로 예측했다. 첨단 패키징 분야에서 AI 칩은 TSMC의 CoWoS 패키징 기술에 크게 의존하고 있어 TSMC의 CoWoS 용량 확대 CAGR이 2023년부터 2028년까지 50%를 넘을 것이다. 첸은 또한 AI 칩의 출하 및 성능 향상 요구를 충족시키기 위해 웨이퍼 파운드리들이 포토리소그래피 기술, 새로운 트랜지스터 구조, 백엔드 전력 전달(BSPDN), 2.5D/3D 첨단 패키징, 유리 기판, 칩온웨이퍼온기판(CoWoS), 실리콘 포토닉스 통합 등 첨단 공정 및 패키징 기술 개발을 적극 추진하고 있다고 말했다.

클라우드 기반 서비스에서 에지로 전환

생성AI 애플리케이션이 급속히 확대되어 클라우드 기반 서비스에서 에지 배치로 전환되고 있다. 디지타임스 리서치는 스마트폰과 PC가 가장 먼저 대규모 생산을 도입할 것으로 전망했다. 스마트폰의 AI 애플리케이션 프로세서(AP) 개발과 시장 변화가 주목할 만하다.

분석가 짐 치엔(Jim Chien)은 2024년 전 세계 생성AI 스마트폰 AP 출하량이 2억 6천만 대에 달하고, CAGR이 65%를 기록하며 2028년에는 8억 대까지 증가할 수 있다고 전망했다. AI 스마트폰 AP 출하량 증가의 혜택으로 2024년에는 2억 4천만 대의 AI 스마트폰이 출하될 것으로 추정되며, 매년 증가해 2028년에는 AI 스마트폰의 보급률이 50%를 초과할 가능성이 있다.

AI PC 분야의 분석가 조이스 첸(Joyce Chen)은 2024년에 PC 하드웨어 및 소프트웨어 벤더들이 AI PC 시장을 적극적으로 테스트하고 있다고 전했다. 2025년에는 PC 프로세서가 더욱 발전된 공정을 통해 연산 능력을 향상시키고 전력 소비를 줄이며, 마이크로소프트가 윈도우 10을 중단하고 엔드포인트 시장에 코파일럿 제품을 도입함에 따라 AI PC 성장의 새로운 물결이 나타날 것으로 보인다. 첸은 2024년 AI PC 프로세서 출하량이 5천만 대에 근접할 것이며, 이후 PC 하드웨어와 소프트웨어 통합이 안정화되면서 CAGR 39%로 증가하여 2028년에는 최대 1억 5천만 대에 달할 것으로 예측하고 있다.

AI 애플리케이션의 구현은 상당한 비즈니스 기회를 가져올 것이다. 이는 기존 시장을 확장할 뿐만 아니라 새로운 요구에 따라 현재의 기술과 용량 수요를 변화시켜 칩 시장의 경쟁을 더욱 격화시키고 반도체 생태계에 큰 변화를 가져올 것으로 예상된다.