글로벌 주요국의 AI 반도체 경쟁 및 동향

최근 AI 수요가 급격하게 확산되고 있으며 미래 잠재력도 커지고 있다. 미국, 일본, 중국 등 주요국 정부들과 기업들 역시 AI 관련 반도체 투자와 지원을 확대하며 AI 기술관련 경쟁이 치열해지는 양상이다. 우리나라 역시 AI 반도체 생태계 및 역량 강화를 위한 노력이 필요한 상황이다. 산업연구원의 미래전략산업브리프(’24.12.31), 정보통신정책연구원의 보고서 글로벌 AI 패권 경쟁과 한국의 대응 전략(’24.12.20), 뉴스핌의 기사, 엔비디아 '블랙웰' 선전에 웃는 삼성·SK…HBM4 납품이 관건(’25.3.4) 등의 자료를 토대로 AI 반도체 산업 동향을 살펴봤다.  

AI 기술 급성장하며 AI 반도체 기술 경쟁 치열  

글로벌 디지털 기술을 주도하기 위한 치열한 경쟁이 펼치지는 가운데 AI의 등장은 디지털 패권 경쟁의 판도를 뒤 바꿨다. 2022년 11월 미국 국적의 오픈AI가 챗GPT 프로토타입인 인공지능 챗봇을 발표하면서 AI에 대한 전 세계 적인 관심이 폭증했다. 이후 불과 수년 사이 글로벌 유수의 IT 기업들이 AI 관련 연구 성과를 쏟아내고 있으며, 향 후 AI 기술을 활용해 창출해 낼 수 있는 잠재적 가능성들도 열려가고 있다. AI가 엄청난 확장성을 가진 만큼 이를 뒷받침할 AI 반도체에 대한 기술개발 경쟁도 더욱 심화되고 있다.            

AI 기술 분야에서 패권국을 자처하는 미국은 AI 반도체 개발 및 연구에도 정책적 지원과 투자를 이어가고 있다. 반도체 굴기를 진행하는 중국도 미국의 견제에도 불구하고 AI반도체 개발을 활발히 진행하고 있으며, 반도체 생 산대국인 대만 역시 미래 시장을 놓고 기술 개발에 박차를 하고 있다. 일본 역시 정부 주도로 반도체 기업을 설립 하는 등 미래 반도체 기술 개발을 서두르며 반도체 기술국의 영광을 되찾기 위해 노력하고 있다. 

참고로 AI 반도체(AI Chip)는 인공신경망 연산을 위해 맞춤으로 설계된 NPU(신경망처리장치, 뉴로모픽칩)를 포 괄하며, 기계학습 모델을 구축해 AI 소프트웨어 구현을 위해 특화 설계된 통합칩이다. GPU와 같은 병렬연산 장치 는 AI 소프트웨어의 작동 효율을 강화하는 목적으로 활용돼 AI 가속장치(AI accelerator)라고도 불린다. 뉴로모 픽칩은 메모리를 GPU처럼 구현해 실제 신경망 구조를 하드웨어로 모방하는 칩이다. 

글로벌 IT 기업들 보유한 미국의 AI반도체 경쟁력 

반도체 설계분야에서 강한 미국은 AI 반도체 부분에서도 가장 앞서 나가고 있는 국가다. 미국 국적의 엔비디아, 마이크론, 인텔 등 반도체 기업들은 AI 반도체 관련 투자를 더욱 확대하고 있으며, 미국 정부 역시 반도체와 과학 법 등에 근거해 지원을 강화해 나가고 있다. 

AI 관련 기술 발전이 급격하게 진행되면서 가장 주목받는 기업은 ‘엔비디아(NVIDIA)’라고 할 수 있다. 이 기업은 기존 주력 제품인 ‘H100’, ‘B200’에 이어 차세대 AI 반도체 ‘블랙웰(Blackwell)’을 2024년 3월에 공개한 바 있으 며, 6월에는 HBM4용 신형 AI 반도체 ‘루빈 (Rubin)’을 공개하기도 했다. 블랙웰 제품은 양산이 진행 중이며, 2025년 하반기에는 블랙웰의 신제품인 '블랙웰 울트라' 출시도 예고하고 있다. 현재 엔비디아는 세계 AI반도체(AI 가속기) 시장에서 약 90%의 높은 점유율로 글로벌 시장을 주도하고 있다. 

미국 기업 마이크론(Micron)은 AI 확산으로 고대역폭 메모리(HBM) 수요가 급증하면서 HBM 투자를 확대 중이다. 마이크론은 2025년 자사 전망을 통해 세계 HBM 시장점유율 20~25%를 목표로 한다고 발표하기도 했다. 2024 년 2월부터 HBM 양산을 시작한 마이크론은 국가로부터 정책적 지원을 받고 있다. 미국 정부는 2024년 12월 10 일 ‘Chips and Science Act’에 근거해 마이크론에 약 62억달러의 보조금 지급을 확정한 바 있다. 

인텔 AI 반도체 개발에 미 정부의 정책적 지원

인텔(Intel) 역시 AI 반도체 분야에 대한 투자를 활발히 진행하고 있다. 인텔은 2024년 9월 AI 가속기 ‘가우디 3’(Gaudi3)을 출시한 바 있다. 가우디3의 경우 엔디비아의 H100보다 추론 성능이 평균적으로 50% 뛰어나고 전 력효율성도 40% 더 좋지만, 가격도 더 낮게 형성돼 있다. 인텔 측은 가우디3 제품이 엔비디아의 고비용 GPU의 훌 륭한 대안이 될 것이라고 강조하기도 했다. 

인텔에 대한 미국 정부의 지원도 진행되고 있다. 미국 정부는 2024년 11월 26일 인텔 반도체 공장에 대해 약 79억 달러의 보조금을 지급한다고 최종 확정한 바 있다. 

한편, IBM의 기술개발 연구개발 노력도 활발하게 진행되고 있다. IBM은 2024년 12월 초 공동 패키지형 광학(co- package optics, CPO) 기술을 개발했다고 발표한 바 있다. 이 기술은 데이터센터 서버 간 통신을 기존 전선 기반 을 대체해 AI 학습을 최대 5배 높일 수 있는 것으로 알려진다. 

엔디비아와 경쟁하는 AMD는 2023년 말 MI300X 출시에 이어, 2024년 10월 신규 AI 반도체 Instinct MI325X를 공개하고 양산에 돌입했다. 이 새로운 AI 칩은 엔디비아의 데이터센터 AI칩인 블랙웰과 글로벌 시장에서 경쟁을 펼 칠 것으로 예상된다. AMD의 MI325X는 엔비디아 H200에 비해서 메모리 용량이 1.8배 높고, 추론 성능도 최대 40% 높은  편이다.  

이밖에 퀄컴, 구글, 아마존 등과 같은 기업들도 향후 확장 잠재력이 큰 AI 반도체 시장을 공략하기 위해 AI칩 개발 에 총력을 기울이고 있다. 

일본 정부 주도로 반도체 기업들 연구개발 활발 

AI 수요 확산에 따른 일본 메모리반도체 기업들도 신속한 대응에 나서고 있으며. 일본 정부도 반도체 및 AI 분야 에 대한 지원책을 강화하고 있다. 

한편, 일본 정부는 2024년 11월 반도체와 AI 지원에 10조엔(한화 약 91조원) 이상의 신규 공적 지원 계획을 발표 하기도 했다.

대만 TSMC 글로벌 최대 반도체 공급 체인 구축

세계 반도체 파운더리 1위 기업인 TSMC를 보유한 대만은 글로벌 반도체 시장에서 강력한 입지를 구축하고 있다. TSMC는 AI 반도체 시장의 성장에 따라 글로벌 영향력이 더욱 강화되고 있으며 시장점유율도 확대되고 있다. TSMC는 거대언어모델(LLM) 생성형 AI의 수요가 급증하면서 AI 반도체 수요 증가로 글로벌 시장에서 매출 증가 와 시장 점유율을 늘려가고 있다. TSMC의 2024년 2분기 매출액은 약 319억 6,000만달러를 기록하며, 전분기 대 비 9.6% 증가한 것으로 나타났다. 세계 시장점유율 또한 1분기 61.7%였던 것이 2분기에는 62.3%로 상승했다. TSMC는 반도체 파운드리 거점을 대만 자국과 미국, 일본 외에 유럽으로 확대하고 있으며, 일본에서 AI 반도체 생 산도 추진하는 등 글로벌 반도체 수요 증가에 대응하고 있다. 

글로벌 반도체 공급망에서 중요한 역할을 하는 TSMC는 미국 애리조나주에 반도체 공장을 건설 중이며, 미국 정 부 차원의 지원을 받고 있다. 애리조나 1공장은 2024년 4월 4나노 공정 시범 생산에 들어갔으며, 2025년 1분기 에 양 산에 돌입할  예정이다. TSMC의 애리조나  1공장  준공 식은  트럼프  2기 출범 이후 로  연기한  상황이다. 

애리조나 2공장은 현재 건설 중이며, 2나노 공정의 반도체 생산 시작 계획은 당초 2026년으로 계획됐지만 2028 년으로 연기된 상황이다. 앞으로 건설될 3공장의 경우 2나노 이상의 첨단 공정을 적용한 생산공장 건설하고, 2나 노나 A16(1.6나노) 생산을 계획하고 있으며, 2030년 생산을 목표로 하고 있다. 

미국 정부는 2024년 11월 ‘반도체 지원법’에 의거해 TSMC에 보조금 66억달러(약 9조 2,000억원)를 지급한다고 확정한 바 있다. 

TSMC의 일본 구마모토현 반도체 공장의 경우 1공장은 2024년 2월 완공을 하고, 12월 27일 12~28나노 공정의 반 도체를 생산하고 있다. 이 공장은 스마트폰·자동차용 반도체 웨이퍼를 월 5만 5천장 생산할 수 있는 능력을 갖췄다. 구마모토현 1공장의 경우 2021년 10월 건설 계획이 발표됐고, 2022년 4월 착공해 2024년 2월 완공할 정도로 신 속하게 진행됐다. 일본 정부는 ‘반도체 지원법’에 의거해 TSMC에 보조금 4,760억엔(약 4조 2,000억원)을 지급했 으며, 정부 차원의 인허가 기간 축소 등 규제를 해소해주며 공장 건립을 지원했다.

구마모토 2공장은 2024년 6월 착공했으며, 2027년 공장 가동 계획이며, 6~7나노 공정의 반도체를 생산할 예정이다. 유럽지역의 반도체 공급을 위해 TSMC는 2024년 8월 20일 독일 드레스덴에 반도체 공장 기공식을 갖고 건설에 착수했 다. TSMC는 여기에 100억유로(1조 7,000억원)를 투자할 예정이며, 2027년부터 공장을 가동해 자동차 및 산업용 웨이퍼 를 생산할 계획이다. EU와 독일정부는 드레스덴 반도체 공장 건립을 위해 50억유로를 지원할 예정이라고 밝힌 바 있다. 

중국 AI 반도체 연구개발 속도감 있게 빠르게 진행

중국은 반도체 분야에서 글로벌 경쟁력과 입지가 상대적으로 취약한 상황이다. 그럼에도 반도체 자립을 위해 정 부자원의 대대적인 투자와 지원을 꾸준히 이어가고 있다. 최근에는 AI 반도체 개발 및 특허 등에서 일부 의미있는 성과를 보여주고 있다. 실제로 중국은 반도체 설계 부분에서 세계 최고 권위의 학회라고 할 수 있는 국제고체회로 학회(ISSCC)에서도 큰 두각을 나타내고 있다. 2025년 2월 열렸던 ‘ISSCC 2025’에 중국이 제출한 논문 수는 600 편에 달할 정도였으며, 채택된 논문도 전체 246편 중 92편으로 3년 연속 최다 논문 채택 국가가 됐다.       

중국은 대외적으로 천명한 반도체 굴기를 지속적으로 추진하고 있으며, 세계 AI 서비스 시장의 성장에 대응하기 위해 노력 중이다. 중국은 미국의 대중국 수출 규제 강화로, HBM 국산화 등 반도체 자립화 속도를 더욱 높여 나 갈 것으로 예상된다. 일각에서는 반도체 생산뿐만 아니라 설계역량도 반도체 주요국들과 경쟁할 수 있을 정도로 높은 성장세를 보이고 있다는 평가들도 나온다. 미국 정부는 2024년 12월 2일 중국의 AI 발전을 견제하기 위한 방안을 발표했다. 중국으로 수출되는 HBM과 반도체 제조장비 판매를 규제한다는 방안이다. 미국은 반도체 관련 수출 규제를 통해 중국 반도체 및 반도체장비 140개 기업을 수출제한 대상 기업으로 확대해 지정했다. 더불어 세 계 반도체장비 업체들에게 미국 허가 없이 중국으로 수출할 수 없도록 제재를 단행했다. 

미국 견제에도 중국 정부 자국 반도체 산업 지원 강화

국내 반도체 업계도 글로벌 기술격차 대응 활발

AI 확산 추세로 세계 AI 반도체 시장 확대 전망