정부, 한국형 '엔비디아' 육성... 2030년 AI 반도체 자립한다

AI 반도체를 제2의 D램으로 본격 육성... 2030년 시장점유율 20%, 혁신기업 20개, 고급인재 3000명 목표 제시

정부가 메모리(D램) 강국인 한국이 인공지능 반도체(AI 가속기) 강국으로 거듭날 수 있도록 지속해서 예산을 투자해 2030년 독자 기술로 개발한 AI 반도체 상용화에 나선다. 이를 통해 국내 기업과 엔비디아, 구글 등 AI 반도체 선도 기업의 격차를 좁혀 한국이 메모리에 이은 새 미래 먹거리를 확보할 수 있도록 할 계획이다.

12일 정부는 시스템반도체 설계지원센터에서 국무총리 주재 제13회 과학기술관계장관회의를 개최하고 인공지능(AI) 강국 실현을 위한 'AI 반도체 산업 발전전략(시스템반도체 비전과 전략 2.0)'을 관계부처 합동으로 발표했다.
 

[사진=게티이미지뱅크 제공]

AI 반도체 시장... 엔비디아·구글 앞서지만 지배적인 강자는 없어

정부는 AI와 시스템반도체를 혁신 성장을 위한 전략 투자 분야로 정하고, AI 국가전략과 디지털 뉴딜 등의 정책을 통해 관련 지원 계획을 세웠다.

AI 반도체는 이러한 AI 국가전략의 초석이며, 한국 시스템 반도체 산업의 새 성장동력으로 주목받고 있다. 실제로 시장조사기관 가트너에 따르면, 2018년부터 2024년까지 시스템 반도체 연평균 성장률은 D램 –0.5%, 낸드플래시 10.1%인데 비해 AI 반도체는 35.8%를 기록할 것으로 기대된다.

반도체 업계에 따르면, AI 반도체 시장은 아직 지배적인 강자가 없는 초기 단계다. 엔비디아의 GPGPU '테슬라'가 높은 시장 점유율을 보여주고 있지만, 인텔, AMD, 구글, 마이크로소프트, 아마존 등 많은 IT 기업이 관련 기술 확보와 시장 선점을 위해 AI 반도체 개발을 진행하고 있다.

 

AI 모델 학습과 실행에 특화된 AI 반도체... 1단계에서 2단계로 넘어가는 중

이에 정부는 한국의 메모리 반도체 제조 역량을 살려 AI 반도체를 집중 육성, 관련 시장을 선도한다는 내용을 담은 AI 반도체 산업 발전전략을 수립했다.

AI 반도체는 첨단 시스템반도체 분야로, AI 모델 개발 및 실행에 필요한 데이터 학습·추론 등 AI의 핵심 연산을 수행하는 데 특화되어 있다.

AI 모델 구현에 인공신경망(딥러닝) 기술이 가장 유효한 것으로 밝혀짐에 따라 기존 컴퓨터의 CPU보다 인공신경망 구현에 유리한 GPGPU(1세대)가 주목받고 있다. 현재는 GPGPU가 지나치게 전력을 많이 소모하는 점에서 착안해 인공신경망 구현에 특화된 뉴럴프로세싱유닛(NPU, 2세대)이 집중적으로 연구·개발되고 있다. 향후에는 신소자를 활용해 별도의 커스텀 과정 없이 하드웨어 자체에서 AI 모델 학습과 추론을 최적화한 뉴로모픽(3세대) 프로세서가 개발될 것으로 기대된다.

AI 반도체 시장 규모는 향후 10년간 6배 성장해 2030년에는1179억 달러(약 135조6000억원)에 이를 전망이다.
 

독자적인 NPU 개발 후 뉴로모픽 상용화... 단계적으로 반도체 개발 착수

정부는 먼저 NPU를 국내 기술로 상용화한 후 뉴로모픽 프로세서 개발에 나설 계획이다. 이를 위해 'AI반도체 선도국가 도약으로 AI·종합반도체 강국 실현'이라는 비전을 세우고 2030년까지 △글로벌 시장 점유율 20% 달성 △혁신기업 20개 확보 △고급인재 3000명 양성이라는 목표를 세웠다.

이는 민간의 '혁신역량'과 정부의 '전략적 지원' 결합이라는 형태로 운영된다.

먼저 정부는 AI 반도체 플래그십 프로젝트를 추진해 전 세계에서 손꼽히는 기술력을 확보할 계획이다.

이를 위해 국내 기업이 AI 반도체를 독자 개발할 수 있도록 설계·소자·공정 기술혁신을 추진한다. 올해부터 글로벌 시장에서 통하는 서버·모바일·엣지컴퓨팅 분야에 활용할 수 있는 데이터센터용 NPU, 미래 신소자, 미세공정·장비를 개발에 착수한다. 내년부터는 4레벨 단계의 자율주행차용 고성능 NPU 개발을 위한 신규사업 기획을 추진한다.

이어 2029년까지 신소자와 혁신적 설계 기술을 융합해 뉴로모픽 프로세서 개발을 완료한다. 정부가 목표로 하는 뉴로모픽 프로세서는 1페타플롭스(초당 1000조번 연산)의 성능과 1mW의 초저전력을 갖추는 것을 목표로 한다.

또한 전 세계 1위의 D램 메모리 역량을 살려 저장(메모리)과 연산(프로세서)을 통합한 차세대 메모리 'PIM(Processing In Memory) 반도체' 기술을 개발한 후 관련 시장을 선점할 계획이다. 이러한 계획을 실현할 수 있도록 정부는 삼성전자, SK하이닉스 등의 국내 상용·주력 공정과 연계해 가시적 성과 창출을 유도하고, 관련 기술 확보를 위한 연구·개발을 단계적으로 지원한다.
 

과학기술관계장관회의를 주재하는 정세균 총리. [사진=연합뉴스 제공]

개발한 AI 반도체를 민·관 데이터센터에서 검증···가능성 입증한다

정부는 이렇게 개발한 AI 반도체를 국가 AI·데이터댐 인프라에 투입해 그 실용성을 검증받을 계획이다. 예를 들어 민‧관 협력으로 추진하는 '광주 AI 클러스터'나 네이버비즈니스플랫폼‧SK텔레콤이 보유한 공공‧민간 분야 클라우드 데이터센터에 국산 AI 반도체를 우선 투입해 그 성능을 테스트하고, 2022년에는 AI 반도체가 탑재된 고성능 AI 서버를 국내 자체 기술로 상용화할 계획이다.

또한 개발된 AI 반도체에서 상용 AI 모델을 학습·추론할 수 있도록 하드웨어와 소프트웨어를 연결하는 플랫폼 기술 개발에도 나선다.

정부는 기업과 정부가 1:1 비율로 투자하는 AI 반도체 아카데미 사업을 신설하고 석·박사급 설계인력을 집중 양성하는 선도대학을 운영한다.

구체적으로 올해 내로 AI 반도체 융합전문인력 양성 센터를 세우고, 대학ICT연구센터를 올해 2개에서 내년에 추가로 확대 지정한다. 내년 일부 AI 대학원에 AI 반도체 관련 과목을 개설하고, 이러한 커리큘럼을 AI 대학원 전반으로 확산시킬 계획이다.
 

2030년 50개의 AI 반도체 출시 목표... 수요 맞춰 특화

이러한 정책을 통해 정부는 2030년까지 50개의 수요 맞춤형 AI 반도체 칩셋이 출시될 것으로 기대하고 있다. 이러한 목표를 달성하기 위해 정부는 2029년까지 진행되는 '차세대 AI 반도체 R&D'에 1조원, 2027년까지 진행되는 '자율주행차 핵심R&D'에 1조원의 예산을 투자할 예정이다.

정부는 기업끼리 협력해 AI 반도체 설계 역량을 강화할 수 있도록 지원하고, 관련된 공정혁신밸리를 조성할 예정이다. 구체적으로 국내 반도체 역량이 집중된 평택, 용인 등 중부권에 AI 반도체 공정혁신 밸리를 구축하고, 첨단 공정장비와 소재 기술 개발을 지원할 계획이다.

또한 AI 반도체 개발기업의 규모 확대를 위해 대규모 뉴딜펀드를 지원한다. 정책형 뉴딜펀드 투자 대상에 차세대 반도체를 포함하고 투자설명회를 통해 AI 반도체 산업 자금지원을 추진한다.

마지막으로 정부는 혁신 기업 육성을 위한 AI 반도체 혁신설계센터를 구축한다. 이와 함께 국내 대기업이 보유한 반도체 생산 역량을 국내 팹리스(반도체 설계사)에 개방해 설계부터 생산까지 책임지는 창업지원체계를 구축한다.

최기영 과학기술정보통신부 장관은 "AI 반도체는 향후 AI 시대를 위한 데이터 댐 등 디지털 뉴딜의 핵심 인프라로서, 한국의 강점을 토대로 민간과 정부가 협력하면 세계 최고 수준으로 발전할 수 있는 유력 분야다. 정부의 선제적 투자로 관련 경쟁력을 조기에 확보해 한국이 AI 반도체 선도국가로 거듭날 수 있도록 하겠다"고 말했다.