[프리즘] AI 구현을 위한 반도체

강대화 한국폴리텍대학 대전캠퍼스 반도체장비제어과 교수(공학박사)

강대화 한국폴리텍대학 대전캠퍼스 반도체장비제어과 교수(공학박사)

2020년 미국 Open AI社가 GPT-3를 공개하면서 방대한 규모의 언어 기반 AI(인공지능) 모델이 등장하였고, 2022년 11월 30일 동 社의 GPT-3.5 기반 대화형 AI인 Chat GPT를 공개하여 5일 만에 100만 명이 넘는 사용자를 확보하여 세계를 놀라게 했다. Chat GPT 등장으로 생성형 인공지능에 대한 열풍이 전 세계적으로 거세게 일어나고 있다. Chat GPT는 그림을 그리고 가상의 인물 및 동영상을 생성하고 일부 분야에서 코딩까지 가능한 영역으로 발전하고 있다. 이번 '프리즘'에서는 AI를 구현하기 위해 필요한 주요 반도체 및 기술에 대해서 독자분들과 소통하고자 한다.

전문가들은 고성능 AI 구현을 위한 투자의 핵심으로 GPU(Graphics Processing Unit), HBM(High Bandwidth Memory), 파운드리(Foundry) 등 세 가지를 이구동성으로 이야기하고 있다. 첫째, GPU는 초기에는 그래픽 처리를 위해 개발되었지만, 현재는 병렬 처리 능력을 활용해 고성능 AI 작업 능력을 가속하기 위한 필수 반도체 제품이며, 딥러닝과 머신러닝 모델의 학습 및 추론에 GPU가 널리 사용되고 있다. 대표기업으로는 미국의 NVIDIA가 있다. 둘째, HBM은 고대역폭 및 낮은 전력 소비를 제공하는 메모리 기술(여러 개의 D램을 수직으로 연결해 기존 D램보다 데이터 처리 속도를 획기적으로 증가시킴)로, 이는 대규모 데이터를 처리하는 데 필요한 대역폭을 제공하면서도 전력 소비를 줄여 고성능 AI 구현을 위해 필수 대표 반도체 제품으로 GPU의 주요 메모리로 사용된다. 대표기업으로는 우리나라의 SK하이닉스와 삼성전자가 있다. 마지막으로 파운드리는 반도체 설계 디자인을 전문으로 하는 업체가 설계한 반도체 제품을 위탁받아 생산 및 공급하는 회사로 반도체산업 분야에서는 '반도체 위탁 생산'업체를 지칭한다. 대부분의 반도체 기업들은 자체적으로 생산 라인을 보유하고 있지만, 일부 기업들은 외부 파운드리 업체에 생산을 위탁한다. 파운드리 대표기업으로는 대만의 TSMC와 우리나라의 삼성전자 등이 있다. 아울러, 파운드리와 반대 개념으로 반도체 제조 공장 없이 반도체 설계를 주로 하는 기업을 '팹리스'라 한다. 지금까지 설명한 3가지 반도체 제품 및 기술들은 AI 분야에서 성능과 효율성을 향상시키는데 매우 중요한 분야이며, 고성능 GPU에 HBM을 결합해 방대한 규모의 데이터를 빠르고 효율적으로 처리하는 시스템을 구축하고, 파운드리는 이러한 기술들을 생산하기 위한 필수적인 역할을 수행하고 있다. 위에서 설명한 AI 구현을 위한 3가지 중 HBM과 파운드리에서 우리나라는 매우 중요한 위치에 있다. 시장조사업체인 트렌드포스는 2023년 HBM 시장점유율 관련, SK하이닉스와 삼성전자가 1, 2위를 차지하고 있다고 추정하였고, 파운드리 분야 시장에서는 대만의 TSMC와 우리나라 삼성전자가 1위와 2위를 차지하고 있다. 종합해 보면 AI 구현을 위한 반도체 분야에서 우리나라가 매우 중요한 위치에 있다는 것을 알 수 있다.

우리나라의 반도체 기업은 삼성전자, SK하이닉스 외 전·후공정 반도체 장비 등을 제조 판매하는 우량한 기업들이 다수 존재한다. 이것은 우리나라는 반도체 분야에 많은 일자리가 창출된다는 것을 말해주고 있으며, 실제로 이러한 일자리 창출에 대비해 우리나라 대학에서는 다양한 반도체 학과를 신설하여 대응하고 있다. 필자가 재직 중인 한국폴리텍대학 대전캠퍼스에서도 '반도체장비제어과' 및 '반도체융합기계과' 2개 학과를 신설해 '2024학년도 신입생을 모집하였고, 교육 과정을 운영 중이다. 특히 반도체 생산 및 공정관리를 위해 반도체 장비제어 전문인력이 반드시 양성되어야 한다. 반도체 장비제어 인재는 반도체 제조 공정에서 사용되는 장비를 효율적으로 관리하고 제어하는 기술 인력으로, 반도체 제조 공정의 핵심 분야 중 하나이며 첨단 반도체 생산을 위해 필수적인 기술인재로, 향후 많은 실무인재 수요가 있을 것으로 예상된다. 향후 대학입시 및 진로를 고민하는 경우 반도체 관련 학과에 도전해 보는 것은 양질의 취업을 위해 매우 좋은 방법이 될 수 있다. 강대화 한국폴리텍대학 대전캠퍼스 반도체장비제어과 교수(공학박사)