온디바이스 AI 확산, 심장 역할 하는 전력반도체 가치 급등
메모리 강국 대한민국, 시스템·전력반도체 아우르는 생태계 확장 기회
글로벌 기술 혁명의 새로운 국면으로 에너지 효율 시대가 도래하면서 전력반도체가 전기 시스템의 핵심 요소로 떠오르고 있다. 메모리와 중앙처리장치(CPU)가 정보의 저장과 연산을 담당하는 것과 달리, 전력반도체는 전기의 흐름을 제어하고 조절함으로써 시스템 전반의 작동을 실질적으로 가능하게 하는 역할을 수행한다. 모빌리티, 에너지 인프라, 인공지능(AI) 데이터센터 등 전기를 생산하거나 소비하는 모든 산업 분야에서 전력 효율을 극대화하고 에너지 손실을 최소화하는 기술력이 미래 경쟁력을 결정짓는 핵심 척도로 자리매김하고 있다. 이런 추세는 전력반도체 기술의 중요성을 더욱 부각시키며 관련 시장의 성장을 견인할 것으로 전망된다. 이에 <알파경제>는 전력반도체 시리즈를 준비하게 됐다. [편집자주]
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| (사진=디시오) |
[알파경제=문선정 기자] 인공지능(AI) 반도체 시장이 격변기를 맞이하고 있다.
그동안 엔비디아(NVIDIA)를 필두로 한 AI 가속기(GPU·TPU·NPU 등)가 화려한 스포트라이트를 받으며 시장을 리드해 왔다.
이제는 그 무대 뒤에서 시스템을 지탱하는 ‘전력반도체(Power Semiconductor)’와 ‘열 관리’ 능력이 글로벌 기업들의 생사 여탈권을 쥔 핵심 변수로 떠올랐다.
흔히 AI 반도체를 하나의 '거대한 오케스트라'에 비유하곤 한다.
연산 칩이 무대 중앙에서 화려하게 독주하는 주연 배우라면, 초고대역폭메모리(HBM)나 DRAM 같은 메모리 반도체는 방대한 데이터를 쌓아둔 거대한 도서관이다.
그러나 아무리 뛰어난 배우와 도서관이 있어도 무대 뒤에서 전기를 안정적으로 공급하고 발열을 제어하는 스태프가 없다면 공연은 순식간에 중단된다.
전력반도체는 바로 이 공연을 완벽하게 지속시키는 '보이지 않는 영웅'인 셈이다.
전문가들이 “AI 시대의 경쟁은 단순한 연산 성능 싸움이 아니라, 전력과 열을 다루는 종합전”이라고 입을 모으는 이유다.
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| (사진=디시오) |
◇ 클라우드에서 '손 안의 AI'로…온디바이스가 당긴 전력 혁신의 도화선
현재 AI 하드웨어 시장의 흐름은 크게 두 가지 축으로 움직이고 있다.
첫째는 거대 모델(LLM) 기반의 연산 괴물인 데이터센터다. 초거대 생성형 AI를 구동하는 데이터센터는 이제 단순한 서버 창고가 아닌, 24시간 연산을 쏟아내는 AI 공장으로 진화했다.
여기서 발생하는 막대한 전력 소모와 발열은 인프라의 한계를 시험하고 있다.
둘째는 손 안으로 들어오는 온디바이스(On-Device) AI다. 스마트폰, PC, 자율주행 차량, 가전제품 내부에 AI 연산 유닛(NPU)이 직접 탑재되는 흐름이 가속화되고 있다.
프라이버시 보호, 즉각적인 반응 속도, 데이터센터의 비용 부담 절감이라는 확실한 장점 때문이다.
한치호 경제평론가 겸 행정학 박사는 “특히 온디바이스 AI의 확산은 전력반도체의 몸값을 높이는 결정적 계기가 됐다”면서 “한정된 배터리 용량으로 하루 종일 초고성능 AI 연산을 돌려야 하기 때문에, 전력이 새어나가지 않도록 막고 발열을 원천 차단하는 '고효율 전원 관리 솔루션'이 제품의 경쟁력을 좌우하기 때문”이라고 말했다.
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| (사진=디시오) |
◇ '전기의 확장'이 곧 AI의 확장…전력반도체가 해결할 과제들
앞으로 AI 칩이 진화할수록 핵심 지표는 단순한 연산 속도가 아니라 '성능 대 전력 비율(성능/와트)'이 될 것이다.
AI 칩이 최고 속도로 달리는 슈퍼카라면, 전력반도체는 엔진에 연료를 미세하게 분사하고 과열을 막아 시스템 크기를 줄여주는 핵심 장치다.
최근 시장에서 SiC(실리콘카바이드)나 GaN(질화갈륨) 같은 차세대 화합물 반도체 소재에 주목하는 이유도 바로 전력 변환 효율을 극대화하기 위함이다.
하지만, 기술의 명(明)이 짙어질수록 사회가 풀어야 할 암(暗)도 뚜렷해진다.
강미선 디시오 대표는 “고성능 고효율 인프라에 접근 가능한 계층과 그렇지 못한 계층 간의 양극화 해소가 필요하고, 단순 자동화를 넘어선 노동 구조 개편에 따른 사회적 재훈련 프로그램 및 안전망 구축도 수반돼야 한다”고 분석했다.
또 “딥페이크, 개인정보 유출, 알고리즘 편향성에 대응하는 제도적 장치 마련, 칩의 효율이 좋아져도 전체 사용량이 폭증하면 전력난이 가중되기 때문에 재생에너지 전환과 시스템 최적화가 병행돼야 한다”고 덧붙였다.
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| (사진=디시오) |
◇ 韓 반도체의 미래, 두뇌와 심장을 모두 쥐어야 한다
반도체는 팹리스(설계), 파운드리(제조), 패키징, 소재·부품·장비(소부장), 소프트웨어까지 생태계의 모든 톱니바퀴가 맞물려야 혁신이 일어나는 종합 협업 산업이다.
대한민국은 전 세계가 인정하는 메모리 반도체(DRAM·HBM)의 절대 강자다.
하지만 다가올 AI 전면전에서 승기를 굳히기 위해서는 이 확실한 메모리 리더십을 바탕으로 시스템 반도체(NPU·가속기)와 전력반도체, 그리고 이를 하나로 묶는 첨단 패키징 영역으로 생태계를 확장해야 한다.
윤용필 한국외대 초빙교수는 “AI 반도체가 인류의 디지털 '두뇌'라면, 전력반도체는 그 두뇌에 피를 돌게 하는 '심장'”이라면서 “이제 대한민국 반도체 산업의 시선은 화려한 연산 칩을 넘어, 무대 뒤에서 판도를 바꾸고 있는 전력반도체 혁신으로 향해야 할 때”라고 평가했다.
알파경제 문선정 기자(moonsj@alphabiz.co.kr)
