엔비디아의 ‘H100’ AI 칩은 개당 6,000만 원이지만, AI 반도체 시장을 선도하고 있으며, 2024년 2분기부터 성능을 더욱 끌어올린 ‘GH200’ AI 칩을 양산할 계획이며, 가격은 1억 원 정도를 예상합니다. 근데 반도체가 뭔가요?
반도체 의미
전기가 통하는 물질을 ‘도체(導體)’라 부르고, 전기가 통하지 않은 물질을 ‘절연체’ 또는 ‘부도체’라 부릅니다. 반(半)도체는 이름처럼 도체와 부도체의 중간 단계인 물질을 말하는 것으로 부도체인 ‘규소’에 ‘불순물’을 섞어 특정 조건에서만 전기가 흐르도록 제어합니다.
이러한 전기 신호를 기반으로 전자 기기를 제어하거나, 정보 저장과 같은 역할을 담당할 수 있게 됩니다. 반도체는 지금껏 디지털 발전과 함께해 왔으며, 최첨단 AI 반도체가 있어야 AI 기술을 구현할 수 있습니다.
분류
큰 분류로 정보 저장을 위한 ‘메모리 반도체’와 정보 처리가 목적인 ‘비(非)메모리 반도체’로 나눌 수 있습니다. 메모리 반도체는 또다시 전기가 끊기면 정보가 지워지는 단기 저장용 ‘D램’과 저장된 정보가 전기가 끊겨도 장기간(보통 10년) 보관되는 ‘낸드플래시’가 있습니다.
그리고 D램은 낸드플래시보다 처리 속도가 더 빠르다는 특징이 있습니다. 비메모리 반도체는 쉽게 말해 컴퓨터의 CPU를 생각하면 이해하기가 쉽습니다. 정보를 인식하고 연산을 처리하는 두뇌 역할을 담당합니다.
AI 학습을 위해선 많은 자료를 동시에 처리하고 분류해야 하므로 높은 효율성이 요구되어 AI 반도체로는 그래픽 처리 장치(GPU)가 가정 적합한 평가를 받고 있어 엔비디아와 같은 기업의 주가가 날아오르고 있는 것입니다.
나노
나노(nano)는 10억분의 1미터를 뜻하는 ‘나노미터’의 줄임말입니다. 반도체 회로의 선폭을 의미하며, 반도체 제조의 정교함을 나타내는 ‘공정 단위’로 쓰여 숫자가 작을수록 같은 크기의 반도체라도 더 높은 성능과 저장용량을 갖출 수 있습니다.
일반적으로 28나노 이상의 공정을 거친 반도체를 범용(레거시) 반도체로 14나노 이하를 첨단 반도체로 분류하며, 현재 대만 TSMC와 삼성전자가 만들고 있는 3나노 반도체를 최첨단 반도체로 분류하고 있습니다. 여기에서 더 나아간 1~2나노 반도체 제조 경쟁이 치열한 상태입니다.
수율
수율은 반도체 설계 기술, 공정 효율 등 반도체 제조 기업의 기술력을 평가하는 가장 중요한 지표로 생산된 반도체 중 정상 작동하는 합격품의 비율을 의미합니다. 미세 공정으로 갈수록 높은 수율 달성이 어려워 나노(공정 단위)를 낮추며, 수율을 높이는 것이 반도체 제조 기업의 핵심 과제입니다.
HBM
고대역폭 메모리(High Bandwidth Memory)는 단기 저장용이지만, 처리 속도가 빠른 D램을 여러 겹으로 쌓아 자료가 지나가는 통로(대역폭)를 넓혀 처리 속도를 극대화한 메모리를 말합니다. 일반 D램보다 2~3배 정도 비싸지만, 수익률은 5~10배에 달해 고부가가치 상품이기도 합니다.
인공지능이 많은 자료의 학습과 연산 능력 향상을 위해선 HBM을 사용해야 하며, 2013년 SK하이닉스가 처음 개발했고, 그동안 SK하이닉스와 삼성전자의 그늘에 가려져 있던 마이크론이 4세대를 건너뛰고 5세대 HBM인 HBM3E 양산을 시작해 주목받았습니다.