"엔비디아 GPU 독점 깬다"… 구글, AI 칩 'TPU' 확장에 삼전·하닉 'HBM 새 활로'

글로벌 빅테크 구글(Google)이 자체 개발한 인공지능(AI) 맞춤형 가속기인 텐서처리장치(TPU·Tensor Processing Unit)의 외부 상업 판매와 클라우드 공급망을 본격적으로 확대하면서, 한국의 메모리 반도체 양대 거인인 삼성전자와 SK하이닉스에 새로운 성장 기회가 열리고 있다.

글로벌 AI 반도체 시장을 사실상 독점해 온 엔비디아의 그래픽처리장치(GPU) 중심 생태계를 벗어나, 빅테크의 독자 주문형반도체(ASIC) 진영으로 고대역폭 메모리(HBM) 납품 채널을 다변화할 수 있는 강력한 우군이 등장했기 때문이다.

11월 11일(현지시각) 인도 ANI 통신에 따르면, 구글은 자사 데이터센터 내부 연산용으로만 활용하던 TPU를 외부 클라우드 사업자와 인프라 구축 기업들로 판매처를 전면 확대하고 있으며, 이에 따라 국내 고성능 메모리 공급업체들의 고객사 풀이 비약적으로 넓어질 것으로 전망된다.


구글은 현재 전 세계적으로 약 100곳에 달하는 외부 TPU 고객사를 확보했다고 밝혔다.
여기에는 구글 클라우드를 통해 가상 서버 형태로 TPU를 대여해 쓰는 기업뿐만 아니라, 자체 온프레미스(사내) 데이터센터 랙에 구글의 TPU 프로세서 하드웨어를 직접 들여와 배치하는 엔터프라이즈 기업들도 다수 포함되어 있다.

특히 미국 2위의 엔터프라이즈 소프트웨어 기업 오라클(Oracle)은 내년부터 자사의 '오라클 클라우드 인프라(OCI)' 플랫폼을 통해 구글의 최신 TPU 인스턴스를 고객들에게 공식 제공할 계획이다.

구글의 모기업 알파벳은 3분기 구글 클라우드의 가파른 호실적에 힘입어 향후 하드웨어와 클라우드를 아우르는 TPU 시스템 전체 판매량이 가파르게 증가할 것으로 기대하고 있다.

구글은 제품 포트폴리오도 공격적으로 확장했다.

구글은 최근 'TPU 8i Max'와 'TPU 8tx' 등 신규 시스템 2종을 전격 공개하며 최신 8세대 라인업을 총 4개 모델로 늘렸다.
이 중 'TPU 8i Max'는 2개의 칩 다이를 단일 패키지로 통합하는 첨단 듀얼 패키징 방식을 채택해, 기존 모델 대비 연산 성능은 물론 결합되는 HBM 탑재 용량을 2배로 대폭 끌어올린 것이 특징이다.

'TPU 8tx'는 최고 수준의 데이터 암호화 및 보안 보호가 요구되는 특수 산업군(금융·정부) AI 워크로드 전용으로 설계됐다.

글로벌 반도체 업계 관계자는 "이번 발표의 핵심은 단순한 개별 칩 성능 향상이 아니라, 구글이 TPU를 자사 내부 인프라 단계를 넘어 글로벌 기업 고객을 직접 겨냥한 본격적인 '상업용 칩 판매 비즈니스'로 완전히 전환했다는 점"이라고 짚었다.


빅테크들의 독자 AI 가속기 채택이 확산됨에 따라 메모리 업계의 수혜 강도도 한층 거세질 전망이다.

글로벌 시장조사업체 카운터포인트리서치(Counterpoint Research)는 맞춤형(ASIC) AI 서버 칩에 탑재되는 HBM 비트(Bit) 기준 수요가 2024년부터 2028년까지 불과 4년 만에 35배 이상 폭발적으로 팽창할 것으로 내다봤다.

엔비디아의 단일 납품선에 회사의 명운이 좌우되던 국내 메모리 제조사들에게는 대체 불가능한 거대한 제2의 수요처가 형성되는 셈이다.

이에 따라 삼성전자와 SK하이닉스의 구글 생태계 선점 경쟁도 가열되고 있다.

삼성전자는 구글의 오랜 핵심 칩 디자인 파트너인 미국 브로드컴(Broadcom)과의 전략적 동맹을 지렛대로 삼고 있다.

양사는 지난 7월 HBM 공급, 파운드리 제조, 2.5D 첨단 패키징을 일괄 턴키로 아우르는 대규모 양해각서(MOU)를 체결한 바 있으며, 업계에서는 2030년까지 양사 간 누적 협력 규모가 2,000억 달러에 달할 것으로 추산하고 있다.

SK하이닉스 역시 차세대 TPU 개발 프로젝트에 선제적으로 참여하기 위해 구글에 '차세대 맞춤형(커스텀) HBM 공동 설계'를 역제안하는 등 칩 개발 극초기 단계부터 깊숙이 관여하는 밀착 영업을 전개하고 있다.

아울러 구글이 최근 대만 미디어텍(MediaTek)과 협력해 보급형 'TPU 8t' 개발에 성공하면서, 브로드컴이 메모리 일괄 구매 권한까지 틀어쥐던 기존 중간 유통 구조에서 벗어나고 있는 점도 호재다.

구글이 칩 아키텍처와 메모리 조달을 직접 통제하게 되면서, 삼성전자와 SK하이닉스가 구글 본사와 직접 단가와 스펙을 직거래할 수 있는 채널이 열렸기 때문이다.

황민성 카운터포인트리서치 연구디렉터는 "클라우드 서비스 제공업체(CSP)들의 칩 내재화와 메모리 직조달 체제 전환은 국내 공급사들이 고마진 맞춤형 HBM 사업을 확장할 수 있는 결정적인 기회"라고 진단했다.


다만 폭증하는 수요를 실질적인 실적으로 전환하기까지는 '생산능력(Capacity)의 한계'라는 현실적 장벽을 넘어야 한다.

현재 글로벌 HBM 생산 라인은 엔비디아와 빅테크들의 기존 선주문으로 인해 이미 2~3년 치 물량이 꽉 들어찬 상태다.

실제로 SK하이닉스는 14개 주요 글로벌 고객사와의 장기 공급 계약만으로도 2027년과 2028년 예상 전체 HBM 생산능력의 절반 이상이 이미 완판(솔드아웃)되었다고 밝힌 바 있다.

국내 반도체 산업 전문가들은 "한정된 첨단 패키징와 메모리 생산능력을 감안할 때, 구글과 같은 빅테크와의 협상에서는 단순히 범용 물량을 파는 것을 넘어 차세대 TPU 칩 기획 단계부터 맞춤형 설계를 선제 제안하는 엔지니어링 파트너십이 필수적"이라며 "엔비디아 일변도의 단일 고객 리스크를 성공적으로 헤징하고 구글·오라클 등 ASIC 빅테크 진영과 5년 이상의 장기 공급 계약을 조기에 묶어두는 기업이 AI 메모리 2차 슈퍼사이클의 최종 승자가 될 것"이라고 평가했다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com