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이우근 성균관대 교수가 20일 경기 수원시 성균관대 반도체관에서 인터뷰를 하고 있다. 왕태석 선임기자



“엔비디아는 고차 방정식을 푸는 수학 능력보다 수많은 행렬 계산이 필요한 오늘날의 인공지능(AI) 기술로 인해 어쩌다 AI 시대의 대표 기업이 됐다. 그러나 앞으론 전력 대비 성능이 중요해지면서 전성비 반도체가 게임체인저가 될 것이다 바다이야기예시 .”

인공지능(AI) 시장이 급변하고 있다. 구글의 AI 모델 '제미나이3 프로'가 출시되며 그동안 절대 강자였던 엔비디아 천하도 흔들리고 있다. AI 거품론과 반도체 슈퍼사이클 사이에서 증시는 널뛰기를 하고 있다. 시가총액 5조 달러(약 7,000조 원) 시대를 연 엔비디아의 급등락에 삼성전자와 SK하이닉스도 출렁이고 릴게임한국 있다. 더구나 한 치 앞을 내다보기 힘든 미중 패권 경쟁 속에서 각국의 ‘쩐의 전쟁’은 점점 치열해질 전망이다. 앞으로 AI와 반도체의 미래는 어떻게 될까. 미국 반도체 기업 커넥선트와 IBM왓슨연구소 등에서 15년을 보낸 뒤 중국 칭화대에서 19년간 학생들을 가르치다 지난 8월 귀국한 이우근(58) 성균관대 반도체융합공학과 교수는 26일 “엔비디아의 그 바다이야기릴게임2 래픽처리장치(GPU)에만 ‘올인’해선 안 된다”고 경고했다. 미국 전기전자공학회(IEEE)에 논문 180여 편을 발표한 그는 미국뿐 아니라 한국과 중국 특허도 수십 건씩 보유하고 있는 반도체 석학이다. 이 교수는 “이공계 창업 생태계 활성화로 한두 명의 글로벌 스타 엔지니어만 탄생해도 의대 쏠림 현상은 극복될 것”이라고 강조했다. 다음은 일문일답.
쿨사이다릴게임


젠슨 황(오른쪽) 엔비디아 최고경영자(CEO)가 지난달 30일 서울 강남구 삼성역 인근 깐부치킨 매장에서 이재용 삼성전자 회장, 정의선 현대차 회장과 만나 건배를 하고 있다. 뉴스1



-젠슨 황 엔비디아 바다이야기고래 최고경영자가 이재용 삼성전자 회장, 정의선 현대차 회장과 소맥 폭탄주로 러브샷을 한 ‘깐부 회동’이 세계적 관심을 모았다. 엔비디아는 어떻게 AI 황제주가 됐나.
“사실 엔비디아는 게임용 그래픽에 필요한 프로세서 칩(Graphics Processing Unit)을 만들던 회사다. GPU는 수백만 개의 화소(픽셀)를 동시에 처리해야 하는 만큼 수많은 행렬 계산을 한꺼번에 해 내는 데 적합하다. 이는 한 명의 수학 교수가 수만 개의 산수 문제를 푸는 것보다 수천 명의 초등학생이 몇 개씩의 문제를 동시에 풀 때 더 빨리 답을 구할 수 있는 것과 같은 이치다. 그런데 챗GPT 같은 거대언어모델(LLM)에 기반한 현재의 AI 기술엔 바로 이런 계산이 요구된다. 이에 GPU의 수요가 절대적으로 커지면서 엔비디아가 각광을 받게 된 것이다. 한 분야에 꾸준히 매진해 최고가 되면 새로운 시장이 열릴 때 기회가 올 수 있다는 걸 엔비디아는 잘 보여줬다.”

-AI와 엔비디아에 대한 거품론도 제기되고 있다. 구글이 엔비디아의 독점을 깰 것으로 보나.
“엔비디아는 시장 기대치를 웃도는 실적을 내놓고 있지만 이는 과거의 수치다. 전망이 더 중요한데, 앞으로 AI 기술은 LLM뿐 아니라 사물인터넷, 자율주행, 6G(6세대)통신 등 응용 분야가 크게 다양해질 것이다. LLM 기반 AI 기술에선 GPU가 절대적이었지만 다른 응용 분야에선 그렇지 않을 수 있다. GPU에만 올인해선 안 되는 이유다. 특히 전력이 점점 중요해지고 있다. 전력 소모가 큰 GPU 대신 저전력으로도 작동하는 신경망처리장치 NPU(Neural Processing Unit)가 부상하고 있다. 미국 기업 퀄컴은 NPU로 GPU를 대신할 수 있다고 주장한다. 어차피 GPU는 스마트폰이나 노트북에 탑재하는 것도 쉽지 않다. 전기 많이 먹는 범용 GPU보다 분야별로 특성화한 NPU가 개발되면 전력량을 크게 줄일 수 있다. 해외 여행 가는데 그 나라 언어만 휴대폰에 넣어 번역기로 쓰면 되지 세상의 모든 언어를 넣을 필요는 없다. 나아가 엔비디아의 독점을 원하지 않는 이들도 많다. 구글의 제미나이는 GPU 대신 NPU의 일종으로 추론 기능을 강화한 TPU(Tensor Processing Unit)를 브로드컴과 함께 개발해 쓴다. 맞춤형 AI 전용 반도체에 강한 브로드컴도 엔비디아와는 다른 생태계를 도모하고 있다. 지금은 엔비디아가 GPU와 고대역폭메모리(HBM)를 묶어 AI 컴퓨팅 시장을 사실상 지배하고 있지만 이를 견제하기 위해 GPU 대신 NPU를 쓰고 D램을 섞거나 고대역폭낸드플래시메모리(HBF)를 사용해서 HBM 의존도를 줄이려는 시도가 많아지고 있다. ‘중국의 엔비디아’로 불리는 캠브리콘도 원래 NPU 회사였다. 화웨이도 독자적인 칩을 여러 개 합쳐 GPU를 대신하겠다는 계획이다. 물론 그렇다고 GPU가 당장 사라질 순 없다. 앞으로도 상당기간 저전력 AI 반도체를 만드는 스타트업 회사들이 엔비디아를 뛰어 넘기에는 기술 벽이 너무 높다. 결국 GPU와 NPU의 투 트랙으로 갈 가능성이 높다. 이 경우 전체 반도체 수요가 커지며 슈퍼사이클이 나올 가능성이 충분하다.”



제미나이 앱을 누르는 장면. 로이터 연합뉴스





강준구 기자



-삼성전자와 SK하이닉스에는 기회 아닌가.
“슈퍼사이클이 온다면 이럴 때가 뒤처져 있는 시스템 반도체에 대한 연구 개발과 해외 반도체 기업 인수합병(M&A)을 위한 장기적 전략을 세울 수 있는 좋은 기회라고 본다.”

-시스템 반도체는 왜 중요한가.
“메모리를 제외한 모든 반도체가 시스템 반도체다. 사람으로 치면 눈 코 입 귀가 모두 시스템 반도체이고, 머리의 일부분인 기억 저장 기능만 메모리 반도체라 할 수 있다. 6,000억 달러(약 885조 원)가 넘는 전 세계 반도체 시장에서 시스템 반도체의 비중은 메모리보다 3배가량 크다. GPU도 시스템 반도체이고 NPU도 시스템 반도체이다. 이런 시스템 반도체를 설계하는 회사가 바로 팹리스(Fabless)이다. 엔비디아도 팹리스 회사다.”

-우리도 팹리스 회사를 키우면 되지 않나.
“하루아침에 되는 게 아니다. 시스템 반도체를 설계할 때 없어선 안 되는 게 바로 설계자동화(EDA·Electronic Design Automation) 프로그램이다. 시스템 반도체 안엔 수조 개의 반도체 소자(트랜지스터)가 담긴다. 단순히 그냥 컴퓨터로 그리는 게 아니고, 개별 트랜지스터 하나하나의 전압 파형이나 전류의 흐름을 모두 시뮬레이션으로 돌려 보고 검증하며 설계해야 한다. 이런 걸 가능하게 해 주는 EDA 프로그램은 사실상 케이던스나 시놉시스 등 미국 회사들이 장악하고 있다. 창업 초기 팹리스 회사가 이런 고가의 EDA 프로그램을 쓰는 건 부담스럽다. 우리가 미국에 꼼짝 못하는 것도 미국이 EDA를 못 쓰게 하면 사실 아무것도 할 수 없기 때문이다. 더구나 이렇게 설계한 시스템 반도체는 파운드리(주문 생산) 회사에 맡겨 시제품을 만들어 본 뒤 실증까지 해야 한다. 시뮬레이션상으론 문제가 없어도 생산 과정에서 예기치 못한 오류가 나올 수 있다. 이런 시스템 반도체를 설계대로 만들어주는 걸 가장 잘 하는 곳이 대만의 TSMC다. TSMC는 자체적으로 확보하고 있는 설계 자산(IP) 블록들이 많아 팹리스 회사가 시스템 반도체를 설계할 때 시간을 줄이면서 안정적으로 활용할 수도 있다. TSMC의 설계 자산은 삼성전자의 3배 이상 된다. 지금 우린 팹리스 생태계가 구축되기 쉽지 않은 상황이다. 이미 팹리스 회사의 수도 중국은 3,600개도 넘는 반면 한국은 150여 개에 불과하다.”



강준구 기자



-미국은 반도체 장비와 첨단 칩에 대한 수출 통제를 강화하고 있는데 중국은 어떻게 팹리스 회사를 키웠나.
“중국이 반도체에 경각심을 갖게 된 건 2014년이다. 당시 중국의 연간 원유 수입액이 2,200억 달러(약 320조 원)였는데 반도체 수입액이 2,300억 달러(약 340조 원)에 달했다. 중국의 반도체 국산화율이 10%도 안 되던 때다. 원유보다 반도체 수입에 더 큰돈이 나가는 것에 위기를 느낀 중국은 반도체 기술 자립과 국산화를 적극 추진한다. 반도체 산업 발전을 위한 슈퍼펀드도 이때 조성됐다. 이후 빅데이터 기반의 AI 시대가 도래하면서 데이터 융합 및 처리 기술의 핵심인 반도체의 중요성은 더 커졌다. 이젠 미중 갈등으로 국가 안보, 데이터 안보를 위해서도 중요한 전략 산업이 됐다. 10여 년간 국가 주도의 장기적 육성 계획에 따라 설계, 파운드리, 소재·부품·장비 등 거의 모든 분야를 발전시켰다고 볼 수 있다.”

-한국과 중국의 반도체 격차는 어느 정도인가.
“격차가 중요한 게 아니다. 중국은 한국 반도체 기술을 따라잡는 게 목표가 아니라 반도체 기술의 자립에 집중한다. 메모리 반도체는 회로의 선폭 등을 갖고 기술 격차를 얘기할 수 있다. 우린 메모리에 익숙하다 보니 이러한 격차를 수치화하려고 하는데 시스템 반도체에선 이런 걸 말하기 힘들다. 시스템 반도체는 몇 나노 기술이냐 보다 성능이 중요하다. 미국의 텍사스인스트루먼트(TI)도 사물인터넷이나 차량용 반도체를 만들 때 첨단 공정을 쓰는 게 아니라 28나노나 65나노를 쓰기도 한다. 초격차 기술보다 다양한 반도체 응용 분야에서 딱 맞는 성능을 제공할 수 있는 주문형 반도체를 만들 수 있느냐가 관건이다. 그런 면에서 우린 팹리스가 너무 적다.”



이우근 성균관대 교수가 20일 경기 수원시 성균관대 반도체관에서 인터뷰를 하고 있다. 왕태석 선임기자



-칭화대 학생들은 어느 정도 공부하나.
“중국 학부생들은 전부 기숙사 생활을 한다. 1학년부터 주입식 교육이 이뤄진다. 학생들은 숙제를 하느라 대부분 시간을 교내에서 보내고 주말에나 가끔 밖으로 나간다. 그래서 칭화대가 아니라 ‘칭화보딩스쿨(기숙학교)’로 불린다. 칭화대의 강의동은 총 6개 건물인데, 아침 8시부터 밤 10시까지 시간표가 꽉 차 있다. 우리나라 고등학교처럼 종이 딱 울리면 강의가 칼같이 시작된다. 교수가 강의에 5분만 늦어도 난리가 난다. 2만여 명의 학부생이 쉬는 시간마다 강의동 사이를 우르르 몰려 다닌다. 3학년 말이면 대부분 전공 수업도 끝난다. 대학원생들에겐 연구 중심과 실질적 프로젝트를 겸한 산학 연계 프로그램이 많이 제공된다. 의대를 선호하는 한국과 달리 공대 우선주의가 확고하다. 내수 시장이 커 창업이 활발하다는 점도 눈에 띈다. 칭화대의 연 예산만 7조 원이 넘는다.”

-우리나라가 의대 쏠림을 극복하고 반도체 산업의 경쟁력을 강화하기 위해 해야 할 일은.
“반도체 스타트업을 세우거나 엔지니어로 성공하는 게 의사가 되는 것보다 큰 경제적 부를 이루고 사회적으로도 존경받는다는 걸 보여주면 된다. 사실 팹리스 회사는 아이디어만 좋으면 컴퓨터 한 대로도 창업할 수 있다. 미국 브로드컴의 성장 과정을 보면 시사점이 많다. 이 회사는 1991년 캘리포니아주립대(UCLA)의 교수와 학생이 함께 창업한 유선 통신 분야의 팹리스로 출발했다. 이후 수많은 M&A를 통해 시가총액이 1조6,000억 달러(약 2,400조 원)에 달하는 빅테크로 성장했다. 사실 1990년대 후반 합류를 권유받은 적도 있다. 브로드컴의 성공 신화는 미국에 그만큼 다양한 팹리스 회사가 있었기에 가능했다. 미국은 팹리스 창업 생태계가 탄탄하다. 미국의 힘이다. 우리도 팹리스 회사가 많아져야 한다. EDA 프로그램과 반도체 설계 자산 사용부터 적잖은 비용이 드는 만큼 정부나 협회 차원에서 적극 지원해 줄 필요도 있다. 이렇게 설계한 시스템 반도체를 파운드리 회사에서 잘 만들어주는 것도 중요하다. 우리에겐 삼성전자라는 세계에서 두 번째로 큰 파운드리 기업도 있다. 수많은 팹리스 회사들이 창업되고 정부 지원과 대기업의 상생 노력까지 더해지며 팹리스 생태계가 구축되면 한국 반도체 산업은 한 단계 더 도약할 수 있다. 미래 반도체는 점점 메모리와 시스템 반도체가 융합하게 될 것이다. 시스템 반도체를 육성해야 메모리와 시너지도 높일 수 있다. 이러한 환경을 조성하는 데 힘을 보태고 싶다.”
◇ 이우근
1967년 서울 생
1986~1991 서울대 전자공학과 학사
1991~1993 미국 캘리포니아주립대(UCLA) 석사
1993~2001 미국 일리노이주립대(UIUC) 박사
1997~2001 미국 커넥선트 시스템 수석엔지니어
2001~2006 미국 IBM 왓슨연구소 연구원
2006~2025 중국 칭화대 교수
2023~현재 미국 전기전자공학회(IEEE) 석학위원(Fellow)
2025~현재 성균관대 교수 및 칭화대 겸임 석좌교수



박일근 한국일보 수석 논설위원


박일근 수석논설위원 ikpark@hankookilbo.com 기자 admin@slotnara.info