저자: 이영수 · 한국인
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AI 군비경쟁으로 엔비디아 GPU 공급이 병목이며, 빅테크들이 주문형 반도체(ASIC) 수요를 늘리면서 브로드컴이 최대 수혜. 브로드컴은 구글 TPU 등 커스텀 칩 설계 노하우와 HBM 인터페이스 기술 우위를 보유. 추론 수요 증가로 HBM 수요도 급증해 SK하이닉스가 수혜, 삼성은 파운드리 수주 기회 기대. 상반기까지 빅테크 자본지출이 꺾이지 않아 반도체 관련주 투자에 괜찮지만 하반기는 불확실. 국내 수혜 종목으로 에이직랜드, 디자인솔루션 파트너, 유리기판 관련주 등을 언급.
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안녕하세요. HSL 파트너스 이영수 대표입니다. 지금은 2022년 11월 챗GPT가 나온 이후로 AI 혁명이 진행되고 있다고 보시면 됩니다. 이번 AI 혁명의 특징을 보면, AI 모델에는 세 가지 요소가 중요합니다. 컴퓨팅 파워, 빅데이터, 그리고 알고리즘입니다. 지금 진행 중인 AI 모델은 2017년 구글이 내놓은 트랜스포머 구조에 기반하고 있고, 이 두 가지 특징 때문에 빅테크들이 AI 군비 경쟁을 벌이고 있다고 보시면 됩니다.
AI 군비 경쟁에서 가장 중요한 것은 컴퓨팅 파워입니다. 그래서 엔비디아의 GPU가 가장 중요하죠. 누가 엔비디아 GPU를 최대한 많이 사서 데이터센터에 AI 클러스터를 구축하느냐가 굉장히 중요합니다. AI 모델의 규모는 보통 매개변수(파라미터)로 측정하는데, 파라미터는 사람으로 치면 시냅스와 같다고 생각하시면 됩니다. 뉴런은 프로세스 코어 수에 해당하고요. 쉽게 말해 컴퓨팅 파워를 늘리면 파라미터도 늘어납니다.
챗GPT 초기 버전인 GPT-3.5 기반 모델은 1,500억 개의 파라미터와 5조 개의 데이터 토큰으로 만들어졌습니다. 지금 GPT-4o는 파라미터가 1조에서 2조 개 정도로 추정되고, 구글 제미나이도 비슷한 수준으로 추정됩니다. 그 사이에 엄청난 규모의 확장이 있었고, 그만큼 엔비디아 GPU도 엄청나게 공급됐습니다. 작년에 오픈AI가 엔비디아 GPU를 48만 장 구매했고, 메타가 24만 장, 구글이 20만 장 가까이 샀습니다. 이렇게 계속해서 AI 가속기를 사야 컴퓨팅 파워를 늘릴 수 있습니다.
문제는 엔비디아가 생산·공급할 수 있는 GPU의 양이 굉장히 제한적이라는 점입니다. 이것이 병목이 되고 있습니다. 그래서 엔비디아 GPU를 충분히 확보하지 못하는 기업들은 자체 설계 칩, 즉 주문형 반도체(ASIC)를 검토할 수밖에 없습니다. 이것이 GPU를 대체하겠다는 첫 번째 니즈입니다.
AI 가속에는 두 가지 용도가 있습니다. 하나는 데이터를 학습하는 용도입니다. GPT에서 G는 생성형(Generative), P는 사전 학습(Pre-trained)을 뜻합니다. 사전에 학습한 데이터만 이야기할 수 있기 때문에 최신 정보는 답하지 못합니다. T는 트랜스포머 구조의 특징이고요.
학습용 칩 수요도 계속 성장하지만 비중은 점점 줄고 있습니다. 대신 서비스 추론 수요가 커지고 있습니다. 사전에 학습한 내용을 바탕으로 AI가 답변을 만들어 내는 것, 즉 우리가 프롬프트를 입력하면 답변이 나오는 과정을 추론이라고 합니다. 추론 용도는 학습용보다 규모가 작고 전력도 적게 먹는 칩이면 충분합니다. 그래서 자체 설계 칩 수요가 생기는 것입니다. 추론에는 고성능이 꼭 필요하지 않기 때문에 가성비 좋은 칩이 요구됩니다.
이런 칩을 가장 잘 설계해 주는 기업이 브로드컴입니다. 브로드컴은 원래 통신칩 기반의 회사입니다. 블루투스, 와이파이, GPS 같은 칩을 만드는 회사인데, M&A를 굉장히 잘합니다. 데이터센터에 들어가는 여러 솔루션으로 영역을 계속 확장해 왔습니다. 브로드컴의 티커는 AVGO인데, 이는 인수한 회사 아바고(Avago)의 티커를 그대로 쓴 것입니다. 그만큼 M&A를 꾸준히 했고, 이를 통해 사업을 확장했습니다.
서버 사업은 하드웨어만 공급하는 것이 아니라 관련 소프트웨어를 함께 납품해야 하고, 호환성이 굉장히 중요합니다. 그래서 기본적으로 칩 설계 능력이 필요합니다. 브로드컴과 마벨 테크놀로지 같은 서버 솔루션 회사들은 기본적으로 칩 설계 능력을 갖추고 있습니다.
서버는 첨단 제품이지만 아날로그적인 측면도 있습니다. 데이터센터는 정전이 나면 절대 안 되고, 다시 가동할 때도 처음처럼 작동하지 않을 수 있습니다. 또 수많은 컴퓨터가 병렬로 연결돼 있어서 버그가 생기면 한 사람이 다 해결할 수 없습니다. 노하우와 다양한 솔루션이 필요한 이유입니다. 스마트폰 수리 전문가는 많지만, 서버나 클라우드 관련 수리 경험이 있는 엔지니어는 많지 않습니다. 시장은 좁고 가격은 비싸며, 안정성이 매우 중요하기 때문에 검증된 업체가 중요합니다. 그 대표적인 회사가 브로드컴, 마벨 테크놀로지 같은 기업들입니다.
브로드컴은 이런 노하우가 많고, 그 노하우는 결국 지적재산(IP)으로 축적돼 있습니다. 고객은 브로드컴을 통해 이 IP를 활용할 수 있습니다. 빅테크들이 원하는 칩은 정형화된 것이 아니라 각자 자기 솔루션에 맞게 요구 사항이 제각각입니다. 이를 맞춰 줄 수 있는 회사가 브로드컴입니다. 설계 능력 있는 회사는 마벨도 있지만, 최근 특히 중요해진 것이 프로세서와 메모리 사이의 인터페이스입니다. 프로세서 성능이 너무 좋아지다 보니 메모리에서 데이터를 불러오는 속도가 병목이 됩니다. 그래서 대역폭을 넓힌 HBM이 만들어졌습니다. HBM 관련 인터페이스 IP 설계 능력은 세계에서 가장 뛰어난 회사가 있는데, 그 다음이 브로드컴입니다. HBM 컨트롤 기술은 굉장히 많은 노하우가 필요합니다.
고객마다 요구가 다릅니다. 어떤 회사는 성능 대비 전력 소모를 줄여 달라고 하고, 어떤 회사는 병렬 연결 시 발생하는 손실을 최소화해 달라고 합니다. 또 어떤 회사는 가격을 낮춰 달라고 하기도 합니다. 브로드컴은 이런 요구를 모두 맞춰 줄 수 있습니다. TSMC가 파운드리로서 수주를 받는 것처럼, 삼성은 이런 설계 대응 능력이 부족해서 수주를 받지 못하는 상황입니다. 브로드컴은 작년 ASIC 관련 매출이 122억 달러 정도였습니다. 이는 고객들이 파운드리가 필요하면 TSMC를 찾듯이, 자체 칩을 개발하려면 브로드컴을 찾는다는 뜻입니다.
브로드컴이 이런 경쟁 우위를 갖게 된 이유는 다음과 같습니다. 첫째, 구글 TPU를 가장 오랫동안 만들어 왔습니다. 구글과 협업하며 많은 경험과 노하우를 쌓았습니다. 둘째, 틱톡을 운영하는 바이트댄스도 AI 클러스터를 구축해야 하는데 엔비디아 칩을 구하기 어려워서 브로드컴과 손을 잡았습니다. 셋째, 오픈AI도 엔비디아 칩을 쉽게 구하지 못해 자체 설계 칩을 고민하고 있는데, 여기서도 브로드컴과 협력하고 있습니다. 가장 놀라운 것은 애플입니다. 애플은 디바이스용 칩 설계는 세계 최고지만 서버용 칩 경험은 없어서, 최근 AI 클러스터를 꾸리는 과정에서 브로드컴과 손을 잡았습니다.
엔비디아 칩 한 개 가격은 4천만 원이 넘습니다. 서버 한 대를 꾸리려면 보통 GPU 8개 정도가 들어가고, 서버 한 대 가격이 260만 달러 정도 됩니다. 일반 서버는 인텔 CPU 두 개를 넣고 2016~2018년 클라우드 슈퍼사이클 때 한 대당 7,500달러 정도였습니다. 엔비디아 AI 서버는 전혀 다른 레벨의 칩입니다. 너무 비싸서 이걸로 계속 가면 결국 엔비디아만 돈을 벌게 됩니다.
지금 AI는 킬러 애플리케이션이 아직 정형화되지 않았습니다. 하지만 플랫폼 회사들은 서비스가 정착되면 거기에 최적화된 칩이 필요해집니다. 범용인 GPU는 비싸고 효율도 떨어지기 때문에 NPU 같은 전용 칩 수요가 생기는 것입니다.
ASIC이 엔비디아의 시장을 빼앗는다고 보기에는 애매합니다. AI 반도체 시장의 성장 속도가 엄청나기 때문입니다. 지금 엔비디아의 AI 가속기 시장 점유율은 90%가 넘습니다. 시장이 매년 급성장해서 향후 6~7년 안에 10배 이상 커진다고 보면, 엔비디아 GPU 공급만으로는 그 수요를 다 감당할 수 없습니다. 따라서 다른 기업이 일정 부분의 점유율을 차지하는 것은 분명합니다. 젠슨 황 CEO도 7~8년 뒤에는 엔비디아 점유율이 70% 이하로 떨어질 것이 분명하다고 말했습니다. 90%에서 70%로 20%포인트가 빠지더라도, 그때 시장은 10배 이상 커져 있을 것이기 때문에 엔비디아의 성장이 꺾이는 것은 아닙니다.
작년 하반기 엔비디아가 조정을 받았던 이유 중 하나는 중국 매출 비중이 높았기 때문입니다. AI 가속기 시장의 성장이 너무 좋아서 중국 매출도 크게 늘었는데, 2023년 38억 달러에서 2024년 122억 달러로 세 배 성장했습니다. 올해도 100% 이상 성장한다면 중국 매출이 빠지는 것은 충분히 상쇄될 수 있습니다. 게다가 주요 빅테크 고객들이 모두 브로드컴을 찾고 있습니다.
TSMC를 생각해 보면, 작년 초에도 비싸다는 말이 있었고 재작년 초에도 비싸다는 말이 있었습니다. 그런데 주가는 계속 올랐습니다. 독점적인 기술을 기반으로 가격을 계속 올릴 수 있고, 그 가격을 고객에게 전가할 수 있기 때문에 실적이 계속 성장합니다. 브로드컴에도 바로 그런 기대를 하고 있는 것입니다. SK하이닉스도 마찬가지입니다. HBM 쪽에 새로운 벤더가 들어오면 가격이 낮아지고 독점력을 잃을 것이라는 우려로 한때 조정을 받았지만, 기술 격차가 1~2년 안에 좁혀지기 어렵다는 것이 확인되면서 회복됐습니다. 고객은 많고 수요도 많은데 공급은 제한적이고 기술적 해자는 유지되는 구조입니다. 엔비디아, 브로드컴, SK하이닉스, TSMC 같은 회사들은 모두 독점적 기술을 가지고 있고, 수요는 폭발하는데 공급은 제한적입니다. 그래서 매출총이익률과 EPS가 계속 올라가는 흐름을 보이고 있습니다.
S&P 500의 EPS 증가는 거의 대부분 빅테크가 주도하고 있습니다. 빅테크는 작년 30~40% 성장했고, 2023년에는 70% 성장한 적도 있습니다. 반면 M7을 제외한 S&P 493 기업들은 거의 평평했고, 성장도 한 자릿수에 그쳤습니다. 빅테크만 AI로 돈을 벌고 있고, 그 회사들이 군비 경쟁을 미친 듯이 하고 있는 상황입니다. 올해도 S&P 500에서 빅테크 EPS가 가장 돋보일 것입니다.
그렇다면 계속 투자해도 될까요? 제가 보기에는 빅테크의 설비투자(CapEx)가 꺾이지 않는 한 엔비디아, 브로드컴, TSMC, SK하이닉스 같은 회사들은 잘 갈 수 있습니다. 다만 올 하반기는 모르겠습니다. CapEx 컷이 나올 수도 있기 때문입니다. 적어도 상반기까지는 없을 것 같아서 상반기까지는 투자하기 굉장히 괜찮다고 봅니다. 하반기는 그때 가서 다시 말씀드리겠습니다. 지금은 저도 확신이 없습니다.
브로드컴이 이렇게 핫해지면서 우리도 낙수효과를 보고 있습니다. 실제로 가장 낙수효과를 보는 곳은 대만입니다. TSMC 수주를 보고, 폭스콘 같은 서버 제조사들이 수혜를 받습니다. 대만에는 서버를 만드는 회사가 굉장히 많고, 밸류체인 회사들이 그 회사들의 수주를 보고 있습니다. 국내에도 수혜가 있습니다. 특히 HBM은 무조건 수혜를 보게 됩니다.
초창기 AI 칩은 LPDDR이나 GDDR 같은 범용 메모리를 많이 썼습니다. 가성비 쪽에 집중했던 것이죠. 그런데 지금 말하는 추론형 칩도 굉장히 높은 성능이 요구됩니다. 최근 추론 자체가 생각보다 고도화되고 있습니다. o1, o3 같은 모델이 나오면서 이것이 확인됐습니다. 아마존 웹서비스의 트레이니움2 같은 최신 AI 가속기는 기본적으로 HBM을 탑재하고 있습니다. 최근 나오는 AI 가속기들은 모두 HBM을 기본 탑재합니다.
HBM 공급업체 입장에서는 엔비디아와 AMD 정도만 보고 생산 계획을 짰을 것입니다. 그런데 갑자기 브로드컴 같은 회사들이 더 달라고 하는 상황이 된 것입니다. SK하이닉스는 2024년 CAPA를 3.5배 증설했고, 올해 당초 목표는 40% 증설이었습니다. 굉장히 보수적으로 가려고 했는데, 브로드컴이 추가 수요를 가지고 왔습니다. 계약 조건도 굉장히 좋을 것입니다. 그래서 SK하이닉스 주가가 지금 오르고 있습니다. SK하이닉스는 기존 입장을 바꿔서 공격적으로 투자하겠다고 발표했습니다. 이것은 브로드컴의 수요가 새로 추가됐다고 볼 수 있습니다.
삼성전자도 브로드컴의 HBM 수주를 볼 수 있을 것 같습니다. 다만 SK하이닉스만큼 좋은 조건은 아닐 것으로 보고 있습니다. 오히려 삼성전자가 기대하는 것은 파운드리 쪽입니다. 브로드컴 쪽에서 수주가 막 나오고 있는데 TSMC는 여유 생산능력이 없습니다. 엔비디아, 애플, 퀄컴 같은 큰 고객들이 이미 캐파를 다 잡고 있어서 브로드컴도 비집고 들어가기 쉽지 않습니다. 그래서 삼성 파운드리가 조금만 잘해 주면 성능이 조금 떨어지는 브로드컴 칩의 물량을 받을 수 있습니다. 그렇게 되면 삼성 파운드리가 수주를 볼 수 있고, 관련 밸류체인도 수혜를 볼 수 있습니다.
설계 쪽 생태계에 있는 회사들도 수혜를 볼 수 있습니다. IP를 다루는 회사들, 디자인 솔루션 파트너(DSP) 같은 회사들이 주가가 움직이고 있습니다. 최근 가장 많이 움직인 것은 에이직랜드 같은 회사들입니다. 에이직랜드는 특이하게도 삼성 파운드리 밸류체인이 아닙니다. 국내에서 유일하게 TSMC 밸류체인에 속하는 회사입니다. 삼성은 DSP라고 부르고, TSMC는 VCA라고 부르는데, 두 개념은 비슷합니다. 삼성 쪽 밸류체인에 있는 업체로는 가온칩스, 퀄리타스반도체 같은 회사들이 있고, 이런 회사들이 IP와 디자인 솔루션을 납품한다고 보시면 됩니다.
반도체 소부장 업종은 지금 전고점 대비 1/4, 많게는 1토막 정도로 떨어져 있습니다. 그렇다고 다 좋아지는 것은 아닙니다. 철저하게 타깃팅해야 합니다. AI가 묻어 있는 쪽만 보셔야 합니다. 말씀드린 IP, 디자인 솔루션 파트너스 같은 생태계, 혹은 첨단 패키징 공정으로 HBM을 만드는 관련 밸류체인 업체들이 여기에 해당합니다.
최근 칩과 칩, 서버와 서버 간의 통신 기술도 굉장히 중요해지고 있습니다. 기존 구리선 기반 통신에서 광(옵티컬) 기반으로 바뀌고 있습니다. 여기에 관련된 기술이 실리콘 포토닉스입니다. 이 분야에서 가장 중요한 회사가 브로드컴입니다. 실리콘 포토닉스에서 우리나라가 직접 수혜를 보는 것은 별로 없습니다. 다만 실리콘 포토닉스를 구현하려면 글래스 코어, 즉 유리기판이 굉장히 중요합니다. 기존 플라스틱 기판에서 유리기판으로 바뀌고 있습니다. 유리기판 쪽에서 수혜를 볼 만한 곳은 필옵틱스, HB테크놀로지 같은 회사들입니다. 이런 회사들을 주목해서 볼 만합니다.
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