AI 반도체 공급 부족 사태에 대비하라
지난 10년간 이어진 이상기후, 자연재해, 지정학적 갈등, 팬데믹과 같은 주요 위기들은 공급 충격이 산업의 수요 대응 능력을 얼마나 심각하게 제한할 수 있는지를 분명하게 보여주었습니다.
반도체 수급 균형은 매우 민감하게 흔들릴 수 있으며, 최근 몇 년간 산업계와 고객들은 이를 뼈저리게 경험하였습니다.
팬데믹으로 촉발된 반도체 공급난은 지나갔지만, 기업 경영진들은 다음 위기에 대비해 다시 움직이고 있으며, 그 위기는 다름 아닌 인공지능에서 비롯될 것으로 보입니다.
산업 전반에 걸친 AI 채택 가속은 데이터센터용 GPU 수요를 압박하고 있으며, 대형 언어모델(LLM)을 훈련 및 운영하기 위한 컴퓨팅 자원 수요가 공급망 제약과 충돌하고 있습니다.
게다가, AI 기능이 탑재된 기기의 확산은 새로운 PC 및 스마트폰 구매 물결을 촉발할 것으로 예상되며, 이는 반도체 공급망 전반에 중대한 영향을 미칩니다.
반도체 공급망은 매우 복잡한 구조를 가지고 있으며, 수요가 약 20% 이상만 증가해도 균형이 무너지고 공급 부족 사태로 이어질 가능성이 높습니다.
AI의 폭발적 확산이 여러 주요 시장에서 동시다발적으로 발생하면, 이러한 임계점을 쉽게 넘어설 수 있으며, 이는 공급망 전반에 걸쳐 병목 현상을 유발할 수 있습니다.
기술 변화가 빠르고, 대규모 자본이 요구되며, 생산능력 증설에 오랜 시간이 걸리는 반도체 산업 특성상, 수요-공급 균형을 맞추는 일은 언제나 쉽지 않았습니다.
하지만 지금은 공급업체와 수요처 모두가 신속히 움직여 다가올 위기를 선제적으로 대비해야 할 시점입니다. 그럼, 예상 수요와 공급 충격이 어떻게 전개될 수 있을지 살펴보겠습니다.
데이터 센터 수요
2022년 말 생성형 AI의 돌파는 반도체 산업에 큰 호재로 작용했습니다. NVIDIA와 같은 주요 GPU 공급업체는 물론, Broadcom(스위치)과 SK하이닉스(고대역폭 메모리)처럼 데이터센터에 칩을 공급하는 업체들의 매출과 가치가 크게 증가했습니다.
데이터센터와 이를 구동하는 특화된 칩에 대한 투자는 감소할 기미를 보이지 않고 있으며, 주요 클라우드 서비스 기업들은 AI와 고속 컴퓨팅에 대한 투자에 힘입어 2024년 설비투자를 전년 대비 36% 확대할 것으로 예상됩니다. LLM의 기능 확장은 텍스트, 이미지, 음성 등 다양한 데이터를 동시에 처리할 수 있도록 만들며, 벤처 자금 역시 AI 스타트업으로 몰리고 있어 GPU 수요는 계속 증가할 전망입니다.
현재 추세를 감안할 때, 2026년까지 데이터센터용 최신 GPU 수요가 두 배로 증가하는 것은 무리가 아닌 가정입니다. 이 경우, 주요 부품 공급업체들은 일부 제품에서 생산량을 30% 이상 늘려야 할 수 있습니다.
베인의 수요 예측 모델은 반도체 공급망의 복잡한 구조를 고려하고 있으며, 이러한 유입 수요는 고급 패키징과 메모리에 집중될 것으로 보입니다.
특히 CoWoS(웨이퍼 온 서브스트레이트) 패키징을 생산하는 업체들은 2026년까지 생산 능력을 거의 세 배로 늘려야 할 가능성이 있습니다.
AI 성장을 뒷받침하려면, 데이터센터 건설부터 웨이퍼 팹, 고급 패키징 확보, 충분한 전력까지 포함하는 복잡한 공급망 요소들이 함께 작동해야 합니다. 이러한 주요 요소들은 장기간이 소요되는 만큼, 수요를 따라잡기 어려울 수 있습니다.
게다가, 이러한 요소 대부분은 기술 생태계의 다른 부문과도 공유되며, 자본, 지정학, 타이밍 리스크에 영향을 받습니다. 하나의 칩이 부족해 전체 시스템이 멈추는 경우도 있으며, 최근에는 차량 생산이 칩 부족으로 중단되어 재고가 누적되는 일이 실제로 발생하기도 했습니다.
PC 및 스마트폰 수요
개인용 기기 제조사들은 이미 AI 기능을 빠르게 제품에 탑재하고 있습니다. 기기 내 AI 처리를 위한 뉴럴 프로세서 탑재를 위해, 평균 노트북 CPU와 스마트폰 프로세서는 각각 약 5%, 16%의 실리콘 면적을 추가한 것으로 나타났습니다.
무엇보다도, AI 애플리케이션의 유용성이 커짐에 따라, 소비자들의 업그레이드 수요가 앞당겨질 수 있으며, 이는 팬데믹 당시 단기적인 PC 수요 급증과 유사한 양상을 보일 수 있습니다.
GPU와 비교할 때, AI 수요는 스마트폰과 PC의 반도체 공급망 전반에 더 광범위한 영향을 미치게 됩니다. 이들 기기에는 수많은 부품이 포함되어 있으며, 가장 취약한 연결고리는 바로 첨단 반도체를 제조하는 초미세 공정 팹(fab)입니다.
만약 2023~2026년 사이 AI의 급속한 채택으로 PC 판매가 31%, 스마트폰은 15% 증가한다면, 초미세 공정 팹들은 25~35%의 생산 능력 증가가 요구됩니다.
이를 충족하기 위해서는 400~750억 달러를 들여 45개의 팹을 추가로 신설해야 하며, 이는 현재 대형 파운드리들이 추진 중인 투자의 정당성을 강화해줄 수 있습니다.
공급망 리스크를 잊지 마십시오
극한 기후, 자연재해, 지정학적 갈등, 팬데믹, 기타 대형 혼란들은 지난 10년간 공급망 충격이 수요 대응 능력을 얼마나 제약하는지를 명확히 보여주었습니다.
최근 18개월간 GPU 공급에 압박이 가해진 주요 원인은 CoWoS 고급 패키징과 같은 공급망 내 보이지 않는 요소의 혼란이었습니다.
지정학적 긴장, 무역 제한, 글로벌 기술 기업들의 공급망 탈중국화는 반도체 공급에 지속적인 리스크를 주고 있습니다.
공장 건설 지연, 자재 부족, 기타 예측 불가능한 요소들은 병목을 유발할 수 있으며, 이러한 불확실성을 고려하지 않는다면 고대역폭 메모리, 고급 패키징 팹 및 툴, 서브스트레이트 팹 건설 수요가 공급망에서 가장 큰 리스크로 작용할 수 있습니다.
경영진을 위한 시사점
산업 전반에서 반도체를 구매하는 기업들은, 공급망 복잡성을 이해하기 위해 부품별 이해도를 높이는 것부터 시작해야 합니다.
훌륭한 리더는 AI 데이터센터와 맞닿은 스위치, 트랜시버, 전력관리 칩 등 주요 부품에 더 주의를 기울이며, PC와 스마트폰 교체 주기 및 와이파이 라우터, 네트워크 장비와 같은 주변기기도 면밀히 모니터링할 것입니다. 이들 분야의 급증은 공급망 전체에 연쇄적 영향을 주므로 각 단계가 철저히 추적되어야 합니다.
선도 기업들은 최근 겪은 칩 공급난의 교훈을 바탕으로, 재고를 안정적으로 유지하기 위해 장기 구매 계약을 체결하고, 미래 수요를 감안한 칩과 생산능력 확보에 나설 것입니다.
이 과정에서 공급업체와 정보를 공유할 것이며, 지난 수십 년간 지배적이었던 "적시 생산(just-in-time)" 방식은 비용이 더 들더라도 회복탄력성을 높이는 "비상 대비 생산(just-in-case)" 체계로 전환될 것입니다.
많은 기업들이 산업 표준 반도체를 활용하거나 특정 애플리케이션 전용 칩 대신 범용 칩을 도입할 것이며, 지정학적 리스크에 대비한 공급망 회복력 투자도 계속 확대할 것입니다.
마지막으로, 프런트엔드 반도체 제조능력뿐 아니라 고급 패키징 및 서브스트레이트 공급도 동일한 수준으로 모니터링하게 될 것입니다.
경영진들은 팬데믹으로 인한 반도체 공급난에서 아직 회복되지 못했을 수도 있지만, 다음 위기는 이미 다가오고 있으며, 지금은 휴식할 시간이 아닙니다.
이번에는 명확한 신호들이 있으며, 산업은 대비할 수 있는 기회를 가지고 있습니다. 향후 경로에는 경계심, 전략적 통찰, 신속한 행동이 요구되며, 선제적 조치를 통해 기업들은 AI 중심의 미래에서 회복탄력성과 성공을 확보할 수 있습니다.
핵심 요약
▶ AI 기반 그래픽 처리 장치(GPU)에 대한 수요 급증은 2026년까지 특정 상위 부품의 총 수요를 30% 이상 증가시킬 수 있습니다.
▶ 팬데믹 당시 PC 수요가 급증했던 것처럼, 다가오는 AI 탑재 기기의 물결은 스마트폰과 PC 업그레이드 수요를 가속화시킬 가능성이 높습니다.
▶ 이 두 가지 추세는 지정학적 긴장과 기타 공급망 리스크와 함께 다음 반도체 공급 부족 사태를 촉발할 수 있습니다.
▶장기 구매 계약 및 공급망 다변화와 같은 선제적 대응이 임박한 리스크를 완화하는 데 핵심적인 역할을 하게 됩니다.
Bain & Company가 발행한 "Technology Report 2024" 내용의 일부를 번역하고 정리한 포스팅입니다.
자세한 내용은 Bain & Company의 리포트 원문을 살펴봐 주세요.
▶ [Bain & Company] Technology Report 2024 원문 (영어)
