메타버스·자율주행·게임 불붙은 'GPU'…결국은 '삼성' vs 'TSMC'

코로나19(COVID-19) 팬데믹 이후 게이밍 산업이 급성장하면서 GPU(그래픽처리장치) 시장이 달아오르고 있다. GPU 시장서 양강 구도를 형성하고 있는 엔비디아와 AMD가 고성능을 앞세운 신제품 출시를 예고한 가운데 인텔도 시장 진출을 선언하고 나섰다. 이를 둘러싼 삼성전자와 TSMC의 수주전도 더욱 치열해질 전망이다.

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그래픽카드 시장, 1년새 두배 성장…고성능 GPU 수요 급증

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19일 관련 업계에 따르면 시장조사업체 옴디아에 따르면 올해 그래픽카드 시장 규모는 30억8200만달러(약 3조 6728억원)에 달할 것으로 전망된다. 지난해(15억800만달러)와 비교해 2배 넘게 성장한 크기다.

그래픽카드는 컴퓨터 시스템에서 만든 이미지를 전자 신호로 변환해 모니터에 출력하는 하드웨어다. 그래픽 연산 전용 프로세서인 GPU가 핵심 칩으로 들어간다.

코로나19 확산으로 인해 집 안에서의 생활이 늘어나면서 PC와 노트북 판매량이 증가한 영향으로 업계는 보고 있다. 한 업계 인사는 "특히 2020년 말부터 게이밍 산업이 급성장하면서 고성능 GPU 수요가 급증세를 타고 있다"며 "게임 구현을 위해 스마트TV에도 GPU가 탑재되고 있고 메타버스와 자율주행 플랫폼 등 새 기술의 출현으로 고성능 제품에 대한 수요는 한동안 성장을 지속할 것으로 보인다"고 말했다.

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쏟아지는 신제품…인텔 참전에 '삼파전' 양상

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엔비디아, AMD, 인텔 로고./사진=각사 홈페이지

올 초에 열린 CES 2022를 전후해 팹리스(시스템반도체 설계 전문기업)들이 GPU 신제품을 대거 공개한 모습은 시장 성장을 실감케했다. 시장을 양분하고 있는 엔비디아와 AMD는 주도권을 유지·강화하기 위해 성능을 개선한 GPU를 전면에 내세웠고, 인텔은 첫 외장 GPU 공급 소식을 알리며 경쟁을 예고했다.

GPU 시장의 80%를 점유하고 있는 엔비디아는 최근 RTX3080Ti, RTX3070Ti 2종을 오는 2월 상용화한다고 밝혔다. 새 플래그십 지포스 RTX3090 Ti도 공개했다. 24GB GDDR6X D램를 탑재해 기존 제품 대비 7.7% 빨라졌다는 설명이다. 전체 성능은 10% 상향했다. 내년에는 호퍼 아키텍쳐 기반 RTX 40시리즈를 공개할 것으로 예상되고 있다.

AMD는 GPU 라데온 로드맵을 발표했다. 프리미엄 노트북용 GPU인 라데온 RX 6000M, 경량형 노트북용 RX 6000S 시리즈를 공개했다. RX 6000시리즈는 올해 8개 모델에서 최소 18개 모델로 확대될 것으로 보인다. 데스크톱PC 전용 그래픽 카드인 △RX 6500 XT △RX 6400도 함께 선보였다.

인텔은 '아크'가 올 1분기부터 공급될 것이란 소식을 알리며 외장 그래픽카드 시장에 도전장을 내밀었다. 삼성전자를 비롯해 에이수스, 델 테크놀로지스, 레노버 등 50개 이상 노트북·데스크톱PC가 인텔 아크가 적용될 예정이다. 인텔은 PC용뿐 아니라 서버·슈퍼컴퓨터용 외장 GPU 제품 개발 로드맵도 제시했다.

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생산은 누가…삼성·TSMC 수주전도 치열

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향후 몇년 동안 GPU 신제품 출시 예고가 잇따를 것으로 관측되면서 파운드리(반도체 위탁생산)에서의 치열한 수주전도 예상되고 있다. 경쟁은 삼성전자와 TSMC의 몫이다. 고성능 GPU와 같은 첨단 반도체 칩은 최근 7나노(㎚, 1나노미터는 10억분의 1m) 이하 공정에서 수주가 이뤄지고 있는데, 이를 운영할 수 있는 곳이 이들 양사 뿐이다.

업계 관계자는 "GPU가 최선단 공정에 보통 배정되지 않는 점을 고려하면 팹리스들은 자신들이 원하는 성능을 더욱 잘 구현하고 가격경쟁력을 갖춘 기업에 수주를 맡길 것"이라며 "같은 노드의 공정이어도 어떤 방식으로 구현했느냐에 따라 성능과 전력효율이 달라진다"고 설명했다.

다만 이 관계자는 최근 코로나19 상황으로 공급망이 불안정한 상황에서 '안정적인 공급'이 우선되는 경향이 있다고 덧붙였다. 엔비디아 사례가 그렇다. 전작인 RTX 30 시리즈는 삼성전자가 수주해 8나노 공정에서 만들고 있지만, RTX 40 시리즈는 TSMC 5나노 공정에서 양산될 전망이다. 엔비디아는 전체 물량을 TSMC에 몰아주는 방법으로 안정적인 공급을 약속받은 것으로 알려졌다.

AMD의 경우 삼성전자와의 접점을 늘리고 있다. 얼마전 공개된 AP(애플리케이션 프로세서)인 엑시노스 2200에 AMD와 공동 개발한 'RDNA 2' 기반 GPU 엑스클립스가 탑재됐다. 이에 따라 GPU 생산도 삼성전자에 맡길 가능성이 제기되고 있다. 엑시노스 2200은 여러 기능의 반도체 칩을 모아 만든 SoC(시스템온칩) 형태로 만들어지기 때문이다. 같은 파운드리서 만들면 효율을 높일 수 있다.

인텔은 최근 파운드리 시장 진출은 선언했지만 한동안은 수주를 맡겨 제품을 만들 것으로 보인다. 7나노 이하 공정 구현까지는 적잖은 시간이 소요될 것으로 관측되기 때문이다. 코두리 인텔 수석부사장은 지난 9월 온라인으로 열린 간담회에서 GPU 위탁 생산에 대해"CPU(중앙처리장치)와 다르게 GPU 설계는 외부 기술의 이점을 활용하기 용이한 측면이 있었다"고 말했다.

인텔은 CPU와 GPU 생산을 다수 TSMC에 맡기며 협력 체계를 강화하고 있다. 아크는 TSMC 6나노 공정에서 양산될 것으로 관측되며, TSMC는 3나노 공정이 적용한 서버용 CPU와 GPU 생산도 준비하는 것으로 알려지고 있다. 대만 현지매체에 따르면 올해 2월부터 생산 라인을 가동해 7월부터 본격 양산에 돌입할 것으로 전해졌다.