[비즈니스포스트] 구글이 보안과 추론 성능을 강화한 차세대 인공지능(AI) 맞춤형 반도체(ASIC) 2종을 공개하면서 '탈엔비디아'에 속도를 내고 있다.

대용량 정보 처리에 특화된 AI 칩 '텐서처리장치(TPU) 8i 맥스'는 기존 'TPU 8i'보다 약 33% 늘어난 용량의 고대역폭메모리(HBM)가 탑재되는 만큼, 삼성전자와 SK하이닉스의 HBM 수요는 더 늘어날 것으로 예상된다.

게다가 구글이 TPU 시스템을 자사 AI 데이터센터뿐만 아니라 외부에도 본격적으로 판매하기 시작하면서, 삼성전자와 SK하이닉스 HBM 최대 공급처가 바뀔 가능성까지 제기된다.

구글은 9일(현지시각) 새로운 8세대 TPU 시스템인 'TPU 8tx'와 'TPU 8i 맥스'를 공개했다. 올해 공개한 'TPU 8t'와 'TPU 8i'를 기반으로 특정 AI 작업에 맞게 시스템 구성을 확장한 ASIC이다.

TPU 8tx는 기업과 정부기관처럼 보안이 중요한 고객을 겨냥한 반도체다. 구글은 TPU 8tx에 하드웨어 기반 기밀 컴퓨팅 기술을 적용해, AI 연산 과정에서도 민감한 데이터와 모델 가중치가 외부에 노출되지 않도록 설계했다.

TPU 8i 맥스는 기존 TPU 8i 칩 2개를 하나의 패키지에 결합한 반도체다. 여러 AI 에이전트가 방대한 소프트웨어 코드나 장시간 분량의 영상, 대규모 문서 등을 동시에 분석할 때 발생하는 메모리 병목을 줄이는 데 초점을 맞춰 개발됐다.

TPU 8i 맥스는 기존 TPU 8i보다 연산 성능과 칩 내부 메모리(S램)와 HBM 대역폭을 각각 2배로 높여 필요한 데이터를 더 빠르게 공급한다. HBM 탑재 용량도 기존 288기가바이트(GB)에서 384GB로 약 33% 늘렸다.

엔비디아 최신 AI 그래픽처리장치(GPU) '루빈'에는 288GB의 HBM이 탑재된다. 다만 루빈에는 HBM4(6세대)가 적용된 반면, TPU 8i 맥스에는 HBM3E(5세대)가 활용된다.

구글의 새로운 TPU 출시로, 삼성전자와 SK하이닉스의 HBM 수요는 더욱 늘어날 것으로 전망된다.

구글은 올해 들어 TPU를 외부 클라우드 기업에도 판매하기 시작하며, 엔비디아가 장악하고 있는 AI 칩(GPU) 시장에 도전장을 내밀었다. 올해 10월에는 기존에 엔비디아 칩을 활용해 개발한 AI 모델을 구글 TPU에서도 실행할 수 있도록 연결해주는 소프트웨어 '토치TPU'도 공개했다.

토마스 쿠리안 구글 클라우드 대표이사는 지난 10월28일(현지시각) 알파벳(구글)의 2026년 3분기 실적 콘퍼런스 콜에서 "고객사가 자체 데이터센터에 TPU를 설치하기를 원하면 구글이 하드웨어와 소프트웨어, 네트워크를 결합한 시스템을 공급한다"며 "약 100개 고객사가 이미 TPU를 사용하고 있으며, 더 많은 고객으로부터 주문이 들어오고 있다"고 말했다. 구글이 삼성전자, SK하이닉스의 새로운 최대 HBM 고객사로 떠오를 것이란 관측도 나온다.

미국 투자은행 모간스탠리는 최근 보고서에서 2027년 엔비디아와 구글의 HBM 수요 점유율이 각각 37.3%, 36.0%에 이를 것으로 전망했다. 구글이 자체 AI 반도체 TPU의 성능과 출하량을 확대하는 동시에 외부 고객사로 공급을 늘리면서 HBM 수요 격차가 1.3%포인트까지 좁혀질 것이란 분석이다.

점유율이 뒤집힐 가능성도 있다.

최근 대만 반도체 공급망에서는 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)가 국가안보 관련 의혹에 휘말리면서, 반도체 생산 주문을 줄일 수 있다는 관측까지 나온다.

대만 경제매체 공상시보는 10일 "미국 정부의 수출 심사가 더욱 엄격해지고 홍콩에 H200(중국 수출용 AI칩) 프로세서 재고가 쌓이면서 엔비디아의 주문 취소 위험도 커지고 있다"며 "엔비디아가 주문을 줄여 반도체 생산능력에 여유가 생긴다면, AMD와 브로드컴, 미디어텍 등 맞춤형 반도체(ASIC) 진영이 추가 생산능력을 확보해 클라우드 사업자들의 공급처 다변화 수요를 공략할 수 있을 것"이라고 보도했다.

구글 외에 마이크로소프트(MS), 아마존 등도 자체 AI 칩을 상용화하며 '탈엔비디아' 흐름에 동참하고 있다.

아마존의 ASIC '트레이니움2'는 대규모 AI 모델 학습과 추론에 활용되고 있으며, 트레이니움3는 실제 서비스에 투입되는 양산 단계에 진입했다. 차세대 트레이니움4도 2027년 공급을 목표로 개발하고 있다.

아마존은 2027년 말부터 아마존웹서비스(AWS) 외에 다른 고객사에도 칩을 공급하는 사업을 추진할 것으로 예상된다.

마이크로소프트도 자체 AI칩 '마이아200'을 코파일럿을 비롯한 실제 AI 서비스에 투입했으며, 미국과 유럽, 호주 등으로 배치 지역을 확대하고 있다.

스콧 거스리 마이크로소프트 클라우드·AI부문 수석부사장은 지난 10월 회사 공식 블로그에 "2027년부터 애저 마이아 제품군의 배치 규모를 수 기가와트(GW) 수준으로 확대하고, 마이아를 자사 제품과 서비스의 핵심 추론 시스템으로 활용할 것"이라고 밝혔다.

시장조사업체 가트너는 전 세계 ASIC 반도체 시장이 2025년 677억 달러(약 90조5천억 원)에서 2030년 2036억 달러(약 272조3천억 원) 규모로 커질 것이라는 전망을 내놓았다.

이와 같은 빅테크의 자체 AI 칩 도입 흐름은 HBM 수급 경쟁을 촉진해, 국내 메모리 반도체 기업들의 가격 협상력에 긍정적 영향을 줄 것으로 분석된다.

HBM 시장 규모도 2028년까지 빠른 성장세가 지속될 것으로 보인다.

할란 서 JP모간 연구원은 최근 보고서에서 "2027년 HBM 시장이 1601억 달러(약 214조 원)로 2026년보다 149% 성장하고, 2028년 2822억 달러(약 377조3천억 원)로 76% 추가 성장할 것"이라며 "HBM4 규격 하향을 고려해도, 공급 부족과 가격 상승 압력이 이어질 것"이라고 전망했다. 나병현 기자