반도체 시장 성장의 역사

IT 패러다임 변화와 Data Traffic 증가

 

반도체 수요는 전방 시장 흐름에 연동된다. 3차 산업혁명, 모바일 혁명, 4차 산업 혁명을 거치면서 PC, 스마트폰, 서버 등 전방 수요 확장을 경험하고 있으며, 4차 산업혁명 시대에서는 반도체가 핵심 소재 역할을 담당한다. 데이터 트래픽 급증과 함께, 반도체 수요는 구조적으로 성장할 전망이며, AI, 자율주행, 전장, 메타버스 등의 성장 스토리는 아직 시작 단계에 불과하다.

 

반도체 시장 성장의 역사

반도체 시장은 지속적으로 성장해 왔다. 전세계 반도체 시장 규모는 2001년 170 조원에서 2020년 507조원까지 증가했다. 비메모리와 메모리 모두 동반 성장을 지속하고 있다. 중장기 반도체 수요에 대한 의심은 불필요해 보인다.

 

전세계 반도체 시장 규모 추이 / 전세계 비메모리, 메모리 시장 비중 추이

 

반도체는 IT 내 핵심 부품이다. 애플, 구글, 테슬라 등 최상위 플랫폼 기업들이 반도체를 직접 개발하고 내재화하려고 할 정도다. IT 시장 내 새로운 부가가치가 발생할 때마다, 반도체 시장도 동반 성장해 왔다. 실제로 3차 산업혁명, 모바일 혁명, 4차 산업혁명으로 IT가 진화하는 과정은 반도체의 보조 없이 불가능했고, 앞으로도 그럴 것이다.

 

1990년대부터 2000년대까지 PC와 인터넷 보급으로 요약되는 3차 산업혁명 시대에서 헤게모니 장악 기업은 S/W에서 마이크로소프트, H/W에서 인텔이었다. 당시 비메모리 시장을 장악한 인텔의 CPU는 직렬식, 순차식 처리 방식에 특화된 구조로, 3차 산업혁명 시대에 최적화된 연산 처리 능력을 보여줬다. 그리고 인텔은 팹 제조 능력에서도 단연 최고였다. 무어의 법칙(18개월마다 반도체 집적도가 2배씩 향상)을 2010년대 초반까지 공정기술 실패 없이 구현해 냈다. 설계와 팹 제조에서 모두 최고였던 인텔에 비견될 수 있는 반도체 기업은 없었다.

 

인텔의 CPU 연산처리 방식 / 무어의 법칙

인텔 시가총액 및 전세계 반도체 산업 내 인텔 시가총액 비중 추이

 

인텔의 절대적인 위상이 흔들리기 시작한 것은 2010년 초부터였다. 그리고 그 시점은 모바일 혁명과 맞물린다. 스마트폰 시장이 PC 시장의 성장을 잠식한 것은 모두가 인정한다. 스마트폰에서는 저전력 제어가 뛰어난 AP(Application Processor)가 선택됐다. ARM의 IP는 Fabless 업체들의 진입 장벽을 낮춰줬다. 애플의 A 시리즈 칩, 퀄컵의 스냅드래곤, 삼성전자의 엑시노스는 모두 ARM의 기술에서 파생된 설계였다. 그리고 Fabless 업체들은 말 그대로 제조 팹이 없기 때문에, 팹 제조만 전문적으로 하는 Foundry 업체들에게 물량을 맡겼다. Fabless 업체들과 Foundry 업체들은 동반자일 수 밖에 없다.

 

CPU, AP 성능 비교

 

이때부터 반도체 산업은 인텔과 비인텔진영으로 나뉜다. 그리고 모두 알다시피 인텔의 헤게모니 약화, 비인텔 진영의 기하급수적인 확장을 확인했다. 설계와 팹 제조를 모두 담당하는 인텔의 헤게모니 약화는 비인텔 진영의 확장이며, 반도체 시장 분업화로 연결된다.

 

인텔 vs 비인텔: 비인텔 진영 확장은 Foundry 성장 기회

 

주식 시장은 비인텔 진영의 확장을 반가워했다. 모바일 혁명에서 헤게모니를 장악한 애플, 구글 뿐만 아니라, Fabless 업체인 퀄컴과 Foundry 업체인 TSMC의 폭발적인 실적 성장 및 주가 상승을 확인할 수 있었다. 주식 시장에서 절대적 비중을 차지했던 인텔의 위상이 약해진다는 것은 비인텔 진영 업체들의 성장성이 부각된다는 의미다. 실제로 필라델피아 반도체 지수는 실적 성장에 더해 밸류에이션 멀티플 상승이 동반되어 왔다.

 

그리고 4차 산업혁명으로 진입했다. 애플, 마이크로소프트, 구글, 아마존, 테슬라, 메타 등 플랫폼 기업들이 4차 산업혁명을 향한 헤게모니 경쟁을 시작했다.

 

퀄컴 / TSMC 실적 및 주가 추이

필라델피아 반도체 지수 추이 / EPS와 PER 추이

애플, MS, 구글, 아마존, 테슬라, 메타 매출 / 주가 추이

 

4차 산업혁명은 IoT, Big Data, AI 기술이 필수적이다. 특히 4차 산업혁명의 완성 기술인 AI는 추론을 기반으로 하며, GPU를 절대적으로 필요로 한다. GPU는 여러 명령어를 동시에 처리하는 연산 방식으로, CPU와 달리 캐시 메모리 비중이 적고 단순한 연산을 처리할 수 있는 ALU가 많이 배치되어 있다. 1개의 코어에 수천개의 ALU가 일반적이다. 데이터를 학습하고 최적의 결론을 도출하는 AI 연산 과정에서 GPU가 CPU보다 우월하다.

 

CPU와 GPU 비교

 

GPU 시장을 이끌고 있는 것은 엔비디아와 AMD다. 4차 산업혁명이 초입 국면이라는 점을 감안하면, GPU 시장은 지속적으로 확대될 전망이다. 엔비디아와 AMD 모두 반도체 제조 팹을 보유하고 있지 않다. 엔비디아와 AMD의 성장은 비인텔 진영 확장의 연장이며, 당연히 Foundry 시장의 동반 성장이 예상된다.

 

엔비디아 / AMD 매출, 주가 추이