AI 수요 폭발이 만든 반도체 생태계의 새로운 패러다임
2025년 말 현재, 인공지능 반도체 시장은 단순한 성장을 넘어선 구조적 변화의 중심에 서 있다. 모건스탠리(Morgan Stanley)가 최근 실시한 아시아 밸류체인 미팅에서 확인된 바에 따르면, AI 수요는 ‘폭발적’ 수준을 넘어 전체 반도체 공급망을 동시에 한계치로 몰아넣는 초유의 사이클을 만들어내고 있다. 이는 단순히 특정 기업의 실적 호조를 넘어선, 산업 전반의 공급 구조 재편을 의미하는 현상으로 평가된다.
특히 주목할 점은 TPU(Tensor Processing Unit)나 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit) 등 대안 솔루션의 등장에도 불구하고, 엔비디아의 시장 지배력이 오히려 더욱 공고해지고 있다는 사실이다. 모든 아시아 밸류체인 업체들이 공통적으로 언급한 핵심 이슈는 “엔비디아 칩을 얼마나 확보할 수 있느냐”였으며, 특히 차세대 아키텍처인 Vera Rubin에 대한 확보 경쟁이 치열해지고 있다고 분석됐다. 이러한 현상은 AI 반도체 시장이 예상보다 훨씬 더 큰 규모로 확장되고 있으며, 경쟁 구도 역시 기존 예측과는 다른 방향으로 전개되고 있음을 시사한다.
데이터센터 AI 가속기 시장의 현실은 숫자로도 명확하게 드러난다. 엔비디아는 데이터센터 부문에서 분기 매출 510억 달러를 기록했는데, 이는 구글의 TPU 전체 매출의 약 14배에 달하는 규모다. 더욱 흥미로운 점은 TPU 비중이 높은 워크로드에서조차 실제 매출 기여도는 엔비디아가 더 크다는 사례들이 다수 확인됐다는 것이다. 볼륨 기준으로는 TPU가 많아 보이지만, 매출 기여도에서는 엔비디아의 비중이 압도적으로 높은 구조가 형성되고 있다는 분석이다.
이러한 시장 현실을 바탕으로 모건스탠리는 엔비디아에 대한 전망을 크게 상향 조정했다. 지난 7월 대비 엔비디아 플랫폼의 성장 확신이 더욱 강해진 상태에서, CY27(2027년) 매출 전망을 상향하고 목표주가를 235달러에서 250달러로 올렸다. 이는 GTC에서 언급된 Blackwell+Rubin 5분기 500억 달러 전망을 보수적으로 검증한 결과로, 실제 시장 수요가 이를 상회할 가능성이 높다는 판단에 기반한다.
브로드컴의 AI 레버리지 확대와 구조적 실적 개선
엔비디아 다음으로 AI 노출도가 절대액 기준 2위인 브로드컴(Broadcom)의 성장 스토리도 주목받고 있다. 모건스탠리는 브로드컴의 CY27 실적 추정치를 상향하고 목표주가를 409달러에서 443달러로 조정했다. 이는 AI ASIC, 네트워크, 가상화(EM/gateway) 등 전 제품군에서 AI 레버리지 확대가 확인된 결과다. 특히 TPU와 ASIC, 네트워킹 분야에서 최대 수혜를 받고 있는 기업으로 평가받고 있다.
브로드컴의 강점은 다양한 AI 인프라 구성 요소에 걸친 포괄적 포트폴리오에 있다. 하이퍼스케일 기업들의 CapEx 확대에 따라 중기적으로 프리미엄 밸류에이션 유지가 가능하다는 분석이다. 네트워킹과 스토리지 사이클의 재고 조정이 예상보다 장기화됐으나, 2026년 말부터는 비AI 부문도 리바운드할 것으로 예상된다. VMware 편입 효과는 비용 절감과 현금 흐름 안정화로 이어져 전체 포트폴리오의 안정성을 강화하는 요인으로 작용하고 있다.
특히 주목할 점은 브로드컴이 단순히 엔비디아의 성장에 편승하는 것이 아니라, AI 인프라의 다양한 레이어에서 독립적인 가치를 창출하고 있다는 것이다. 커스텀 ASIC 설계부터 고속 네트워킹 솔루션, 가상화 플랫폼까지 AI 데이터센터 구축에 필요한 핵심 구성 요소들을 포괄적으로 제공하면서, 고객사들의 AI 인프라 투자 확대에 직접적으로 연동된 성장을 보이고 있다.
메모리 반도체의 역대급 공급 부족과 시장 재편
이번 아시아 밸류체인 미팅에서 가장 충격적인 발견 중 하나는 메모리 반도체 시장의 공급 부족 현상이었다. 모건스탠리는 DRAM, HBM, NAND 모든 영역에서 30년 커버리지 중 전례 없는 수준의 공급 부족을 확인했다고 발표했다. 이는 단순한 더블 오더링(이중 주문)이 아닌 실제 수요에 기반한 현상이라는 점에서 더욱 심각성을 갖는다.
DDR5 메모리의 경우 재고가 소진되면 대체 자체가 불가능한 구간에 진입했으며, 특히 데이터센터 OEM들의 구매량이 예상을 크게 초과하고 있다. DDR4도 자동차 OEM까지 공급 차질 우려가 확산되는 등 AI 외 수요처로도 쇼티지가 전염되고 있는 상황이다. 이는 AI 수요가 단순히 새로운 시장을 창출하는 것을 넘어, 기존 메모리 시장의 공급 구조 전반을 재편하고 있음을 보여준다.
NAND 플래시 메모리 시장도 마찬가지로 심각한 공급 부족에 직면해 있다. QLC 엔터프라이즈 NAND가 가장 심각한 상황이며, 컨슈머 부문까지 부족 현상이 확산되는 초기 단계에 있다고 분석됐다. HBM(High Bandwidth Memory)의 경우 1분기에 소폭 가격 조정 리스크가 있으나, DDR5의 강세가 HBM 가격을 방어하는 구조로 작동하고 있어 전반적인 메모리 가격 상승 압력이 지속될 것으로 예상된다.
마이크론(Micron Technology)의 경우 HBM4에서 초기 점유율은 낮을 것으로 예상되지만, DDR5의 높은 수익성이 이를 상쇄하고 있어 전체적인 실적에는 큰 변수가 되지 않을 것으로 분석됐다. 이는 메모리 업체들이 단일 제품군에 의존하지 않고 포트폴리오 전반에서 수익성을 확보할 수 있는 구조가 형성되고 있음을 의미한다.
TSMC의 상황도 주목할 만하다. 웨이퍼 수급은 3nm, 4nm, 5nm 모든 노드에서 풀가동 수준에 도달했으며, AI 수요 가속이 실리콘 공급까지 압박하면서 3nm 추가 증설을 검토하고 있다. CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate) 패키징도 AI 가속으로 인해 가장 심각한 병목 공정 중 하나가 되었다. 이는 Applied Materials와 같은 장비 업체부터 메모리까지 전체 생태계가 동시에 공급 제약 사이클에 들어가고 있음을 시사한다.
CPU 시장에서는 AMD의 Turin 프로세서가 독주하고 있는 상황이다. 서버 CPU 시장이 ‘위기’ 수준은 아니지만 명백한 공급 부족 단계에 있으며, AMD Turin의 성능과 전력 효율 우위가 확고하게 유지되고 있다. 인텔의 18A 공정은 BSP(Booster Separation Program) 활용 한계로 성능 격차를 줄이는 데 실패한 것으로 판단되며, 2026년에도 AMD가 서버 CPU 시장에서 우위를 계속 유지할 것으로 전망된다.
Astera Labs의 경우 AWS Trainium 3에서 채택이 확정되면서 2026년 대규모 램프가 예상된다. Trainium 3의 PCIe 스케일업 구성에서 Astera Scorpio X 솔루션 채택이 확인됐으며, NVLink Fusion 전환설이나 브로드컴 이더넷 스케일업 전환설은 사실과 다르다고 명시됐다. 2026년 매출은 매우 강하게 확정적이며, 향후 AWS 외 고객 확보 여부가 TAM(Total Addressable Market) 확장의 핵심 변수로 남아있다.
중국의 반도체 로컬라이제이션 노력도 계속되고 있지만 여전히 구조적 제약에 직면해 있다. DUV 기반 멀티패터닝을 활용한 선진화 시도는 진행되고 있으나, Epi(에피택셜 성장), RTP(Rapid Thermal Processing), 레이저 어닐링, 검사 장비 등 핵심 공정에서 스케일업이 제한적인 상황이다. 중국 AI 칩은 클러스터 규모, 소프트웨어 생태계, 스케일아웃 능력 등이 모두 제한적이며, DRAM과 NAND의 중국 생산 확대는 있으나 글로벌 밸런스를 깨뜨릴 수준은 아니라고 분석됐다.
이러한 종합적 분석을 통해 볼 때, 현재 AI 반도체 시장은 단순한 성장 사이클을 넘어선 구조적 변화의 국면에 있다. 엔비디아, 브로드컴, AMD, 마이크론 모두 다수 분기에 걸쳐 지속적인 실적 상향 압력이 유지될 것으로 예상되며, AI 가속은 웨이퍼(3nm), 패키징(CoWoS), 메모리(HBM/DDR5)까지 전체 공급망 병목을 동시다발적으로 유발하고 있다. TPU와 ASIC이 확대되고 있지만 이는 GPU 대체가 아니라 GPU, ASIC, TPU 동시 급증의 시장 확대로 이어지고 있으며, 메모리는 30년 커버리지 중 전례 없던 강도의 공급 부족을 보이면서 AI 중심의 수요 재정렬을 의미하는 새로운 패러다임이 형성되고 있다.
투자자들에게 이는 단기적 변동성보다는 중장기적 구조적 성장에 주목해야 할 시점임을 시사한다. 공급망 전반의 제약이 동시에 발생하고 있는 만큼, 개별 기업의 실행력과 함께 전체 생태계의 확장성이 향후 수년간 반도체 업계의 핵심 투자 테마가 될 것으로 전망된다.
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