K-반도체, 메모리 강국 넘어 AI칩 선도 생태계 구축 절실

한국 반도체 산업은 글로벌 메모리 반도체 시장에서 오랜 기간 확고한 1위를 지켜왔다. 그러나 최근 공개된 산업 보고에서는 K-반도체가 세계 메모리 시장에서는 여전히 강세지만, AI 시대를 이끄는 시스템 반도체와 AI칩 분야에서는 아쉬운 점이 적지 않다는 평가가 나왔다. 2026년 1분기 기준, 삼성전자와 SK하이닉스는 전 세계 D램과 NAND 메모리 시장의 60% 이상을 점유하고 있다. 올해 들어 메모리 가격 상승과 AI 서버용 하이밴드위스 D램(HBM)의 수요 증가로 역대 최고 실적을 경신했다. 삼성전자의 반도체 부문 2026년 1분기 영업이익은 7조 6,400억 원, SK하이닉스 역시 4분기 연속 흑자를 달성했다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 2026년 D램 시장 점유율은 삼성 41%, 하이닉스 32% 이상으로 세계 1, 2위를 굳건히 했다.

그러나 같은 시기 업계·학계 평가에서는, 급변하는 글로벌 반도체 패러다임에서 ‘메모리 강국’을 넘어 AI 반도체 생태계 구축이 시급하다는 지적이 다시금 부각됐다. 미국, 대만, 중국 등은 엔비디아, AMD, 인텔, TSMC, 화웨이 등 시스템 반도체, 특히 AI 칩 역량 강화에 집중 투자를 이어가고 있는 반면, 한국은 상대적으로 메모리 의존도가 높은 산업 구조가 드러난다는 것이다. 최근 엔비디아가 발표한 신형 GPU ‘블랙웰’은 AI 데이터센터 수요 폭증 속 절대적 시장 지배력을 확립했고, 애플·구글 또한 독자 AI칩 개발을 본격화했다. ‘개연성 높은 글로벌 반도체 패권전’ 속, 부가가치가 메모리에서 AI칩, IP(설계)와 패키징, 소프트웨어로 빠르게 옮겨가는 흐름도 뚜렷하다.

구조적 한계의 대표적 사례는 시스템 반도체 설계(팹리스, Fabless) 분야다. 국내 팹리스 시장은 세계 시장의 1.6% 수준에 머물러 있다. 반면, 미국은 시스템 반도체 전체 시장 가치의 70% 이상을 점유하고 있다. 국내 기업 중 AI 프로세서 및 서버용 칩 설계 역량이 있는 업체는 삼성전자 시스템LSI와 일부 스타트업에 불과하다. 대형 고객사(가파른 생태계) 확보, 고성능 설계 IP 경쟁, 난이도 높은 첨단 생산 공정 기술이 모두 결여되어 있다는 지적이 산업 내외부에서 반복된다. 일례로, 엔비디아·AMD는 칩 설계와 소프트웨어, 생태계 연동까지 모두 주도한다. 대만 TSMC는 3나노 이하 첨단 파운드리 생산을 통해 글로벌 빅테크의 최고 성능 AI칩 위탁생산을 독점하고 있다.

AI 반도체의 슈퍼사이클 속에서 메모리 업체들도 반등 요인을 찾고 있다. SK하이닉스의 HBM3E D램은 엔비디아와의 긴밀한 파트너십을 통해 글로벌 AI 서버 시장에 공급된다. 삼성전자 역시 자체 AI가속기 반도체 ‘SAINT’ 상용화에 속도를 내며, 팹리스-파운드리-메모리 통합 사업 모델을 모색 중이다. 그러나 AI칩 패권 경쟁이 엔비디아 및 미국·대만 중심으로 급속히 재편되면서, 한국 기업들은 하드웨어 외에 설계·패키징·SW 부문 등 엄청난 투자가 필요한 영역에서 아직 뚜렷한 리더십을 보여주지 못하고 있다. 실제 최근 K-반도체 역량을 평가한 산·학·연 패널들은 “메모리 기반 제조 경쟁력은 글로벌 최고지만, 시스템 반도체·AI칩 생태계는 추격에 그친다”며 ‘B학점 수준’이라는 주장을 내놨다.

기업 실적에선 일부 긍정적 변화가 감지된다. SK하이닉스의 AI 수요 대응형 HBM D램 매출 비중은 2025년 대비 2배 이상 증가했고, 삼성전자 역시 AI 서버용 메모리 제품군 강화와 AI 칩 자체 설계 역량 확대를 든든한 축으로 삼고 있다. 하지만 전 산업구조적 시각에선, 글로벌 경쟁사들과 달리 팹리스·설계 IP·고성능 패키지·소프트웨어 연동 분야에서 구조적 취약점을 안고 있음이 분명하다. 미국·대만은 정부·민간이 협력해 반도체 생태계 내 모든 밸류체인에 R&D, 인력, 정책자금이 집중된다. 한국 역시 AI 반도체 Task Force 육성, 첨단 설계·SW 교육 확대, 중소 팹리스·EDA(설계 자동화) 지원 등 종합적 산업정책이 필요하다는 산업계의 요구가 크다.

결국 미래 경쟁력은 단일 기업의 생산량이나 단기 실적을 넘어, 전(全) 산업 생태계의 선순환 구조 구축에 달려있다. K-반도체가 지난 30년간 축적한 세계 최고 수준의 메모리 기술력 위에 시스템 반도체 IP, AI칩, 소프트웨어, 패키징까지 아우르는 ‘종합 세트플레이’를 가속하지 못한다면, AI 시대의 초격차는 금세 좁혀질 수밖에 없다. AI 반도체 전환기를 맞아, 기업·정부·학계 모두 근본적 전략 재정립이 절실하다는 목소리의 설득력이 더욱 커지고 있다.

— 조민수 ([email protected])