AI 및 HPC용 SoC 설계 기업 – 고성능 컴퓨팅의 뇌를 만드는 혁신의 선두주자들

목차

1. NVIDIA - AI GPU와 Grace Hopper SoC의 설계 리더

2. AMD - EPYC 및 MI 시리즈로 서버 SoC 시장 공략

3. Intel - Xeon, Gaudi, Falcon Shores로 AI SoC 강화

4. Tenstorrent - RISC-V 기반 AI SoC 신흥 강자

5. Cerebras - 웨이퍼 수준 AI SoC의 혁신

6. Graphcore - IPU 기반 AI SoC 설계 전문 기업

7. AWS, Google - 자체 AI SoC 설계로 클라우드 최적화

 

AI/HPC 시장에서 SoC 설계의 중요성

AI(Artificial Intelligence)와 HPC(High Performance Computing)는 현대 반도체 산업의 중심축으로 자리 잡고 있으며, 이들의 핵심에는 고성능 SoC(System on Chip) 설계가 있습니다.

SoC는 CPU, GPU, 메모리 컨트롤러, 인터페이스 등을 단일 칩에 통합해 고속 연산, 병렬 처리, 전력 최적화를 가능하게 만듭니다.

특히 AI 트레이닝 및 추론, 빅데이터 분석, 시뮬레이션, 자율주행 연산 등에 특화된 SoC는 시장 수요가 급증하고 있습니다.

고성능 SoC는 단순 연산 칩을 넘어 HBM과 같은 고대역폭 메모리, 고속 인터커넥트, AI 가속 엔진까지 포함하는 고도로 통합된 지능형 연산 시스템으로 진화하고 있습니다.

 

AI 및 HPC용

 

1. NVIDIA – AI GPU와 Grace Hopper SoC의 설계 리더

NVIDIA는 AI 및 HPC 시장을 주도하는 가장 대표적인 SoC 설계 기업입니다.

특히 Hopper 아키텍처 기반의 H100 GPU, Grace CPU와 HBM을 통합한 Grace Hopper Superchip은 AI 트레이닝 및 인퍼런스에 최적화되어 있으며, 초당 4TB 이상의 대역폭과 수천 개의 텐서 코어를 제공합니다.

이들은 모두 HBM 메모리 인터페이스와 NVLink 고속 버스를 통합한 SoC 구조를 따르고 있으며, 자체 ARM 기반 CPU까지 설계함으로써 CPU-GPU-메모리 간 병목 현상을 줄였습니다.

NVIDIA의 설계는 TSMC 4nm 공정을 기반으로 하며, 글로벌 AI 클라우드 서비스 업체의 핵심 연산 엔진으로 사용되고 있습니다.

수익성 키워드: NVIDIA Grace Hopper, H100 GPU, AI SoC 설계, HBM 인터페이스, 고성능 GPU 서버

 

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2. AMD – EPYC 및 MI 시리즈로 서버 SoC 시장 공략

AMD는 고성능 서버 CPU인 EPYC 시리즈와 AI 가속용 MI300 시리즈를 통해 SoC 시장에서 입지를 빠르게 확장하고 있습니다.

MI300X는 AI 및 HPC를 위한 APU(Accelerated Processing Unit)로서, x86 CPU와 CDNA3 GPU를 통합한 SoC이며, HBM3 메모리를 탑재해 5.2TB/s 대역폭을 구현합니다.

AMD는 TSMC 5nm 공정 기반 칩렛 설계를 통해 다수의 칩을 고속 인터커넥트로 연결하고 있으며, 이는 설계 유연성과 비용 측면에서도 경쟁 우위를 제공합니다.

AMD는 MI300을 통해 LLM(대형 언어 모델), HPC 시뮬레이션 시장까지 적극 진출 중입니다.

수익성 키워드: AMD MI300X, EPYC SoC, 칩렛 아키텍처, HBM 탑재 APU, AI 서버 가속기

 

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3. Intel – Xeon, Gaudi, Falcon Shores로 AI SoC 강화

Intel은 전통적인 CPU 기업에서 벗어나 AI 및 H PC용 SoC 설계 역량을 강화하고 있습니다.

대표적으로 Gaudi2 AI 가속기는 Habana Labs 인수 후 개발된 SoC로, 인퍼런스와 트레이닝에 최적화된 HBM2 메모리 인터페이스를 포함합니다.

또한, Falcon Shores는 CPU와 GPU 아키텍처를 결합한 XPU로 설계되어, Intel의 차세대 AI SoC 전략의 중심입니다.

이와 함께 인텔은 EMIB(임베디드 브릿지) 및 Foveros 3D 패키징을 통해 SoC 내 다양한 코어, 메모리, 인터커넥트를 통합하고 있으며, 자체 파운드리 및 IDM(Integrated Device Manufacturer) 전략으로 제조 유연성까지 확보하고 있습니다.

수익성 키워드: Intel Gaudi2, Falcon Shores XPU, EMIB SoC, Foveros 3D 패키징, AI용 인텔 SoC

 

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4. Tenstorrent – RISC-V 기반 AI SoC 신흥 강자

Tenstorrent는 전 Tesla 수석 칩 설계자인 Jim Keller가 주도하는 캐나다 기반 AI SoC 스타트업으로, RISC-V 아키텍처 기반의 AI 연산 특화 SoC를 설계하고 있습니다.

Tenstorrent의 제품은 CPU와 AI 엔진을 독립적으로 구성하고 있으며, HBM 또는 LPDDR 메모리와의 호환을 갖춰 에지 AI 및 데이터센터 시장에 모두 대응 가능합니다.

최근 삼성 파운드리와 협력해 5nm 공정 기반 칩을 제작 중이며, 수많은 투자자들로부터 기술력을 인정받고 있습니다.

이 회사는 x86/ARM 중심의 기존 SoC 시장에 RISC-V 기반 대안을 제시하며 주목받고 있습니다.

수익성 키워드: Tenstorrent AI SoC, RISC-V AI 칩, HBM 연산 프로세서, 엣지 AI SoC, AI 스타트업 반도체

5. Cerebras – 웨이퍼 수준 AI SoC의 혁신

Cerebras는 AI SoC 설계를 완전히 새롭게 정의한 기업입니다. 이들은 WSE(Wafer Scale Engine)이라는 방식으로, 단일 웨이퍼 전체를 하나의 SoC로 사용하는 칩을 설계합니다.

이 방식은 일반 SoC가 수 cm² 수준인 반면, Cerebras WSE는 46,000 mm² 이상의 실리콘 면적을 활용해 수십만 개의 AI 연산 코어와 대량의 SRAM을 탑재합니다.

고속 인터커넥트, 내장 메모리, 다중 컴퓨팅 노드가 통합된 구조는 거대한 AI 모델 학습에 최적화되어 있으며, LLM과 Foundation Model 학습에 활용되고 있습니다.

WSE-3는 AI 컴퓨팅 밀도를 혁신적으로 끌어올린 사례로 평가받습니다.

수익성 키워드: Cerebras WSE-3, 웨이퍼 스케일 SoC, 초대형 AI 칩, AI 학습용 SoC, SRAM 내장 AI 프로세서

 

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6. Graphcore – IPU 기반 AI SoC 설계 전문 기업

영국 기반의 Graphcore는 IPU(Intelligence Processing Unit)라는 독자적인 SoC 아키텍처를 통해 AI 연산에 특화된 칩을 개발합니다.

기존 CPU/GPU와는 다른 방식으로 메모리-연산 구조를 재구성해 다중 파라미터 최적화, LSTM, 그래프 기반 연산에서 뛰어난 성능을 발휘합니다.

Graphcore의 Bow IPU는 TSMC의 7nm 공정을 기반으로 하며, PCIe 및 HBM 인터페이스를 통해 AI 모델의 빠른 학습을 지원합니다.

최근에는 클라우드 AI 서버용 IPU-POD 시스템을 구축하며 고성능 컴퓨팅 분야로 확장 중입니다.

수익성 키워드: Graphcore IPU, AI 특화 SoC, LSTM 가속기, 그래프 연산 SoC, Bow IPU 서버

7. AWS, Google – 자체 AI SoC 설계로 클라우드 최적화

대형 클라우드 사업자들도 AI 및 HPC 최적화를 위해 자체 SoC를 설계하고 있습니다.

• AWS는 Trainium, Inferentia라는 AI 전용 SoC를 설계하여 자사 클라우드에 최적화된 연산 환경을 구축하고 있습니다.
• Google은 TPU(Tensor Processing Unit)를 통해 AI 연산용 SoC의 초기 개척자로 활약하며, TPUv5는 HBM3 인터페이스와 수천 개의 벡터 코어를 탑재하고 있습니다.

이들은 설계를 직접 수행하고 TSMC 및 삼성 파운드리 등을 통해 칩을 양산하며, 사용자에게 고성능·저비용 AI 인프라를 제공합니다. 자체 SoC를 통해 클라우드 AI 효율성을 극대화하는 것이 전략의 핵심입니다.

수익성 키워드: Google TPU, AWS Trainium, 클라우드 AI SoC, AI 추론 가속기, TPU 서버 칩

 

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결론

SoC 설계 기업은 AI 시대의 주인공이다

AI와 HPC는 단순한 기술 트렌드를 넘어 산업 전반의 구조를 변화시키는 핵심 동력입니다. 그리고 이 흐름의 중심에는 고성능 SoC 설계 기업들이 있습니다.

NVIDIA, AMD, Intel 같은 전통 강자는 물론, Cerebras, Tenstorrent, Graphcore 같은 혁신 스타트업, 그리고 Google과 AWS 같은 클라우드 거인들까지 SoC 설계 역량은 곧 시장 지배력으로 직결됩니다.

이들은 AI 성능을 극대화하기 위해 HBM, 고속 인터커넥트, 3D 패키징, 맞춤형 연산 아키텍처 등 다양한 기술을 통합하고 있으며, 향후 AI 모델이 복잡해질수록 이들의 중요성은 더욱 커질 것입니다.