※ (반도체 및 AI 데이터센터 내외부 전력구조를 중심으로 한) AI산업의 병목 구조와 이동
투자에 있어서 산업의 메커니즘을 이해하고, 앞으로의 방향성을 예측하는 것은 매우 중요합니다.
현재 주식시장을 넘어 사회전반에 영향을 미치고 있는 AI는 향후 수년 동안 주식시장을 이끄는 핵심 내러티브로, 큰 틀에서의 AI 산업의 구조에 대한 이해는 매우 중요하다 할 수 있습니다.
○ AI 산업의 구조적 방향성
AI 산업 대략적인 구조적 방향성은 학습(LLM/생성형) → 추론(에이전트) → 피지컬AI(현실세계로 확장)으로 요약할 수 있는데,
현재 AI 산업은 추론의 단계로 막 진입하였으며, 추론 시장의 확대로 인한 산업적 변화가 나타나고 있으며, 앞으로 상당기간 이 추론의 확대로 인한 관련 주식들이 시장을 이끌어 갈 것으로 보여집니다.
피지컬 AI는 보편화 되기까지 공급망 문제(특히 중국의 관련 산업 장악력), 물리적 제약(기계공학은 컴퓨터공학보다 물리적 제약을 빠르게 극복하기 쉽지 않음) 등의 요소로 좀 더 많은 시간이 소요될 것으로 보이지만, 언젠가는 다가올 미래로 직접적이고 가시적인 시장확대(예, 실적)보다는 가야만 하는 방향성이라는 당위성 관점에서 이슈에 따라 테마적인 흐름이 나타날 것으로 보여집니다.
○ AI 산업의 병목
이러한 AI 산업의 구조적 방향성에서 여러 분야에서 병목지점들이 우후죽순처럼 나타나고 있고, 앞으로도 계속해서 수많은 병목들이 나타날 것으로 보여집니다.
특히 AI산업에서 병목은 주식시장을 이끄는 핵심 키워드이며, 앞으로의 병목 부분에 대한 예측은 향후 투자수익률을 결정할 것으로 보여집니다.
지금까지 AI 산업의 핵심 병목은 GPU/HBM에서 CPU/범용메모리로 이어져온 반도체 병목이었고, 반도체 이후로는 이들 반도체(서버)를 돌릴 수 있는 전력 병목이 예상되고 있습니다.
그리고 그 이후로 병목은 데이터센터 내외부 전력시스템(그리드관리, 온사이트발전, ESS/UPS/BBU, 냉각시스템 등), 광네트워크(CPO, 포토닉스 기술 등) 등으로 이어지고, 피지컬 AI(휴머노이드 로봇, 자율주행, 드론 등)로 계속해서 이어질 것입니다.
이러한 병목의 이동방향 속에서 반도체, 전력/전력기기, 네트워크/광통신, 데이터센터 전력아키텍처 변화로 인한 소재들의 변화 등 다양한 산업/소재/부품 들이 병목지점이 될 것입니다.
분산발전원(ESS, 연료전지, 디젤발전, 가스피커 등), 전력설비(변압기, 개폐장치 등), CPO/NPO, 광모듈, INP기판, CW 레이저 광원, SiPho, 전력반도체(SiC, GaN), 냉각판, 액침냉각, 희토류 영구자석 등 너무나 많은 것들이 병목지점이 될 가능성이 높습니다.
이 중 대표적인 병목이고, 당면한 병목인 반도체와 전력에 관해서만 보면,
○ 반도체의 병목이동
한국 시장에서 가장 주목을 받고 있는 AI 관련 산업인 반도체를 보면,
바로 직전까지의 AI 산업의 병목은, 대규모 학습을 위한 엔비디아의 GPU와 이 생태계에 속한 SK하이닉스의 HBM, TSMC의 CoWoS였습니다.
그리고 현재 학습의 단계에서 추론의 단계로 이동하면서, 칩단에서는 메모리(eSSD, LPDDR, Nand 등)와 NPU, CPU가 최근 시장의 중심에 있습니다.
추론은 GPU 개수보다 ‘데이터를 어디서 얼마나 빨리 꺼내 쓰느냐’가 관건이라 메모리와 CPU 등이 중요하기 때문입니다.
최근 메타의 Muse와 같은 에이전트 AI가 보다 더 빠르게 확산되면서 추론형 맞춤형 칩인 NPU/ASIC과 차세대 메모리인 CXL의 가치가 높아질 것입니다.
즉, 병목지점이 엔비디아에서 엔비디아 바깥으로 확산되다고 볼 수 있습니다.
그리고 이후 베라 루빈이 데이터센터에 본격적용 되기 시작하면, 데이터센터의 전력 아키텍처도 빠르게 변화할 것으로 보여지는데(기존 48V에서 HVDC Sidecar/400V/800V 고압 DC로 변화), 이때 전력반도체인 SiC와 GaN의 수요가 폭발 할 것으로 예상됩니다.
○ 전력 (AI 데이터센터의 외부)
현재 반도체 병목이 AI산업과 주식시장을 장악하고 있다면, 가장 당면한 병목은 전력이 될 것으로 예상하고 있습니다.
전력은 크게 AI데이터센터의 내외부로 나눠서 살펴봐야 하는데, 먼저 외부 전력이 먼저 병목이 될 것이고, 이후 AI데이터센터의 전력 아키텍처가 변화하면서 내부 전력 분야에서 많은 병목지점이 발생할 것으로 예상됩니다.
외부 전력의 핵심은 그리드 연결입니다.
전력은 크게 발전, 송배전으로 나눌 수 있는데, 지난 수년간 전력분야에서 발전에 대한 주목도가 높았다면 최근에는 발전보다 송배전과 운용(수요관리)의 중요성이 더욱 높아지고 있습니다.
얼마전까지 원전, 가스발전, SMR 등 발전원에 대한 관심이 높았지만, 최근 들어 전력에서의 문제는 발전 보다 생산된 전기를 어떻게 데이터센터로 연결할 지가 훨씬 더 중요해지고 있습니다.
이에 따라, 주식시장도 앞으로는 발전 자체보다는 그리드 연결에 더 많은 관심을 가질 것으로 보여집니다.
송배전, 변압기를 넘어 전력망의 효율적 운용의 중요성이 한층 더 높아질 것으로 예상됩니다.
이는 엔비디아, 구글, 에메랄드 AI의 협력(AI관리연합), 그리고 테슬라, Sunrun, Renew home의 협력(데이터센터와 유틸리티에 16GW의 VPP를 통한 전력공급)을 통해 서서히 가시화되고 있습니다.
즉, 데이터센터 외부의 전력은 송배전을 중심으로 한 하드웨어적 부문(ESS, HVDC, 변압기 등)과 전력망의 안정적 운영을 위한 솔루션 부문(VPP, EMS 등)이 산업과 주식시장의 관심을 받을 것으로 예상됩니다.
특히 최근 AI 데이터센터 내에서의 추론 비율의 증가로, 데이터센터의 극심한 부하변동성에 대한 이슈가 중요해지고 있으며, 이러한 부하변동성을 완화시키기 위한 대안으로 BTM용 ESS와 (VPP, EMS 등을 통한) 데이터센터의 전력 수요관리가 더욱 중요해지고 있습니다.
○ 데이터센터 내부 (전력 아키텍처의 변화, 800V DC)
데이터센터의 내부 전력 병목은 파급력 측면에서 시장에서 주목도는 매우 높을 것입니다.
엔비디아의 베라 루빈을 적용한 서버 랙은 최대 600kW 수준의 막대한 전력을 소비하기 때문에 고전압 DC의 적용 필수적입니다.
현재 베라 루빈은 일부 빅테크에게 초기 물량이 납품되기 시작하였는데, 2027년 또는 2028년에 본격적으로 데이터센터에 적용될 것으로 예상됩니다.
그리고 이 시기를 중심으로 데이터센터의 전력아키텍처가 급변하게 될 것으로 예상됩니다.
현재의 48V 전력아키텍처가 바로 800V DC로 가기 보다는 중고저압 Sidecar/중전압 일체형 HVDC 전원 아키텍처, +-400V DC 아키텍처, 800V DC 아키텍처 등 각기 다른 전력 아키텍처가 시차를 두고 적용될 것으로 보여집니다.
기존 데이터센터나 현재 지어지고 있는 데이터센터에서는 Sidecar 방식으로 고전압을 구현하고, 향후에는 아예 처음부터 고전압(800V DC)을 염두해둔 데이터센터가 만들어질 것입니다.
중요한 것은 데이터센터 내부의 전압이 빠르게 높아진 다는 것입니다.
이때 BTM 전력설비, 광통신, 랙, PCB, 커낵터, 전력반도체, 냉각시스템 등 수많은 데이터센터 내의 설비 구조가 바뀌게 되며 반도체에 이은 다양한 산업에서의 거대한 병목이 발생할 것으로 예상됩니다.
좀더 세부적이고 구체적으로 ESS, 슈퍼캐퍼시터, 실리콘 MLCC, 수직전력전달(VPD)를 위한 초고다층 기판, InP 기판, CW 레이저 광원, 희토류 영구자석, SiC/GaN 전력반도체, 액침냉각, AFCI SoC 칩 등 수많은 부품/소재단의 변화가 생길 것이며 주식시장에 있어 또 하나의 거대 내러티브를 형성할 수도 있습니다.
● 정지훈의 AI 투자강의 내용 중.
AI 산업에서 투자자가 봐야 할 것은 개별 기업이 아니라, ‘병목의 위치’와 ‘이동 방향’임.
병목이 있는 곳에 가치가 쌓이고 병목이 풀리면 다음 병목으로 이동함.
2023 – 2024년에는 GPU 자체가 병목이었음.
2025년에는 병목이 메모리와 패키징으로 이동하였음. 이 구간에서 SK하이닉스와 TSMC가 가장 큰 수혜를 입었음.
2026년 들어 패키징 병목은 TSMC의 CoWoS 캐파가 4배 가까이 늘어나면서 조금씩 완화되기 시작하였지만, 메모리의 병목은 계속되고 있음.
HBM4E 16겹 적층이라는 기술적 도전이 남아있음.
2027년 이후의 병목은 에너지로 본격 이동할 가능성이 높음.
칩이 더 많이 만들어 질수록 그 칩을 돌릴 전력이 더 필요해짐.
GTC 2026에서 공개된 수치를 보면, 엔비디아 클라우드 파트너(NCP) 전체가 이미 100만 개 이상의 GPU를 배포했고 이것이 소비하는 전력만 1.7GW에 달함.
이는 실리콘 병목이 풀리는 순간 에너지가 새로운 천장이 될 수 있음을 의미함.