AI 컴퓨트 해설 2편: AI 스택의 9개 레이어 (2026)

한눈에 보기

1편에서는 AI 칩이 무엇이고 왜 메모리 대역폭이 병목이 되는지를 다뤘어요. 이번 편에서는 공급망 전체를 살펴봐요. 가장 추상적인 것부터 가장 물리적인 것까지, 9개 레이어예요. 각 레이어마다 무슨 일을 하는지, 누가 선두인지, 얼마나 앞서 있는지를 정리했어요.

읽으면서 한 가지를 기억해 두세요. 거의 모든 레이어에서 반복되는 패턴은 '경쟁이 치열한 시장에 선두가 있는' 구조가 아니에요. '한두 개, 많아야 세 개 기업이 있고 그다음은 큰 격차'가 있는 구조예요. 3편에서 왜 이 위치가 그토록 견고한지를 따져볼 거예요.

레이어 1: 설계 소프트웨어와 지식재산권

칩이 물리적으로 존재하기 전, 수백억 개의 트랜지스터가 담긴 설계로 먼저 존재해요. 사람이 직접 그리는 게 아니에요. EDA(전자설계자동화) 소프트웨어가 생성하고, 시뮬레이션하고, 검증해요. 반도체 세계의 CAD 도구라고 생각하면 되는데, 물리적 현상까지 시뮬레이션하고 실제 제조 가능한지까지 확인해요.

매출 규모는 작지만 영향력은 막대한 시장이에요. 이 소프트웨어 없이는 아무것도 설계할 수 없거든요. 우리가 근거로 삼을 수 있는 최신 공개 자료인 TrendForce의 2021년 수치를 보면, Synopsys가 약 32%, Cadence가 약 30%, Siemens EDA가 약 13%로, 세 곳이 합쳐 약 4분의 3을 차지해요. 정확한 비율은 그 이후로 조금씩 바뀌었지만 구조는 그대로예요. Synopsys와 Cadence가 거의 대등한 수준으로 선두이고, Siemens가 확실한 3위예요.

EDA와 함께 칩 지식재산권(IP)도 있어요. 설계자들이 처음부터 만드는 대신 라이선스를 사서 쓰는 사전 설계 빌딩블록이에요. Arm이 대표적인 이름으로, 대부분의 스마트폰과 Nvidia의 Grace CPU를 포함한 데이터센터 프로세서에도 점점 더 많이 쓰이는 CPU 아키텍처를 공급해요.

선두: Synopsys, Cadence, Siemens EDA. 프로세서 IP는 Arm.

한국의 위치: 없어요. 한국에는 EDA 분야에서 의미 있는 기업이 없어요. 삼성과 SK 하이닉스 모두 미국산 소프트웨어로 칩을 설계해요. 이건 실질적인 의존도 문제고, 5편에서 다시 등장해요.

레이어 2: 칩 설계

누구나 들어봤을 레이어예요. 여기 있는 기업들은 가속기를 설계하고 공장은 가지고 있지 않아요.

Nvidia는 중심축이에요. 2026년 4월 말 마감된 단일 분기에 데이터센터 매출 752억 달러를 기록했고, 전년 동기 대비 92% 성장한 수치예요. 우위는 실리콘 자체만이 아니에요. 칩, 수천 개를 묶어주는 네트워크, 랙 단위 시스템 설계, 그리고 AI 연구자들이 거의 20년간 쌓아온 소프트웨어 레이어인 CUDA의 조합이에요. 이 조합이 왜 공략하기 어려운지는 3편에서 풀어요.

AMD는 주요 직접 경쟁자로, 실질적인 동력을 갖추고 있어요. TSMC의 2nm 공정으로 만들어지는 MI450 가속기는 2025년 10월 OpenAI와 발표된 대규모 계약의 핵심이며, 첫 물량은 2026년 하반기로 예정돼 있어요. 2026년 7월에는 AMD가 컴퓨트 계약의 일환으로 Anthropic에 상당한 투자를 발표하기도 했어요.

클라우드 기업들은 자체 칩을 설계해요. Google은 여러 세대를 거쳐 복수의 제조 파트너에 분산된 TPU를 갖고 있어요. Amazon의 Trainium은 세 번째 버전이 2025년 12월에 일반 공급을 시작했고, 회사 최초의 3nm 칩이에요. Meta는 MTIA를 만들어요. 논리는 단순해요. 연간 1000억 달러를 컴퓨트에 쓸 거라면, 공급사 마진을 없애기 위해 자체 칩을 설계하는 게 설계당 수억 달러의 비용을 들이더라도 합리적으로 보이기 시작해요.

공동 설계 전문사는 이 레이어의 숨겨진 거인이에요. 대부분의 클라우드 기업은 커스텀 칩을 혼자 설계하지 않고 Broadcom이나 Marvell에 어려운 엔지니어링을 맡겨요. 이 두 곳이 해당 시장의 약 95%를 차지해요. Google의 차세대 TPU는 학습용은 Broadcom이, 저비용 추론용은 MediaTek이 맡는 것으로 알려졌는데, 단일 파트너에 의존하지 않으려는 꽤 노골적인 시도예요.

선두: Nvidia가 압도적 1위, 다음이 AMD, 커스텀 설계는 Broadcom과 Marvell이 지배해요.

한국의 위치: 얕아요. 한국에는 세계적 규모의 가속기 설계사가 없어요. Rebellions와 FuriosaAI 두 스타트업이 유력한 시도이고, 6편에서 솔직하게 평가할 거예요.

레이어 3: 제조

설계는 파운드리에서 실리콘이 돼요. 이 레이어는 공식 독점이 아닌 영역 중 전체 경제에서 가장 집중도가 높아요.

2026년 1분기, TSMC는 파운드리 시장에서 **72%**를 차지했어요. 전 분기의 70.4%에서 올라간 수치고, 상위 10개 파운드리의 합산 매출은 그 분기에 사상 최대인 479.5억 달러를 기록했어요. 삼성이 **6.5%**로 2위예요. 매출 기준으로 TSMC의 파운드리 사업은 삼성의 약 11배예요.

AI 칩이 만들어지는 최첨단 공정에서 TSMC의 위치는 더 강한데, 최첨단 공정만 따로 분리한 공개 수치는 없어요. TSMC는 2026년부터 2028년까지 2nm와 A16 생산 능력을 빠른 복합 연간 성장률로 늘리고 있고, 물량 생산이 앞당겨진 애리조나 공장에 막대한 금액을 투자했어요.

삼성의 파운드리 야망은 텍사스 테일러 공장에 크게 걸려 있어요. 2025년 7월 테슬라와 AI5, AI6 칩을 포함하는 대규모 장기 계약을 맺으면서 닻을 내렸어요. 테슬라의 AI6는 전량이 그곳의 삼성 2nm 공정에 배정된 것으로 알려졌어요. 인텔은 18A 공정으로 재기를 시도하면서 설계 수주를 발표했지만, 장기적으로는 14A 노드의 수요에 물음표가 붙어 있어요.

선두: TSMC, 압도적으로.

한국의 위치: 2위지만 한참 뒤처진 2위예요. 이 격차는 한국 산업 정책의 핵심 고민이고, 6편에서 길게 다뤄요.

레이어 4: 메모리

1편에서 다뤘고, 한국이 진정한 선두인 레이어예요.

일반 DRAM에서는 Counterpoint Research 기준 2026년 2분기 **삼성이 39%**로 1위, SK 하이닉스 26%, 마이크론 25% 순이에요. 이 순위는 지난 1년 사이 크게 바뀌었어요. 2025년 2분기에 SK 하이닉스가 39%를 차지했다가 점유율이 떨어졌는데, 같은 기간 매출은 214% 성장했어요. 시장 전체가 얼마나 빠르게 컸는지 알 수 있는 수치예요.

AI 가속기에 필요한 프리미엄 적층 메모리인 HBM에서는 2026년 1분기 기준 SK 하이닉스가 58%, **삼성과 마이크론이 각 21%**예요.

이 레이어의 수요는 엄청나요. 삼성과 SK 하이닉스는 Stargate 프로그램을 위해 OpenAI와 함께 월 DRAM 웨이퍼 생산량을 매우 큰 규모로 늘려가기로 합의했고, 공급 계약은 수년에 걸쳐 있어요.

선두: DRAM은 삼성, HBM은 SK 하이닉스, 마이크론이 양쪽 모두에서 추격 중이에요.

한국의 위치: 선두에요. 이 레이어야말로 한국을 단순히 큰 나라가 아닌 구조적으로 중요한 나라로 만드는 이유잖아요.

레이어 5: 고급 패키징

프로세서 다이와 여러 HBM 스택을 확보했다면, 메모리 장벽을 다시 만들지 않을 만큼 촘촘한 연결로 하나의 부품으로 묶어줄 무언가가 필요해요. 그게 고급 패키징이고, TSMC의 CoWoS가 세계 AI 칩 생산의 실질적인 한계로 작용해왔어요.

생산 능력 확대는 드라마틱하게 이뤄졌어요. 2026년 말 기준 월 생산 능력이 2024년 말의 수 배 수준이에요. 그런데 수요도 그만큼 빠르게 늘었고, 이 모든 확장 이후에도 공급이 수요에 미치지 못할 것으로 예상돼요. 이 레이어의 생산 능력과 수요 수치는 월간 웨이퍼 생산 능력 대 연간 패키지 수요처럼 단위가 서로 달리 돌아다니니, 두 수치를 짝지어 볼 때는 주의가 필요해요.

외부에서 가장 잘 보이지 않는 레이어이지만 가장 영향이 큰 레이어 중 하나예요. 2024년과 2025년 대부분의 시간 동안 AI 칩 공급의 실질적 병목은 프로세서도, 메모리도 아니었더라고요. 이 둘을 하나로 합치는 능력이 문제였어요.

선두: TSMC, 더 넓은 패키징 시장에서는 ASE와 Amkor도 중요해요.

레이어 6: 제조 장비

팹은 스스로 만들어지지 않아요. 최첨단 팹 하나에는 소수의 공급사에서 만든 장비가 가득 차 있고, 이 레이어는 공급망 전체에서 집중도가 가장 극단적이에요.

네덜란드에 본사를 둔 ASML은 첨단 칩의 미세한 회로를 인쇄하는 데 필요한 EUV(극자외선) 리소그래피 장비를 만들어요. 경쟁 장비도, 경쟁 기업도 없어요. EUV와 이전 세대를 합쳐 전체 리소그래피 시스템의 대부분도 ASML이 만들어요. 표준 Low-NA EUV 장비 한 대 가격이 수억 달러이고, 신형 High-NA 세대는 그보다 훨씬 비싸요. 회사는 올해 들어 2026년 매출 가이던스를 두 차례 상향했어요.

ASML 아래에는 다른 필수 장비 제조사들이 있어요. Applied Materials, Lam Research(미국), Tokyo Electron(일본), KLA(미국, 검사 장비)예요. ASML을 포함한 이 다섯 곳이 전체 반도체 제조 장비의 대부분을 공급해요.

선두: 리소그래피에서는 ASML이 절대적, 그다음이 Applied Materials, Lam, Tokyo Electron, KLA 순이에요.

한국의 위치: 대형 고객이자 소규모 공급사예요. 한국 팹에서 사용하는 장비 중 한국 기업이 납품하는 비중은 크지 않아요.

레이어 7: 소재 및 화학물질

가장 화려하지 않은 레이어이지만 진정한 전략적 병목 지점이에요. 칩 제조는 초순수 웨이퍼, 포토레지스트(인쇄를 가능하게 하는 감광 코팅), 특수 가스, 연마 슬러리, 식각액을 소비해요. 모두 극히 소수의 기업만 충족할 수 있는 순도 기준이 요구돼요.

일본이 지배해요. Shin-Etsu와 SUMCO가 전 세계 실리콘 웨이퍼의 약 90%를 공급해요. JSR, Tokyo Ohka Kogyo, Shin-Etsu, Fujifilm을 포함한 일본 기업들이 포토레지스트 시장의 약 90%를 차지해요.

한국은 2019년 일본이 한국 반도체 제조에 필수적인 화학물질 세 가지의 수출을 제한했을 때 이게 얼마나 중요한 문제인지 정확히 배웠어요. 이후 국산화 추진이 시작됐고 성과를 냈어요. 불화수소의 일본산 수입이 2년 내 금액 기준 66% 감소했고, EUV 포토레지스트에 대한 일본 의존도도 절반 아래로 떨어졌어요. 그렇지만 일본 기업들이 장악한 세계적 집중도 자체는 변함없고, 이건 어느 한 나라의 의존도 문제와는 별개의 문제예요.

선두: 일본, 결정적으로.

레이어 8: 네트워킹

대규모 모델을 학습시킨다는 건 수천 개의 칩이 끊임없이 중간 결과를 교환한다는 의미예요. 칩 사이 네트워크가 느리면 칩이 기다리고, 비싼 실리콘이 놀게 되거든요. 이 규모에서는 네트워크가 배관이 아니라 컴퓨터의 일부가 돼요.

두 접근 방식이 경쟁해요. Nvidia는 긴밀하게 통합된 스택을 팔아요. 5세대에서 GPU당 초당 1.8테라바이트, 6세대에서 3.6테라바이트로 랙 내 GPU를 연결하는 NVLink, 그리고 랙 간 연결에는 InfiniBand 또는 자체 Spectrum-X 이더넷을 써요. Broadcom은 누구나 활용할 수 있는 범용 이더넷 칩을 팔고, 업계가 구매하는 고사양 이더넷 스위칭 실리콘의 대부분을 공급해요. Tomahawk 6 스위치는 초당 102.4테라비트로 동작하고, 로드맵에는 두 배, 또 두 배가 예정돼 있어요.

랙 간 연결은 이더넷으로 가는 추세예요. 클라우드 운영사들이 단일 벤더에 의존하지 않으려 하기 때문이에요. 다음 단계는 공동 패키지 광학, 즉 광학 부품을 스위치 패키지에 직접 올려 전력과 비용을 줄이는 방식이에요.

선두: 랙 내부는 Nvidia, 랙 사이는 Broadcom이에요.

레이어 9: 데이터센터, 클라우드, 전력

마지막으로 실제 건물과 운영 전력이에요.

미국 4대 클라우드 기업이 2026년에 2025년 대비 크게 늘어난 막대한 합산 설비투자를 계획하고 있어요. 이 네 곳 거의 모두에서 개별 가이던스 범위가 연중 반복해서 상향됐어요. 집계 방식에 따라 의미 있는 차이가 나기 때문에 어떤 단일 수치든 추정치로 봐야 해요. 구체적인 수치와 변화 추이는 4편에서 다뤄요.

함께 성장하는 것이 네오클라우드예요. 가속기를 사서 임대하기 위해 존재하는 신규 클라우드예요. CoreWeave가 가장 크고, 엄청난 매출 잔고를 보고하고 있어요. 가장 최근 연간 보고에 따르면 2025년 말 기준 43개 데이터센터, 850메가와트의 가동 전력, 3.1기가와트의 계약 전력을 확보하고 있어요.

그리고 조용히 진짜 병목이 된 제약이 있어요. 마지막 단락의 단위를 보세요. 기가와트, 평방미터가 아니에요. 산업이 이제 전력 용량으로 자신을 측정하는 건 전력이 실제로 고갈되는 자원이기 때문이에요. 4편 전체가 이것에 관한 내용이에요.

선두: Amazon, Microsoft, Google, Meta, 그리고 Oracle과 네오클라우드가 빠르게 따라붙고 있어요.

패턴

9개 레이어를 함께 보면 한 가지가 눈에 들어와요. 이건 명확한 선두가 있는 개방 경쟁 산업이 아니에요. 준독점과 촘촘한 과점이 직렬로 연결된 구조예요.

최첨단 칩을 인쇄하는 장비를 만드는 기업이 하나예요. 그 칩의 대부분을 제조하는 기업이 하나예요. 메모리를 만드는 기업이 셋이에요. 설계 소프트웨어를 만드는 기업이 셋이에요. 웨이퍼의 대부분을 만드는 일본 기업이 둘이에요. 커스텀 가속기의 대부분을 설계하는 기업이 둘이에요.

이 고리 중 어느 하나가 전체 공급망을 늦출 수 있어요. 그리고 어느 것도 빠르게 대체할 수 없어요. 각각이 수십 년의 축적된 엔지니어링 지식, 극단적인 자본 요건, 또는 두 가지 모두를 기반으로 하기 때문이에요.

3편에서는 이 중 가장 강한 위치를 들여다보고, 당연한 질문을 던져요. 도대체 무엇이 경쟁을 막는 걸까요?

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