[디지털데일리 김문기기자] 구글의 텐서처리장치(TPU)가 AI 반도체 시장의 또 다른 축으로 부상하면서, 삼성전자가 새 성장 곡선을 타고 있다. 엔비디아가 주도해온 GPU 중심 생태계가 ‘GPU+TPU’ 복합 구조로 확장되면서 고대역폭메모리(HBM) 수요가 폭증했고, 그 수혜가 그대로 삼성전자에게 향하고 있다는 분석이다.

30일 관련 업계에 따르면 최근 구글의 차세대 AI 모델 ‘제미나이3’가 GPT-4.2를 위협하는 성능을 보이면서 TPU 플랫폼의 존재감이 빠르게 커졌다. 여기에 메타가 수십억달러 규모의 TPU 구매를 논의 중이라는 소식까지 더해지며, 빅테크 기업들이 GPU 의존도를 낮추기 위해 TPU 도입을 확대하는 흐름이 선명해지고 있다.

결국 AI 가속기 시장이 GPU 단일 체제를 벗어나며 HBM 수요의 기반 자체가 넓어지는 셈이다.

TPU는 구글이 브로드컴과 설계한 ASIC 기반 가속기로, 고대역폭 메모리 의존성이 GPU 못지않게 높다. 최신 TPU 한 개에는 평균 6~8개의 HBM이 탑재된다. GPU 시장 외에 TPU라는 신규 수요원이 등장하며 업계에서는 “AI 메모리의 2막이 열렸다”는 평가가 나온다. GPU를 대체하는 구조가 아니라 폭증하는 AI 연산 요구를 감당하기 위한 보완재적인 성장이라는 점도 시장의 시각을 바꿔놓고 있다.

특히 TPU 생태계에서는 엔비디아·AMD·인텔이 공존하는 GPU 시장과 달리 공급 가능 업체가 사실상 두 곳으로 압축된다. 삼성전자와 SK하이닉스가 HBM 생산 능력과 기술 완성도를 기반으로 양강 구도를 확실히 굳혀가고 있다는 의미다.

증권가에 따르면 두 기업의 HBM 전략이 TPU 확산과 강하게 결합하고 있다는 분석이다. KB증권은 삼성전자의 2026년 HBM 공급량이 올해보다 두 배 이상 증가할 것으로 내다봤다.

제미나이 기반 서비스 확대로 구글의 TPU 투자가 늘고, 삼성전자가 선단 공정 파운드리 고객사 확보에 속도를 내면서 전사 실적 기여도도 커질 것이란 분석이다. 내년 공개될 8세대 TPU에 HBM4가 탑재될 가능성이 높아지며 삼성전자 HBM3E·HBM4 공급량은 2025년 대비 두 배로 증가할 것이란 전망도 나온다.

한편, SK하이닉스는 여전히 가장 높은 점유율과 기술 우위를 확보한 공급자로 평가된다. UBS는 SK하이닉스가 구글·브로드컴·AWS 등 ASIC 고객에서 ‘1순위 공급자’ 지위를 유지하고 있다고 분석했다. HBM3E에서 이미 업계 선두를 굳힌 만큼 HBM4에서도 우위를 이어갈 가능성이 높다는 것이 증권가 중론이다.

삼성전자와 SK하이닉스가 TPU 시장에서 양강 체제를 형성하게 된 핵심 배경에는 월 웨이퍼 투입량의 격차가 자리한다. 올해 말 기준 SK하이닉스의 월 캐파는 16만장, 삼성전자는 15만장에 달하지만 마이크론은 5만5000장 수준에 그친다. 내년에도 마이크론은 두 회사의 절반에도 미치지 못할 전망이다.

업계 관계자는 “마이크론은 엔비디아 대응에 집중하느라 ASIC 시장을 충분히 따라가지 못하고 있으며 캐파와 TSV 공정 완성도에서도 한국 업체와 격차가 크다”며 “TPU 시장이 확대될수록 삼성전자·SK하이닉스의 존재감은 더 커질 것”이라고 말했다.