GPU 생산이 최첨단 공정으로 도약하기에 충분할까요?
엔비디아의 젠슨 황(Jensen Huang)은 GTC에서 열린 질의응답(Q&A) 세션에서, 게이트-올-어라운드(GAA) 트랜지스터에 기반한 차세대 공정 기술이 자사 프로세서에 약 20%의 성능 향상을 가져올 것으로 전망한다고 밝혔습니다. 다만, 그는 엔비디아 GPU의 가장 큰 성능 향상은 공정 기술 자체보다는 자사의 아키텍처 혁신과 소프트웨어 혁신에서 비롯된다고 강조했습니다.
황은 2년 후인 2028년에 출시될 것으로 예상되는 페인만(Feynman)과 같은 차세대 엔비디아 GPU 아키텍처에 대한 질문을 받으면서, 만약 엔비디아가 GAA 트랜지스터 기반의 공정 기술로 전환한다면 20%의 성능 증가가 기대된다고 언급했습니다. 자레드 월튼(Jarred Walton)에 따르면, 황은 공정 노드 변화의 중요성을 일부 낮추는 듯한 인상을 주었으며, 무어의 법칙 둔화 추세로 인해 앞으로의 완전히 새로운 공정 기술이 제공할 수 있는 개선은 밀도, 전력, 효율성 측면에서 모두 약 20% 수준에 머물 것으로 강조했습니다. 이 답변은 엔비디아가 특히 삼성 파운드리(Samsung Foundry)를 채택할 가능성에 대한 분석가의 질문에 대한 응답이었기에, 엔비디아의 구체적인 노드 채택 계획을 확정적으로 밝힌 것은 아니었습니다.
황은 선단 공정 기술을 통한 성능 향상은 환영하지만, 더 이상 '변혁적'인 수준은 아니라고 언급하며 "그렇게 할 것(We'll take it)"이라고 답했지만, 다른 요인들이 더 중요함을 시사했습니다. 그는 AI 시스템이 규모를 확장함에 따라, 개별 프로세서의 절대 성능보다는 방대한 프로세서 자원을 효율적으로 관리하는 능력이 더욱 중요해지고 있다고 지적했습니다. 젠슨 황은 데이터 센터들이 성능 대 와트(performance per watt)에 점점 더 초점을 맞추고 있으며, 이는 '우리가 물리학적 한계에 도달했다'는 의미는 아니라고 덧붙였습니다.
모든 선단 노드에서 TSMC의 핵심 고객사인 애플(Apple)와 달리, 엔비디아는 일반적으로 TSMC의 최신 공정 기술을 가장 먼저 채택하는 회사가 아닙니다. 대신 엔비디아는 검증된 기술을 사용합니다. 엔비디아는 클라이언트 PC 및 데이터 센터용 Ada Lovelace, Hopper, Blackwell GPU를 생산하기 위해 TSMC의 4nm급 공정 기술의 맞춤형 버전인 4N과 4NP를 활용해 왔습니다. TSMC의 4nm급 생산 노드는 회사 자체의 5nm급 공정 개발 키트에 속하며, 본질적으로 해당 파운드리 공정의 5nm 기술을 다듬은 형태입니다.
AI를 위한 차세대 엔비디아 GPU(코드명 루빈, 맞춤형 베라 CPU 탑재)는 내년에 출시될 예정이며, TSMC의 3nm급 제조 공정(아마도 N3P 또는 이와 유사한 맞춤형 버전)을 사용할 것으로 전망됩니다. 이러한 흐름을 고려할 때, 2028년 예정된 페인만 아키텍처에 엔비디아가 GAA 기반 공정 기술을 채택할 것이라는 예측은 합리적입니다. TSMC 자체는 최초의 GAA 기반 공정 기술인 N2가 3nm급의 두 번째 세대 공정 기술인 N3E(N3P에 선행) 대비 성능을 10%에서 15% 향상시킬 것으로 예상합니다. 다만, 황이 언급한 20%라는 수치는 TSMC의 N2나 삼성의 대안, 심지어 인텔의 18A와 같은 특정 기술을 지칭하기보다는, 단순히 전반적인 성능 향상 기대치를 제시한 것으로 해석됩니다.
주목할 점은 엔비디아가 1세대 공정 기술을 사용한 전례가 적다는 점입니다. 따라서 페인만 GPU가 TSMC를 계속 사용할 경우, 성능 향상 및 저항 감소, 전력 공급 안정화를 개선한 N2P를 채택하거나, 혹은 백사이드 전력 공급을 추가하고 N2 대비 8~10% 성능 향상을 제시하는 A16을 채택할 가능성이 있습니다. N2P와 A16 모두 2027년 양산(ramp)이 예상됩니다. 만약 엔비디아가 2028년 제품에 N2P 또는 A16을 채택한다면, N3P 기반의 루빈 GPU 대비 페인만 GPU가 N2P 또는 A16에서 전력당 성능 측면에서 20%의 개선을 가져올 것이라는 예측이 타당합니다. 다만 현재 AI 컴퓨팅 수요가 폭발적이기 때문에, 엔비디아는 최대 효율보다는 최대 성능을 추구하는 경향이 있어 이보다 더 큰 수치를 목표로 할 수도 있습니다.
엔비디아는 현재 프로세서 개발 분야의 선두 주자 중 하나이지만, 젠슨 황은 여러 차례에 걸쳐 회사가 단순히 반도체 기업에 머무르지 않는다고 강조했습니다. 그는 엔비디아를 대규모 AI 인프라 제공업체로 정의했으며, 컴퓨터 그래픽, 로보틱스, 계산 리소그래피(computational lithography) 등 특정 분야의 알고리즘 개발을 선도하는 기업이라고 강조했습니다. 엔비디아는 최종적으로 스스로의 기술을 통해 하드웨어 시장을 넘어 소프트웨어와 솔루션 시장을 주도하는 기업이라는 비전을 제시하고 있습니다.