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[ 목차 ]
안녕하세요! 오늘은 AI 반도체 시장에서 새롭게 주목받고 있는 TPU(텐서처리장치)에 대해 자세히 알아보고, TPU 관련주와 구글 TPU 수혜주까지 상세하게 정리해드리겠습니다. 최근 구글의 제미나이 3.0 발표 이후 엔비디아 GPU의 대항마로 급부상하면서 투자자들의 관심이 뜨겁습니다.
1. TPU란 무엇인가? 기본 개념 완벽 이해
TPU(Tensor Processing Unit, 텐서 처리 장치)는 구글이 2016년 5월에 발표한 데이터 분석 및 딥러닝용 하드웨어입니다. 구글은 2015년부터 내부적으로 TPU를 사용하기 시작했으며, 2018년부터는 외부 고객을 위한 클라우드 서비스로도 제공하고 있습니다.
TPU의 가장 큰 특징은 벡터와 행렬 연산의 병렬처리에 특화되어 있다는 점입니다. 일반적인 CPU나 GPU가 다양한 작업을 처리하는 범용 프로세서인 반면, TPU는 AI 모델 학습과 추론이라는 특정 목적에만 집중하도록 설계된 맞춤형 반도체(ASIC)입니다.
| 구분 | CPU | GPU | TPU |
|---|---|---|---|
| 용도 | 범용 연산 | 병렬 연산 | AI 전용 연산 |
| 강점 | 다목적성 | 그래픽·AI 처리 | 텐서 연산 최적화 |
| 전력 효율 | 낮음 | 중간 | 매우 높음 |
| 가격 | 저렴 | 고가 | GPU 대비 절반 |
2. 구글 TPU 최신 세대 정보 (2024-2025)
구글은 지속적으로 TPU를 발전시켜 왔으며, 최근에는 두 가지 최신 세대가 주목받고 있습니다.
TPU v6e (트릴리움, Trillium) 2024년 5월에 발표된 6세대 TPU로, 이전 세대인 v5e보다 칩당 성능이 4.7배 향상되었습니다. HBM 용량과 대역폭이 2배로 증가했으며, 2024년 10월부터 미리보기 상태로 제공되고 있습니다.
TPU v7 (아이언우드, Ironwood) 2025년 4월 9일 Google Cloud Next '25에서 공식 발표된 7세대 TPU 로, 구글 역사상 가장 강력한 AI 가속기입니다. 특히 추론(inference) 워크로드에 최적화되어 설계된 최초의 TPU이며, 칩당 192GB HBM을 탑재해 이전 세대 대비 6배 증가한 메모리 용량을 자랑합니다.
| 세대 | 출시 시기 | 주요 특징 | HBM 용량 |
|---|---|---|---|
| TPU v5e | 2023년 | 비용 효율적 | - |
| TPU v6e (트릴리움) | 2024년 5월 | v5e 대비 4.7배 성능 향상 | 32GB |
| TPU v7 (아이언우드) | 2025년 4월 | 추론 최적화, FP8 지원 | 192GB (6배 증가) |
3. TPU vs GPU 왜 지금 주목받는가?
최근 TPU가 급부상하는 이유는 명확합니다. 엔비디아 GPU 대비 가격이 절반 수준이면서도 동일하거나 그 이상의 성능을 발휘 하기 때문입니다.
GPU 부족과 전력 비용 부담으로 어려움을 겪는 기업에게 구글의 차세대 TPU가 현실적인 대안으로 떠올랐습니다. 특히 전력 효율성이 뛰어나 데이터센터 운영 비용을 크게 절감할 수 있다는 장점이 있습니다.
빅테크 기업들이 '탈엔비디아' 전략의 일환으로 TPU에 주목하고 있으며, 메타는 2027년 자사 데이터센터에 구글 TPU 탑재를 검토 하고 있는 것으로 알려졌습니다.
4. TPU 시장 규모와 성장 전망
구글은 2023년 브로드컴으로부터 20억 4000만 달러, 2024년 62억 달러의 TPU를 공급받았으며, 2025년에는 약 98억 달러 규모로 증가할 것으로 예상됩니다. 이는 TPU 시장이 급속도로 성장하고 있음을 보여주는 명확한 지표입니다.
구글은 클라우드 및 엔터프라이즈 데이터센터 시장에서 엔비디아에 이어 두 번째로 큰 AI 칩 규모를 보유하게 됐으며, 시장 점유율은 약 5% 수준입니다. 엔비디아가 약 78%를 차지하는 것과 비교하면 아직 작은 수치이지만, 성장 속도가 매우 빠릅니다.
| 연도 | 브로드컴 TPU 공급액 | 증가율 |
|---|---|---|
| 2023년 | 20억 4000만 달러 | - |
| 2024년 | 62억 달러 | +204% |
| 2025년 (예상) | 98억 달러 | +58% |
5. TPU 핵심 공급망 브로드컴의 역할
구글의 TPU 칩의 실제 제조사는 브로드컴이며, 브로드컴 CEO 혹 탄은 메타 이사회 멤버이기도 합니다. 브로드컴은 구글뿐만 아니라 메타, 바이트댄스 등 여러 빅테크 기업과 맞춤형 AI 칩을 개발하고 있습니다.
구글이 TPU를 설계하지만, 실제 생산은 브로드컴이 담당하는 협력 구조입니다. 이러한 파트너십은 수년간 지속되어 왔으며, 최신 아이언우드 TPU 개발에서도 브로드컴의 역할이 핵심적입니다.
6. 국내 TPU 관련주 대표 종목
TPU 시장의 성장은 국내 반도체 생태계에도 큰 영향을 미치고 있습니다. 특히 메모리 반도체와 소부장(소재·부품·장비) 분야에서 수혜가 예상됩니다.
삼성전자 KB증권은 삼성전자를 구글 TPU의 최대 수혜주로 꼽았으며, 브로드컴에 메모리 공급 점유율 1위를 기록하고 있습니다. 특히 HBM3E와 차세대 HBM4에서 속도에 강점을 확보하고 있어 TPU 생태계 확장의 최대 수혜가 예상됩니다.
SK하이닉스 HBM3E를 SK하이닉스가 구글 TPU에 납품하고 있으며, 최신 7세대 아이언우드에서는 HBM 용량이 기존 32GB에서 192GB로 6배 확대되었습니다. HBM 시장 1위 기업으로서 TPU와 GPU 양쪽에서 수혜를 받을 전망입니다.
이수페타시스 구글을 고객사로 두고 있는 PCB(인쇄회로기판) 제조사로, TPU 100만개 출하 시 1000억원 이상의 신규 매출 발생 이 예상됩니다. 2024년 11월 25일 하루에만 12.47% 급등하며 시가총액 10조원을 돌파했습니다.
ISC 고성능 AI칩을 테스트하는 소켓 생산업체로, 엔비디아·구글·AMD의 시장 점유율 경쟁이 R&D와 양산에서 테스트 소켓 수요를 끌어올릴 것으로 기대됩니다.
리노공업 테스트 소켓 분야의 또 다른 주요 업체로, ISC와 함께 AI 가속기 테스트 수요 증가의 수혜를 받고 있습니다.
| 기업명 | 분야 | TPU 수혜 포인트 |
|---|---|---|
| 삼성전자 | 메모리 반도체 | 브로드컴 HBM 공급 1위, HBM4 선도 |
| SK하이닉스 | 메모리 반도체 | 구글 TPU HBM3E 주 공급사 |
| 이수페타시스 | PCB | 구글 주요 고객사, 기판 수요 증가 |
| ISC | 테스트 소켓 | AI칩 테스트 수요 급증 |
| 리노공업 | 테스트 소켓 | AI 가속기 R&D 소켓 수요 |
7. HBM 시장과 TPU의 상관관계
TPU에는 고대역폭메모리(HBM)가 핵심 부품으로 들어갑니다. TPU에는 6~8개의 HBM이 탑재되며, 최신 아이언우드의 경우 192GB HBM을 장착합니다.
SK하이닉스는 TPU 7세대에 HBM3E 8단을 우선 공급하고 있으며, 전력 효율을 높인 차세대 TPU 7e에는 HBM3E 12단을 독점 공급 할 것으로 알려졌습니다.
삼성전자도 브로드컴과의 협력을 통해 HBM 공급망에서 입지를 강화하고 있으며, 차세대 HBM4에서는 기술적 우위를 확보하려는 전략을 펼치고 있습니다.
8. 엔비디아 GPU와의 경쟁 구도
TPU는 딥러닝 학습과 추론 과정에서 반복되는 행렬(텐서) 연산을 위해 개발됐으며, 그래픽 처리나 범용 연산을 위한 불필요한 회로 등이 제거된 만큼 전력효율성이 높다는 특징이 있습니다.
엔비디아는 여전히 AI 칩 시장의 약 78%를 장악하고 있지만, 빅테크 기업들의 자체 칩 개발 움직임으로 인해 점유율 하락이 예상됩니다. AI 생태계 다변화로 엔비디아 GPU 구매 집중에 따른 빅테크의 과도한 자본지출 및 감가상각에서 불거진 AI 버블 우려가 완화될 것 으로 전망됩니다.
9. 투자자들이 주목해야 할 포인트
공급망 다변화 수혜 엔비디아 중심의 AI 칩 생태계가 구글 TPU, AMD, 자체 개발 칩 등으로 다변화되면서 메모리 반도체와 소부장 기업들에게는 오히려 기회가 확대되고 있습니다.
HBM 수요 증가 GPU와 TPU 모두 HBM을 필수적으로 사용하기 때문에, AI 칩 시장이 커질수록 HBM 수요는 계속 증가할 수밖에 없습니다. 특히 차세대 HBM4 시장에서 경쟁력을 확보한 기업이 장기적 승자가 될 것입니다.
브로드컴의 성장 TPU 제조를 담당하는 브로드컴은 구글뿐만 아니라 메타, 바이트댄스 등 여러 빅테크와 협력하고 있어, 브로드컴의 성장은 곧 국내 공급망 기업들의 수혜로 이어집니다.
10. TPU 투자 시 유의사항
TPU 관련주에 투자할 때는 몇 가지 유의사항을 고려해야 합니다.
단기 급등에 따른 변동성이 클 수 있으므로, 무리한 추격 매수보다는 조정 시 분할 매수 전략이 권장됩니다. 또한 엔비디아와의 경쟁에서 TPU가 얼마나 시장점유율을 확대할 수 있을지는 아직 지켜봐야 할 부분입니다.
메모리 반도체의 경우 삼성전자와 SK하이닉스의 기술 경쟁과 고객사 확보 현황을 지속적으로 모니터링해야 하며, 소부장 기업들은 실제 매출 증가로 이어지는 시점을 파악하는 것이 중요합니다.
TPU 출하량이 실제로 증가하고 있는지, 메타 등 대형 고객사의 도입이 확정되는지 등 구체적인 사업 진행 상황을 확인하면서 투자 판단을 해야 합니다.
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