피지컬 AI 시대, ‘온디바이스 AI 반도체’에 의한 AI 지형도 변화
주요 AI 반도체 업체의 플랫폼 전략처럼 AI 반도체 생태계 구조화에 대한 지원 필요

정보통신정책연구원(KISDI·원장 이상규)은 최근 발간한 ‘AI Outlook 제21호’에서 피지컬 AI(Physical AI) 시대에 대응하기 위한 온디바이스 AI(On-device AI) 반도체의 중요성과 국내외 기술·시장·정책 동향을 심층 분석하고, 향후 경쟁력 강화를 위한 전략적 방향을 제시했다.

해당 보고서는 피지컬 AI 및 온디바이스 AI의 개념, 이를 지원하는 온디바이스 AI 반도체 시장 전망, 수요처 디바이스(Device) 별 맞춤형·최적화에 대한 국내외 반도체 관련 기업전략 등에 대해 분석했다. 이러한 분석을 바탕으로 온디바이스 AI 반도체 지원 정책 현황을 살펴보고 향후 국가경쟁력 강화 방향과 시사점을 제언했다.

최근 AI 기술은 클라우드(Cloud) 기반의 생성형 AI(Generative AI)에서 한 단계 더 나아가, 현실 공간에서 자율적으로 인식하고 행동하는 피지컬 AI로 진화하고 있다. 피지컬 AI는 단순한 인지에서 벗어나, 인간과 유사한 방식으로 환경을 이해하고 상호작용할 수 있는 기술이다.

이러한 피지컬 AI는 다양한 수요처 서비스에 특화된 형태로 경량화된 소형 AI 모델을 활용하는 엣지 AI(Edge AI) 및 온디바이스 AI 방식으로 구현된다. 이를 통해 대형 AI 모델 중심의 클라우드 AI(Cloud AI) 방식으로 운영되는 생성형 AI가 가지는 구축 비용, 에너지 소모, 처리 지연, 개인정보 보안 문제 등의 한계점이 개선되고 있다.

특히 피지컬 AI를 현실 세계의 자율기계 및 다양한 디바이스에 적용해, 이를 구현 및 지원하기 위해서는 낮은 전력 소모에 효율적으로 활용되는 온디바이스 AI 반도체가 필수적이다. 이를 위해서 피지컬 AI를 지원하는 온디바이스 AI 반도체가 수요처에 따라 맞춤형으로 개발되고, 맞춤형으로 개발된 온디바이스 AI 반도체를 효율적․효과적으로 활용할 수 있도록 최적화를 지원하는 기술 계층(Full Stacks)도 함께 제공된다.

이처럼 피지컬 AI의 현실화가 진전됨에 따라 향후 온디바이스 AI 반도체가 전체 AI 반도체 시장 성장을 견인할 것으로 전망된다. Omdia에 따르면, 온디바이스 AI 반도체 시장은 2026년부터 클라우드 및 데이터센터용 AI 반도체 시장 증가율을 추월하여 2029년까지 연평균 12.6%씩 성장할 것으로 기대되는 반면, 클라우드 및 데이터센터용 AI 반도체 시장은 성장 둔화 및 포화가 우려된다. 아울러 온디바이스 AI 반도체 채택률이 높은 스마트폰과 PC·태블릿 분야를 제외한 다양한 영역(자동차·로봇·보안 카메라 등)에서 AI 반도체 침투율이 낮은 상황이어서 향후 지속적인 성장이 기대된다.

현재 NVIDIA, Qualcomm 등 글로벌 AI 반도체 기업들은 온디바이스 AI 반도체의 하드웨어뿐 아니라, 소프트웨어·서비스 계층까지 아우르는 플랫폼 전략을 전개하고 있다. 또한 국내에서도 넥스트칩(차량용 AI SoC), 딥엑스(NPU 기반 엣지 AI), 모빌린트(드론·로봇용 ASIC) 등 중소·벤처기업들이 독자적 온디바이스 AI 반도체 및 지원 소프트웨어 솔루션을 개발하며 새로운 시장 기회에 도전하고 있다.

김민식 부연구위원은 “피지컬 AI 확산에 대응하는 국내 AI 반도체 지원 정책은 ‘AI-반도체 이니셔티브 전략 계획’을 중심으로 부처별 정책이 상호 배타적이면서 구조화를 이루고 있다. 과기정통부는 데이터 센터용 AI 반도체 개발을 지원하는 ‘K-클라우드 사업 및 AI 반도체 실증사업’을, 산자부는 온디바이스 AI 반도체 개발을 지원하는 ‘K-온디바이스 AI 반도체 기술개발 사업’을, 중기부는 AI 반도체를 개발하는 팹리스 중심으로 지원하는 ‘초격차 스타트업 1000+ 프로젝트’를 수행하고 있다”라고 밝혔다.

최근 Nvidia, Qualcomm, AMD, Intel 등 주요 AI 반도체 기업들은 각자의 강점을 활용한 전략으로 시장 변화에 대응하고 있다고 보고서는 분석했다. 특히 AI 반도체의 강자인 Nvidia와 Qualcomm의 경우, 온디바이스 AI 반도체 시장의 경쟁력을 확보 및 유지하기 위하여 지원 기술 계층·AI 반도체·AI 모델·애플리케이션 개발 등을 플랫폼 방식으로 제공하고 있다.

김 부연구위원은 “글로벌 AI 반도체 업체의 플랫폼 전략처럼, 향후 피지컬 AI에 대응한 온디바이스 AI 반도체 경쟁력을 강화하기 위한 국가 지원 방향이 필요하다. AI 반도체 생태계 구조화를 위한 ▲온디바이스 AI 반도체 수평적 가치사슬 영역별 참여 기업의 경쟁력 부족 부문에 세밀한 지원과 협력 네트워크 구축 ▲온디바이스 AI 반도체의 다품종·소량 생산에 따른 수요처별 지원 강화 ▲온디바이스 AI 반도체의 활용에 필수적인 다양한 기술 계층에 대한 지원 확대 ▲관계 부처 합동으로 만들어진 최상위 국가 AI 전략 아래 AI 반도체 지원 정책의 지속적인 업데이트·모니터링 거버넌스 구축 등이 중요하다”라고 강조했다.