최근 글로벌 AI 반도체 시장은 엔비디아(NVIDIA)가 사실상 독점하고 있으며, 전력 소모와 비용 문제로 대체 기술에 대한 수요가 커지고 있다. 2026년 현재 글로벌 AI 반도체 시장은 여전히 엔비디아가 80% 이상의 점유율로 압도하는 가운데 AMD가 15~20%, 인텔이 5% 내외로 ‘삼파전’ 구도로 재편되고 있다. 엔비디아는 GPU 시장에서 약 80% 이상을 차지하고 있으며, AMD는 15~20% 수준, 인텔은 아직 한 자릿수 점유율이지만 성장세가 뚜렷하다.

우리나라는 정부 주도로 ‘K-AI칩’ 프로젝트를 추진하고 있다. 우리 정부의 ‘K-AI칩’ 프로젝트에는 국내 주요 ICT 대기업과 AI 스타트업이 참여했으며, 최종적으로 △LG AI연구원 △네이버클라우드 △SK텔레콤 △업스테이지 △NC AI 등 5개 기업이 선정됐다. 또 국내 AI 반도체 스타트업이 글로벌 시장에서 칩 성능 검증을 위한 실전 테스트를 시작, ‘딥엑스’가 온디바이스 AI NPU를, ‘리벨리온’이 데이터센터 AI 칩을 중심으로 검증 테스트에 들어갔다.

◇딥엑스·리벨리온, 글로벌 무대서 칩 성능 검증 돌입

AI 데이터센터와 초거대 AI 모델 학습에 필요한 GPU 시장에서 엔비디아의 점유율은 90%를 넘는다. 하지만 전력 소모와 비용 부담, 공급망 불안이라는 구조적 한계가 드러나면서 새로운 대안에 대한 수요가 커지고 있다. 특히 전력 대비 성능, 즉 ‘전성비’가 차세대 AI 반도체 경쟁의 핵심 지표로 부상했다.

이러한 흐름 속에서 한국 정부는 ‘K-AI칩’ 프로젝트를 추진하며 국내 ICT 대기업과 스타트업을 지원하고 있다. LG AI연구원, 네이버클라우드, SK텔레콤, 업스테이지, NC AI 등 5개 기업이 최종 선정돼 초거대 AI 모델 개발에 나섰다. 이는 소프트웨어·모델 중심의 전략으로, 엔비디아 의존도를 줄이고 한국어 기반 AI 경쟁력을 확보하는 데 목적이 있다.

한편, 국내 AI 반도체 스타트업들은 글로벌 시장에서 칩 성능 검증을 위한 실전 테스트에 돌입했다. 대표적으로 ‘딥엑스(DEEPX)’와 ‘리벨리온(Rebellions)’이 주목받는다.

딥엑스는 온디바이스 AI에 특화된 저전력 NPU를 개발해 왔다. 스마트폰, 로봇, 모빌리티 등 다양한 기기에 적용 가능한 이 칩은 별도의 냉각 장치 없이도 고성능 연산을 수행할 수 있다는 점에서 경쟁력이 있다. 이 칩은 현대자동차 로보틱스랩, 중국 바이두 등 글로벌 기업과 협력하며 상용화 가능성을 높이고 있다. 딥엑스는 국가 프로젝트 탈락이라는 난관을 겪었지만, 실제 시장에서 빠르게 적용될 수 있는 분야라는 점에서 기대가 큰 것으로 알려졌다.

리벨리온은 데이터센터 AI 반도체에 집중하고 있다. 회사는 사피온과의 합병을 통해 대규모 연산 최적화 역량을 확보했으며, 대규모 언어모델(LLM) 추론에 최적화된 아키텍처를 내세워 엔비디아 GPU 대체 가능성을 모색한다. 회사는 글로벌 고객사 확보 여부가 성패를 좌우할 전망이다. 리벨리온은 Arm, 삼성벤처투자, 페가트론 등 글로벌 전략 투자자를 유치하며 기술력과 성장성을 인정받았다. 또 Kindred Ventures, Top Tier Capital Partners 등 미국 주요 VC(벤처캐피탈)가 참여해 해외 시장 진출 가능성을 높였다. 이제 회사는 실제 서비스 환경에서 성능을 입증하고 대규모 계약을 따내는 것이 가장 큰 과제다.

정부와 산업계의 지원도 뒷받침되고 있다. 한국 정부는 9조9000억원 규모의 예산을 투입해 ‘K-AI칩’ 전략을 추진 중이다. GPU 공동 구매, 데이터 인프라 제공, 해외 인재 유치 등 다양한 정책적 지원이 이어지고 있으며, 이는 국내 반도체 생태계와 글로벌 경쟁력 확보를 위한 중요한 기반이 되고 있다.

결국 ‘K-AI칩’ 프로젝트와 딥엑스·리벨리온의 실전 평가는 서로 다른 축에서 진행되지만, 상호 보완적이다. 전자는 AI 모델과 서비스 경쟁력 확보를, 후자는 하드웨어와 반도체 기술 경쟁력을 겨냥한다. 두 축이 결합될 경우 한국은 AI 모델과 AI 반도체를 동시에 확보하는 드문 국가로 자리매김할 수 있다.

한국 반도체 산업은 지금 중요한 기로에 서 있다. 엔비디아 중심의 글로벌 시장에 균열을 낼 수 있을지, 그리고 ‘K-AI칩’이라는 이름으로 새로운 판을 짤 수 있을지는 앞으로 몇 년간의 실전 검증에 달려 있다.

◇K-AI칩 프로젝트와 스타트업 도전, 산업의 분수령

국내 AI 반도체 스타트업 중 대표적으로 딥엑스와 리벨리온이 글로벌 시장에서 칩 성능 검증을 위한 실전 테스트에 돌입했다는 사실은 단순한 기술 검증을 넘어선다. 이는 한국이 AI 반도체 주권을 확보할 수 있는 분수령이자, 엔비디아 중심의 글로벌 시장 구조에 도전장을 내미는 중요한 시도다.

두 기업이 성공적으로 성능을 입증하고 상용화에 성공한다면, 엔비디아가 독점해온 AI 반도체 시장에 균열을 내고 한국 반도체 산업의 새로운 성장 동력이 될 수 있다. 이는 단순히 기업의 성과를 넘어 국가 산업 경쟁력과 직결되는 문제다.

글로벌 시장에서 칩 성능 입증에 성공한 뒤의 과제도 분명하다. 상용화 검증을 통해 실제 서비스 환경에서 안정성과 효율성을 입증해야 하며, 글로벌 고객사 확보를 통해 시장 신뢰를 얻는 것이 필수다. 또 칩만으로는 경쟁력이 완성되지 않는 만큼 소프트웨어 생태계 강화와의 결합이 필요하다.

‘K-AI칩’ 프로젝트와 딥엑스·리벨리온의 실전 평가는 서로 다른 영역에서의 움직임이지만 ‘K-AI’ 성공을 위한 큰 틀에서는 상호 보완적이다. 전자는 AI 모델과 서비스 경쟁력 확보를, 후자는 하드웨어와 반도체 기술 경쟁력을 겨냥한다. 두 축이 결합되면 한국은 AI 모델과 AI 반도체를 동시에 확보하는 드문 국가로 자리매김할 수 있다. K-AI칩으로 한국 반도체가 세계 무대에서 새로운 판을 짤 수 있을지 주목되는 시점이다.