ST, 엔비디아 800V AI 데이터센터 전력칩 풀라인업 대응

ST는 왜 엔비디아 800VDC 데이터센터 전력 시장을 정조준했나?

유럽 반도체 기업 ST마이크로일렉트로닉스가 엔비디아의 차세대 AI 데이터센터 전력 설계 표준인 800VDC(직류 800볼트) 시장에 적기 대응하겠다고 공식 선언했다. AI 학습·추론 수요 폭증으로 데이터센터 한 랙이 1MW(메가와트)를 넘보는 시대가 다가오면서, 기존 54V 직류 전원 방식의 변환 손실과 발열 문제를 해결할 차세대 전력 아키텍처에 SiC(탄화규소)·GaN(질화갈륨) 화합물 반도체가 핵심 부품으로 떠올랐다. ST는 800V→50V 솔루션에 이어 800V→12V·6V 두 가지 신규 제품군을 추가하며 풀라인업 체제를 갖췄다.

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데이터센터 전력 위기, 800VDC가 답이 될 수 있나?

히로시 노구치 ST 아시아태평양(중국 제외) 영업·마케팅 수석부사장은 지난 15일 서울 강남 코엑스 기자간담회에서 "800VDC 관련 제품은 시장이 필요할 때 적기에 대응할 수 있다"며 "SiC, GaN, 디지털 파워 설계·제조 기술을 모두 갖췄다"고 강조했다. 현재 데이터센터는 외부에서 들어온 수만 볼트 AC(교류)를 변전실에서 수백 볼트로 낮추고, 랙 PSU에서 다시 54V DC로, 그 뒤 12V로, 최종적으로 GPU가 사용하는 1V 미만까지 단계적으로 강하시킨다. 전압을 떨어뜨릴 때마다 손실이 발생하고, 손실은 곧 발열이라는 비용으로 돌아온다.

엔비디아 800VDC 아키텍처의 핵심은 변전실 출력단에서 800V를 직접 서버 랙까지 전달해 변환 단계를 대폭 줄이는 데 있다. 배선 단면적과 PSU 점유 공간을 동시에 절감할 수 있으며, 800V를 6V로 떨어뜨리는 DC-DC 컨버터에서 바로 SiC와 GaN이 활약한다.

STMicroelectronics announced it is preparing a full SiC and GaN portfolio for NVIDIA's 800VDC AI data center architecture, designed to slash conversion losses and heat by feeding 800-volt DC directly to server racks.

ST가 내세운 800V→6V 솔루션, 무엇이 다른가?

ST는 1,200V 이상을 지원하는 SiC 소자로 AC를 50V 수준까지 낮추는 기술을 보유하고 있다. 여기에 800V 환경에서 1MHz 고주파 스위칭이 가능한 GaN 시제품을 통해 98% 효율과 2,600W/in³의 전력 밀도를 달성했다고 밝혔다. 이는 단순한 효율 지표를 넘어, 같은 부피로 더 많은 전력을 처리할 수 있다는 의미여서 1MW 랙 시대의 핵심 조건을 충족시킨다.

GaN은 모듈 소형화에도 결정적이다. 48V를 한 번에 1V로 직접 강하시킬 수 있어 기존 실리콘(Si) 대비 변환 단계가 한 단계 줄어든다. SiC가 1,200V 이상의 고전압 구간에서 안정성을 책임지고, GaN이 800V 이하 구간에서 효율을 끌어올리는 역할 분담 구조다. ST는 패키지 단에서 맞춤 설계가 가능한 아날로그·혼성 신호 기술을 결합해 "GPU 인근에서 직접 6V 버스를 구현해 손실을 최소화했다"고 설명했다.

ST claims a 98% efficient, 2,600W/in³ GaN prototype operating at 800V/1MHz, complemented by 1,200V SiC stages — positioning the company across the entire 800VDC conversion chain from grid to GPU.

데이터센터 전력 수요, 얼마나 가파른가?

국제에너지기구(IEA) '에너지와 AI' 보고서에 따르면 2030년 전 세계 데이터센터 전력 소비량은 945TWh(테라와트시)로, 2024년 415TWh에서 두 배 이상 증가할 전망이다. 이는 일본 1년 전력 사용량을 살짝 웃도는 규모이며, 미국과 중국이 글로벌 증가분의 약 80%를 차지한다. 미국은 2030년까지 전체 전력 수요의 절반이 데이터센터에서 발생할 것으로 예측된다.

랙 단위 전력 밀도 변화도 극적이다. 전통적 서버 랙이 5~15kW를 소비했다면, 엔비디아 H100·블랙웰 GPU 기반 AI 랙은 60kW 이상, 최첨단 학습용 랙은 100kW를 넘는다. 엔비디아는 2027년 카이버(Kyber) 랙 스케일 시스템부터 800VDC 구조를 본격 도입한다고 밝혔다. 카이버는 576개의 루빈 울트라 GPU를 18개 컴퓨트 블레이드로 수직 배치하는 구조로, 1MW 랙 시대를 여는 첫 플랫폼이다. 엔비디아는 800VDC 전환으로 종단 효율 최대 5% 개선, 유지 비용 최대 70% 절감, 총소유비용(TCO) 최대 30% 감축이 가능하다고 설명한다.

IEA forecasts global data center electricity demand will double to 945TWh by 2030, with AI racks already pushing past 100kW. NVIDIA's 800VDC rollout via the 2027 Kyber/Rubin Ultra platform targets up to 5% efficiency gains and 30% TCO reduction.

800VDC 생태계, 누가 패권을 잡을까?

엔비디아가 공개한 800VDC 실리콘 파트너 명단에는 ST를 비롯해 아날로그디바이스, 인피니언, 온세미, 르네사스, 텍사스인스트루먼츠(TI), 파워인테그레이션스, 나비타스, ROHM 등 글로벌 전력 반도체 강자가 망라돼 있다. 코어위브, 람다, 네비우스, 오라클 클라우드 인프라, 투게더AI 같은 클라우드 사업자도 800V 데이터센터 설계를 준비 중이다. 사실상 차세대 AI 인프라 표준 경쟁이 시작된 셈이다.

ST 입장에서 800VDC 시장은 자동차용 SiC가 전기차 캐즘으로 둔화된 가운데 새로운 성장 축이 될 수 있다. 다만 SiC·GaN 모두 실리콘 대비 단가가 높은 만큼, 가격 하락 속도와 양산 신뢰성 확보가 관건이다. 한국 반도체 업계도 SK실트론(SiC 웨이퍼), DB하이텍(GaN 파운드리) 등이 공급망 일각을 차지하고 있어, 800VDC 본격화 시 수혜 가능성이 거론된다.

NVIDIA's 800VDC partner list spans ST, Infineon, onsemi, Renesas, TI and Power Integrations, signaling a standards race. SiC/GaN cost trajectory and yield will determine winners, with Korean players like SK Siltron and DB HiTek positioned in the upstream chain.

800VDC 표준 전환은 한국 반도체에 기회인가 위기인가?

ST의 이번 발표를 단순한 신제품 라인업 확장으로 읽으면 본질을 놓친다. 800VDC는 사실상 향후 5년간 글로벌 AI 데이터센터 전력 인프라의 사실상 표준(de facto standard)을 결정짓는 전환점이며, 엔비디아라는 단일 업체가 사양을 주도한다는 점에서 휴대폰 USB-C 통일에 비견될 만한 산업 표준 이벤트로 봐야 한다. 이미 인피니언, 온세미, 르네사스, TI 등 주요 전력 반도체 강자들이 줄줄이 합류한 상황은, 800VDC 비참여가 곧 차세대 AI 인프라 시장 배제로 이어질 수 있다는 위기감을 방증한다.

문제는 한국이다. 메모리·파운드리 영역에서는 삼성·SK하이닉스가 절대적 위상을 유지하지만, SiC·GaN 같은 화합물 전력 반도체에서는 글로벌 톱티어와의 격차가 크다. SK실트론이 SiC 웨이퍼에서 일정 지위를 갖고 있고 DB하이텍이 GaN 파운드리를 키우고 있지만, 칩 설계·디자인 IP·디지털 파워 제어 IC 영역으로 들어가면 ST·인피니언과 비교하기 어렵다. 정부의 K-반도체 전략이 메모리·시스템 반도체에 집중된 사이, 전력 반도체 생태계는 상대적으로 후순위로 밀려 있었다는 점을 다시 한번 되짚어볼 필요가 있다.

반면 기회 요인도 분명하다. 엔비디아 카이버 랙이 2027년부터 본격 출하되면, 그 핵심 부품인 HBM4·HBM4E는 SK하이닉스와 삼성전자가 절대 다수를 공급한다. 즉 한국 반도체는 메모리라는 거대한 진입 카드를 이미 쥐고 있는 셈이며, 이 레버리지를 활용해 800VDC 전력 부품 협력에서도 발언권을 확보할 여지가 있다. 1MW 랙 시대에는 전력·메모리·패키징·냉각이 모두 통합 설계 대상이라는 점에서, 메모리 강자가 전력 반도체 영역까지 시야를 넓힐 전략적 시점이 도래했다고 볼 수 있다.

NVIDIA's 800VDC push is shaping up to be a USB-C-like standardization moment for AI power infrastructure. Korea's strength in HBM gives leverage, but its underdeveloped SiC/GaN ecosystem could become a strategic vulnerability without targeted policy support.

자주 묻는 질문

Q. 800VDC가 기존 54VDC 대비 정확히 어떤 이점이 있나?

변환 단계를 줄여 변환 손실과 발열을 모두 낮춘다. 엔비디아는 종단 효율 최대 5% 개선, 구리 배선 사용량 감소, 유지비 70% 절감, TCO 30% 감축이 가능하다고 본다. 1MW 랙 구현의 필수 조건이기도 하다.

Q. SiC와 GaN은 어떻게 역할이 나뉘나?

SiC는 1,200V 이상 고전압·고온 환경에서 안정적이라 AC를 50V로 낮추는 1차 변환에 쓰인다. GaN은 800V 이하 영역과 고주파 스위칭에 강점을 보여 48V→1V 같은 최종 강하에 적합하다. 두 소자가 보완 관계다.

Q. ST의 800V→6V 솔루션은 언제 양산되나?

ST는 800V→50V 솔루션을 이미 보유하고 있으며, 800V→12V·6V 신규 제품군을 최근 추가 발표했다. 엔비디아가 2027년 카이버 랙 스케일 시스템부터 800VDC를 본격 도입할 계획이라 양산 시점은 그 시점에 맞춰질 전망이다.

Q. 국내 기업 중 800VDC 수혜주는?

SiC 웨이퍼 분야의 SK실트론, GaN 파운드리 역량을 키우는 DB하이텍, 전력반도체 패키징·후공정 업체들이 직접 수혜 후보다. 또 데이터센터 전력 인프라를 공급하는 LS일렉트릭·효성중공업 등도 간접 수혜 가능성이 있다.