[서울=뉴스핌] 양태훈 기자 = 2025년 11월 코스피가 사상 처음으로 4200선을 돌파했다. '인공지능(AI) 훈풍'을 타고 삼성전자는 '11만전자', SK하이닉스는 '62만닉스'라는 새로운 이정표를 세웠다. 과거 '닷컴 버블' 사태처럼 과도하게 부풀려져 있다는 평가를 받았던 'AI'가 실제로 산업을 움직이며 시장의 구조를 바꾸는 동력으로 작동하고 있다는 증거다.

5일 한국거래소에 따르면 지난 3일 코스피 지수는 4200선을 돌파해 역사상 최고치를 경신했다. 'APEC 정상회의'에 앞서 열린 '한·미 정상회담'에서 발표된 관세 협상 관련 호재와 함께 국내 대표 기업인 삼성전자·SK그룹·현대차그룹과 엔비디아의 전방위 AI 협력 기대감이 투자자들의 기대 심리에 영향을 미친 결과로 해석된다.

이재명 정부가 'AI 3대 강국' 도약을 최우선 목표로 내걸고 엔비디아·오픈AI·아마존 등 글로벌 빅테크 기업과 협력해 AI 인프라 구축과 소버린 AI 개발, AI 생태계 조성 등에 박차를 가하면서 AI가 한국 산업 구조 전환을 이끌고 있다는 분석도 나온다. 특히 우리나라는 엔비디아로부터 26만 장에 이르는 최신형 그래픽처리장치(GPU)를 우선적으로 공급받게 되면서 세계적인 'AI 컴퓨팅 허브'로 주목받게 됐다.

사진은 지난 3일 서울 중구 하나은행 딜링룸 모습. 이날 코스피는 전 거래일보다 114.37p(2.78%) 오른 4,221.87에 코스닥 지수는 전 거래일보다 14.13p(1.57%) 오른 914.55에 거래를 마감했다. [사진=뉴스핌DB]

엔비디아가 우리나라에 우선 공급을 약속한 블랙웰(Blackwell) 아키텍처 기반 GPU는 고성능 컴퓨팅 및 AI 워크로드를 위해 제작된 가속기용 GPU로, 오픈AI의 '챗GPT'·앤트로픽의 '클로드'·구글의 '제미나이'·네이버의 '하이퍼클로바 X' 등과 같은 대규모 언어 모델을 기반으로 하는 생성형 AI 서비스를 학습·추론하는 데 필수적이다. 최근 생성형 AI 서비스가 거의 모든 산업군에 도입이 확대되면서 산업의 밸류체인과 기업 내부 구조 자체가 재편되는 '산업의 대전환'이 일어나고 있는 가운데, 우리나라 산업 생태계가 거대한 변곡점을 맞은 셈이다.

◆ '제조·물류·의료'까지…AI가 바꾸는 산업 현장

AI는 단순히 생산 효율성을 높이는 작업 보조 도구의 수준을 넘어 공장(제조)과 물류창고(유통), 병원(헬스케어)과 발전소(에너지) 등 사회 인프라에도 접목돼 이미 구조적 변화를 만들고 있다.

예컨대 제조 현장에서는 초음파 센서 기반의 AI 예지보전 솔루션이 설비 고장을 사전에 예측해 생산 라인의 중단을 최소화하고, 물류 산업에서는 휴머노이드 로봇이 포장·분류·적재 등 공정을 자동화하며 노동 구조와 물류 프로세스를 재편하고 있다.

의료 부문에서는 한국어 특화 의료 대규모언어모델(LLM)이 진단·기록·보험 청구를 통합 지원하며 의료 행정 체계의 디지털화를 가속하고, 제약 산업에서는 AI가 신약 후보 물질을 탐색해 연구개발 프로세스를 단축하고 있다. 발전소 등 에너지 산업에서도 AI 기반 설비 진단 시스템이 적용되고 있다. 이 시스템은 고장을 사전에 예측·관리하며 에너지 효율 중심의 운영 구조로 전환을 이끌고 있다.

이처럼 AI가 각 산업의 '프로세스 단위 혁신'을 넘어 운영 체계와 의사결정 구조를 바꾸는 구조적 전환의 촉매로 작동하고 있는 가운데, AI를 통한 산업 구조 변화의 핵심으로 'AI 데이터센터(AI Data Center, AI DC)'가 주목받고 있다.

사진은 네이버의 하이퍼스케일 데이터센터 '각 세종' 전경. [사진=네이버]

AI 데이터센터는 기존 데이터 센터가 데이터 저장과 트래픽 처리를 중심으로 조성된 것과 달리 대규모 AI 연산 및 모델 학습·추론 서비스를 위한 인프라다. AI 학습 최적화에 맞춘 GPU 클러스터·초고속 네트워크·냉각 시스템·전력 인프라 등이 설계돼 있어 단순한 서버실이 아닌 AI 모델 학습과 추론이 이뤄지는 'AI 시대의 제철소'의 역할을 맡고 있다.

우리 정부는 AI 모델 학습·서비스를 위한 대형 컴퓨팅 인프라 허브 조성을 목표로 국가 AI 컴퓨팅 센터를 건설하고 있다. 내년 국가 AI 컴퓨팅 센터 구축을 포함해 2030년까지 GPU 5만 장 이상을 확보해 기존의 분산된 AI 인프라를 통합하고, 대학·연구기관·스타트업·공공기관이 공동으로 활용할 수 있도록 개방형 플랫폼을 운영하겠다는 게 정부의 계획이다. 정부는 민간 GPU 자원을 연동해 국내 AI 기업이 자체 GPU를 구매하지 않아도 일정 연산력을 임대하거나 클라우드처럼 사용할 수 있도록 해 제조·의료·에너지 등 산업별 AI 프로젝트를 국가 단위에서 지원하는 'AI 산업 가속 허브'로 운영하려는 목표를 가지고 있다.

민간 투자 역시 정부 정책과 호흡을 맞춰 활발히 이어지고 있다. 대표적으로 아마존은 2031년까지 약 50억 달러 이상을 투입해 인천·경기·울산 일대에 3개 이상의 하이퍼스케일 AI 데이터센터를 신설하기로 했다.

SK에코플랜트가 시공 중인 'SK AI DC' 울산 현장에서 기초공사가 진행중인 모습. [사진=SK에코플랜트]

특히 SK그룹은 아마존과 협력해 7조 원을 투자해 울산에 2027년 완공을 목표로 하이퍼스케일급 AI 데이터센터를 건립 중이다. 이 사업에는 SK텔레콤·SK브로드밴드·SK에코플랜트·SK가스 등 계열사들이 참여하며, 해당 데이터센터는 단순 서버 설치 시설이 아니라 GPU 초고집적 랙 설계·공랭·수랭 하이브리드 냉각 시스템·에너지·전력 공급 인프라까지 포함된 AI 전용 인프라로 설계됐다.

SK텔레콤은 '울산 데이터센터'를 거점으로 AI 인프라 확장에 박차를 가한다는 계획이다. 구체적으로 서남권에 AI DC를 추가 건립해 국내 거점을 강화한 뒤 베트남·말레이시아·싱가포르 등 세계 시장으로 진출할 계획이다. SK그룹은 지난 10월 오픈AI와 업무협약을 체결하며 서남권 지역에 AI DC 설립 추진을 위한 전략적 파트너십을 구축했다.

정재헌 SK텔레콤 대표는 "AI 서비스가 늘어남에 따라 통신사가 확보해 온 네트워크 인프라가 재조명받고 있다"며 "전국에 연결된 통신 인프라를 활용해 AI DC와 온디바이스 AI 사이의 간극을 메꿀 수 있는 에지 AI와 AI가 적용된 지능형 통신망 기술, 즉 AI-RAN은 통신사만이 할 수 있는 영역"이라고 자신감을 드러냈다.

◆ 전력·냉각·통신…AI 인프라를 떠받치는 숨은 전쟁

AI 인프라 확장은 데이터센터만으로 충분하지 않다. 전력망 안정화·냉각 시스템 고도화·부지 개발·네트워크 백본 확충 등 실질적인 인프라 투자와 기술이 동시에 요구된다. 예를 들어 AI 서버 한 대가 소비하는 전력은 일반 서버의 3~5배에 달한다. 수천 대의 GPU가 동시에 구동되는 AI 데이터센터가 늘어나면 이를 뒷받침할 전력망 안정화와 에너지 효율 기술이 필수적이다. 이에 국내 기업 중에서는 한전KDN과 현대일렉트릭은 각각 AI 센터 전용 배전반과 변압기 고효율화 기술을, LS일렉트릭은 전력 피크를 자동 제어하는 AI 전력관리 시스템을 개발 중이다.

냉각 시스템도 새로운 산업으로 주목받고 있다. LG전자는 데이터센터용 액체냉각 솔루션을 개발해 올해 4월 미국 'DCW 2025'에 공개했으며, 최근에는 글로벌 기업 플렉스와 모듈형 냉각 솔루션 공동 개발을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다. GS칼텍스는 지난달 직접액체냉각유체 'Kixx DLC Fluid PG25'를 출시하고 삼성SDS와 LG유플러스 데이터센터에 실증을 진행 중이다.

LG전자가 보유한 냉각 솔루션과 친환경 열회수 시스템, 고효율 직류(DC) 전력 솔루션 등을 활용해 가상으로 구축한 AI 데이터센터 모습. LG전자는 칠러, 액체냉각 솔루션 등을 앞세워 AI 데이터센터에서 사업기회 확보를 추진한다. [사진=LG전자]

부지와 네트워크도 새롭게 재편되고 있다. AI 데이터센터는 일반 IDC보다 면적당 전력 밀도가 3배 이상 높고 100MW 이상급 전력을 상시 공급받아야 한다. 이에 따라 수도권뿐만 아니라 울산·해남 등 비수도권 지역까지 전력·토지·통신망이 결합된 신형 산업 클러스터가 형성되고 있다. SK에코플랜트·포스코이앤씨·현대건설 등은 AI 전용 캠퍼스형 데이터센터 설계 사업을 확대하고 있으며, 건설업이 IT 인프라 산업으로 진화하는 흐름을 보이고 있다.

AI 서비스는 결국 전력·냉각·건설·통신이 맞물린 종합 인프라 산업 위에서 작동한다. AI 산업의 경쟁력은 모델의 크기나 알고리즘이 아니라 그 모델을 돌릴 수 있는 물리적 인프라의 체력으로 결정되는 시대가 열리고 있다.

시장조사업체 스태티스타(Statista)에 따르면 글로벌 데이터센터 시장규모는 2023년 3728억 달러에서 2029년 6241억 달러로 확대될 전망으로, 국제에너지기구(IEA)는 2026년 데이터센터·AI·가상화폐 전력 소비가 2022년 대비 두 배 이상 증가할 것으로 예측했다.

한국무역협회에 따르면 지난해 12월 기준 글로벌 데이터센터 투자액은 2539억 달러로, 2022년 이후 연평균 169.4%의 급격한 성장세를 기록했다. 국가별로는 미국이 투자 금액 및 투자 유치 실적에서 가장 앞서고 있으며, 빅테크 기업 중심의 대규모 인프라 투자와 안정적인 에너지 공급 정책을 확대하고 있다.

반면 우리나라의 경우 투자 부진과 수도권 과밀화, 낮은 국산 장비 활용률, 전력 효율성 부족 등으로 글로벌 경쟁력이 뒤처지는 상황이다. 최근 5년간 우리 기업의 해외 데이터센터 투자액은 4억 달러로 미국의 0.1%에 불과하고, 국내 유치 실적도 미국의 6.8% 수준에 머물렀다. 수도권에 데이터센터의 73%가 집중돼 전력 과부하가 심각한 반면, 비수도권은 통신망·운영 인력 부족으로 유치가 쉽지 않은 실정이다. 또한 국내 데이터센터의 평균 전력사용효율지수(PUE)는 1.76으로 글로벌 평균(1.55)보다 낮은 에너지 효율을 보이며, 서버·스토리지의 국산 장비 활용률도 각각 11.1%·6.7%에 불과해 수출 산업화를 위한 자립 기반이 취약한 상황이다.

◆ 정부·민간 총력전…"AI 고속도로 구축해야"

정부는 내년도 AI 관련 예산을 대폭 늘리며 AI 대전환 시대에 본격적인 대응에 나섰다. 내년도 예산 728조 원 중 AI 관련 예산을 전년 대비 3배 이상 늘어난 10조 1000억 원으로 편성하고, 피지컬 AI 지역거점 조성 및 고성능 GPU 조기 확보·AI 인재 양성 및 인프라 구축 사업에 역량을 집중하기로 했다. 정부는 연구개발 예산 역시 역대 최대폭으로 올렸다. 내년 R&D 예산은 올해보다 19.3% 늘어난 35조 3000억 원으로, 첨단산업 분야별 핵심 기술개발·민간 수요 기반 기술사업화·첨단인력 확보 등에 투입될 예정이다.

오픈AI는 우리 정부의 이 같은 AI 전략에 대해 앞서 발간한 '한국 경제 블루프린트' 보고서를 통해 '이중 트랙 전략(dual-track strategy)'으로 규정했다. '소버린 AI' 생태계 구축과 글로벌 AI 기업(OpenAI·MS·엔비디아 등)과의 협력을 병행하는 체계로, AI 기술·데이터 거버넌스·서비스 운영 역량을 동시에 강화하고 있다고 본 것이다. 또한 보고서에서는 이를 통해 한국이 장기적으로 'AI 국가 패키지(AI Nation Package)'를 수출하는 산업 모델로 발전할 가능성을 제시했다.

실제로 AI 확산에 따라 산업 현장은 'AI-인간 협업' 구조로 재편되고 있다. 마이크로소프트의 '2025 업무 동향 지표'에 따르면 전 세계 리더의 78%가 AI 특화 역할 채용을 고려 중이며, 46%는 에이전트를 통해 업무를 완전히 자동화하고 있다. 단순 기술 적용 단계를 넘어 인간과 AI가 협력하는 조직 구조 전환이 산업 경쟁력의 핵심으로 자리 잡고 있는 것이다.

사진은 지난 4일 열린 서울 여의도 국회 본회의에서 이재명 대통령이 2026년도 예산안 및 기금운용계획안에 대한 정부의 시정연설을 하고 있다. [사진=뉴스핌DB]

이에 산업연구원은 디지털 전환 활성화를 위해 정부가 중소기업 혁신 역량 강화 지원·디지털 전환 기반 확충·데이터 공유·활용 플랫폼 강화 등 여건 조성에 주력해야 한다고 제시했다. 구체적으로 디지털 전환 시대 정부가 직접 개입보다는 민간 기업의 기술 실험과 상용화를 지원하는 여건 조성자 역할에 집중, 중소기업 혁신 역량 강화 및 데이터 공유·활용 플랫폼 구축·산업별 맞춤형 전략 등을 통해 민간이 자유롭게 디지털 전환을 추진할 수 있는 생태계 조성이 필요하다고 제언했다.

한편 이재명 대통령은 지난 4일 국회 시정연설에서 "산업화시대에는 하루가 늦으면 한 달이 뒤처지고 정보화시대에는 하루가 늦으면 1년이 뒤처진다"며 "하지만 AI시대에는 하루가 늦으면 한 세대가 뒤처지게 된다. 출발이 늦은 만큼 지금부터라도 부단히 속도를 높여 선발주자들을 따라잡아야 한국에도 기회가 생길 것"이라고 강조했다.

또 "박정희 대통령이 산업화의 고속도로를 깔고 김대중 대통령이 정보화의 고속도로를 낸 것처럼, 이제는 인공지능시대의 고속도로를 구축해서 도약과 성장의 미래를 열어야 한다"며 "정부가 마련한 2026년 예산안은 바로 인공지능시대를 여는 대한민국의 첫 번째 예산이다. 국민 누구나 인공지능을 주도적으로 활용할 수 있도록 지원하겠다"고 덧붙였다.

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