- AI 산업 수익은 반도체·HBM·소부장에 집중… 의료 AI·자율주행은 여전히 투자 단계

- 국내 AI 관련 상장기업 80개사 매출 2년간 55.8% 증가

- 당기순이익 79.3% 급증… AI 산업, 고수익 산업으로 전환

- 반도체·소부장 업종이 전체 AI 산업 수익 창출 주도

- 의료 AI·자율주행·피지컬 AI는 시장 선점 위한 투자 국면 지속

국내 AI 산업이 생성형 AI 확산과 AI 인프라 투자 확대에 힘입어 빠른 성장세를 이어가고 있는 가운데, 실제 수익성과 현금흐름은 특정 업종에 집중되는 현상이 뚜렷하게 나타나고 있다.

AI 및 디지털 시장조사전문기관 날리지리서치그룹(KRG)이 코스피 및 코스닥에 상장된 AI 관련 기업 80개사를 대상으로 분석한 결과, 전체 매출은 2023년 245조 6,955억 원에서 2025년 382조 8,216억 원으로 증가해 2년간 약 55.8% 성장한 것으로 나타났다. 같은 기간 당기순이익은 46조 9,195억 원에서 81조 152억 원으로 급증하며 연평균 성장률(CAGR) 79.3%를 기록하였다.

특히 전체 매출 대비 순이익률은 2023년 10.3%에서 2025년 21.2%로 상승하였다. 이는 AI 산업이 단순 성장 산업을 넘어 고수익 산업으로 빠르게 전환되고 있음을 보여준다.

* 반도체·소부장, AI 산업 최대 수혜 업종

업종별로는 반도체·소부장 분야가 압도적인 성장세를 기록하였다. 해당 업종의 총매출은 2023년 207조 8,025억 원에서 2025년 336조 2,457억 원으로 3개년 연평균 성장률은 27.2%를 기록하였다. 같은 기간 당기순이익은 21조 9,051억 원에서 76조 836억 원으로 약 50조원 가까이 급증하였다. 매출 대비 순이익률 역시 2023년 10.5%에서 2025년에 22.6%로 크게 상승하였다.

이는 현재 글로벌 AI 산업의 핵심 가치가 GPU, HBM, 첨단 패키징, 검사·테스트, 반도체 소재 등 AI 인프라 공급망으로 집중되고 있음을 보여준다. 생성형 AI 모델 고도화가 지속될수록 고성능 메모리와 첨단 반도체 수요가 확대되면서 관련 기업들의 수익성이 크게 개선되고 있다.

KRG는 “현재 AI 산업에서 가장 많은 수익을 창출하는 영역은 범용 생성형 AI 서비스가 아니라 AI 반도체 공급망”이라며 “AI 산업이 소프트웨어 중심 시장을 넘어 컴퓨팅 인프라 중심 산업으로 진화하고 있음을 의미한다”고 분석했다.

* LLM·에이전트 시장, 기업 운영형 AI 중심 성장

LLM·에이전트 분야도 꾸준한 성장세를 보이고 있다. 총매출은 2023년 8조 5,151억 원에서 2025년 10조 1,996억 원으로 증가하였으며, 당기순이익은 1조 5,650억 원에서 2조 1,034억 원으로 확대되었다. 수익성 역시 20% 내외 수준을 유지하고 있다.

다만 국내 시장은 미국과 같은 초대형 API 기반 반복 매출 구조가 아직 충분히 형성되지 않은 상태다. 상당수 기업들이 공공 프로젝트, 구축형 사업, 기업 맞춤형 AI, PoC 중심 사업 구조를 유지하고 있다.

반면 문서 AI, 업무 자동화, AI 검색, 엔터프라이즈 AI, AI 에이전트 등 기업 운영형 AI 수요가 확대되면서 일정 수준 이상의 수익성을 확보하고 있는 것으로 분석된다.

*데이터센터·클라우드, 성장성은 높지만 수익성은 압박

데이터센터·클라우드 업종은 AI 산업의 핵심 기반 인프라 역할을 수행하고 있으나 수익성 측면에서는 상대적으로 부담이 큰 것으로 나타났다. 총매출은 2023년 13조 3,715억 원에서 2025년 14조 9,859억 원으로 증가하였지만, 당기순이익은 2024년 1조 6,543억 원에서 2025년 1조 1,384억 원으로 감소하였다. 매출 대비 순이익률 역시 11.5%에서 7.6%로 하락하였다.

이는 AI 데이터센터 구축 경쟁이 본격화되면서 GPU 확보, 데이터센터 건설, 전력 인프라, 냉각 설비, 네트워크 투자 등이 동시에 확대되고 있기 때문이다.

KRG는 “현재 데이터센터 산업은 외형 성장보다 선제적 설비투자가 먼저 진행되는 단계”라며 “국내 클라우드 사업자들은 글로벌 CSP와의 경쟁 속에서 규모의 경제 확보가 중요한 과제로 부상하고 있다”고 평가했다.

* 피지컬 AI·로봇, 시장 선점 경쟁 단계

피지컬 AI·로봇 산업은 아직 초기 시장 특성이 강한 것으로 분석된다. 매출은 2023년 3조 9,724억 원에서 2025년 4조 4,891억 원으로 증가하고 있으나 수익성 변동성이 매우 크다. 이는 휴머노이드 로봇, 산업용 로봇, 자율 제조 시스템 등 대부분의 영역이 아직 시장 확대와 기술 확보를 위한 투자 단계에 머물러 있기 때문이다. 현재 글로벌 시장에서는 기술 경쟁력 확보와 생태계 선점이 주요 과제로 부상하고 있으며, 본격적인 수익 창출은 향후 수년 이후가 될 가능성이 높다.

*의료 AI·자율주행, 성장성은 높지만 수익화 과제 남아

의료 AI 업종은 매출 증가에도 불구하고 2025년 약 626억 원 규모의 적자를 기록하였다. FDA 승인, 임상 데이터 확보, 글로벌 인증, 보험 수가 체계 등 진입 장벽이 높아 상용화까지 장기간이 소요되기 때문이다. 다만 글로벌 시장 확대 가능성이 높아 장기 성장 잠재력은 매우 큰 분야로 평가된다.

자율주행·모빌리티 분야 역시 매출은 증가하고 있으나 기술 안정성, 규제, 책임 체계 등 다양한 과제가 남아 있어 2025년 다시 적자 전환되는 모습을 보였다.

AI 산업, 기술 경쟁에서 현금흐름 경쟁으로 전환

KRG는 현재 국내 AI 산업이 외형 성장보다 실제 수익 창출 구조가 더욱 중요해지고 있다고 분석했다. 실질적인 현금흐름과 수익성은 반도체·HBM·소부장, 산업 AX, 데이터센터 운영, 보안, 기업 운영형 AI 분야에 집중되고 있다. 반면 의료 AI, 자율주행, 일부 생성형 AI 플랫폼, 피지컬 AI 등은 여전히 시장 선점과 기술 투자 단계에 머물러 있다.

KRG 관계자는 “AI 산업은 이제 기술 경쟁에서 산업 운영 경쟁으로, 그리고 기대감 경쟁에서 현금흐름 경쟁으로 이동하고 있다”며 “향후 AI 시장의 승자는 기술 자체보다 실제 산업 현장에서 수익을 창출할 수 있는 기업이 될 것”이라고 밝혔다.

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