[예결신문=신세린 기자] 삼성전자가 차세대 모바일 애플리케이션 프로세서(AP)인 '엑시노스 2600'을 필두로 반도체 제국의 자존심 회복에 나선다. 앞서 3nm(나노미터) 공정 수율 문제로 엑시노스 2500의 갤럭시 S25 시리즈 탑재가 사실상 무산된 이후, 삼성은 파운드리 사업부 내 특별 태스크포스(TF)를 가동하며 초격차 기술 확보를 위한 배수의 진을 쳤다.

이번 엑시노스 2600의 성공 여부는 단순히 개별 칩의 성패를 넘어 삼성전자 파운드리와 시스템LSI 사업부의 사활이 걸린 운명의 변곡점이 될 전망이다.

■ 3나노의 수율 악몽⸱⸱⸱2나노 TF의 전략적 가치
11일 반도체 업계에 따르면 삼성전자가 차기 플래그십 모델인 갤럭시 S25에 전량 퀄컴 스냅드래곤을 채택하게 된 배경에는 파운드리 수율이라는 아픈 손가락이 자리한다. 삼성 파운드리의 초기 3nm 공정 수율은 10%대에 머물렀던 것으로 파악된다.

통상적으로 반도체 양산의 경제적 마지노선이 60~70%임을 감안할 때, 이는 상용화가 불가능한 수준이었다. 설계 역량은 확보했으나 이를 실제로 구현해낼 제조 공정의 안정성이 뒷받침되지 못한 결과다.

이에 삼성전자는 파운드리 사업부 산하에 2nm 공정 최적화를 위한 특별 TF를 구성했다. 이 TF의 최우선 목표는 '2nm 수율의 조기 확보'와 '엑시노스 2600의 전성비(전력 대비 성능) 극대화'다. 다행히 2nm 공정의 출발은 3nm보다 고무적이다.

최근 실시한 첫 번째 2nm 공정 테스트에서 약 30% 수준의 수율을 달성한 것으로 알려졌다. 생산 초기 단계임을 고려하면 3nm 공정 당시보다 훨씬 빠른 학습 곡선을 보여주고 있으며 이는 내년 상반기 양산 목표에 청신호로 해석된다.

■ AP 구매 비용 12조⸱⸱⸱엑시노스 부활의 절박함
삼성전자가 엑시노스 부활에 전사적 역량을 집중하는 이유는 천문학적인 외부 AP 구매 비용 때문이다. 현재 삼성전자 무선사업부(MX)가 퀄컴 등에 지불하는 AP 구매 비용은 연간 약 12조원에 달하는 것으로 추산된다.

이는 삼성전자 전체 영업이익의 상당 부분을 차지하는 규모다. 엑시노스 2600이 안정적으로 탑재될 경우, 이 비용을 내부 수익으로 전환할 수 있을 뿐만 아니라 스마트폰 가격 경쟁력 제고와 마진율 향상이라는 두 토끼를 동시에 잡을 수 있게 된다.

또한, 엑시노스의 성공은 파운드리 생태계 복원과도 직결된다. 엑시노스가 애플의 'A 시리즈'나 퀄컴의 '스냅드래곤'에 비견되는 성능과 전력 효율을 증명해낸다면 과거 수율 및 발열 이슈로 TSMC로 이탈했던 엔비디아와 퀄컴 등 대형 고객사를 다시 유치할 수 있는 강력한 기술적 보증 수표가 된다. 즉, 엑시노스 2600은 모바일 칩을 넘어 삼성 파운드리의 제조 역량을 전 세계에 증명하는 시험대인 셈이다.

■ 글로벌 AP 시장의 지각변동⸱⸱⸱'5%의 굴욕' 씻어낼까
현재 글로벌 모바일 AP 시장은 대만의 미디어텍(36%)과 미국의 퀄컴(26%), 애플(18%)이 삼분하고 있다. 한때 두 자릿수 점유율을 기록했던 삼성전자의 점유율은 현재 5% 수준으로 추락, 중국의 보급형 칩 제조사인 UNISOC(11%)에도 뒤처진 상황이다.

삼성전자는 지난 2011년 엑시노스 브랜드 론칭 이후 프리미엄 칩 시장의 강자로 군림했으나 2022년 엑시노스 2200의 GOS 논란과 미세 공정의 발열 이슈가 겹치며 시장의 신뢰를 잃었다.

전문가들은 모바일 기기의 지능화와 온디바이스 AI 시장의 확대로 인해 AP의 중요성이 그 어느 때보다 커졌다고 분석한다. 엑시노스 2600은 단순한 연산 성능을 넘어, AI 연산을 처리하는 NPU(신경망처리장치) 성능에서 혁신적인 진보를 이뤄내야만 경쟁사들을 압도할 수 있다.

■ 2나노 수율 확보, 삼성 파운드리 생존의 마지막 기회
국내외 반도체 설계 및 공정 전문가들은 이번 2nm 공정이 삼성 파운드리의 운명을 가를 마지막 골든타임이라고 경고한다.

카이스트(KAIST) 전기및전자공학부 김정호 교수는 삼성의 현 상황에 대해 "삼성전자가 3나노 공정에서 겪은 수율 시행착오는 뼈아픈 경험이지만, 반도체 미세화의 한계를 극복하는 과정에서 반드시 거쳐야 할 관문이기도 하다"며 "2나노 공정에서 보여준 초기 30% 수율은 삼성이 차세대 트랜지스터 구조인 GAA(Gate-All-Around) 공정 안정화의 실마리를 찾았음을 시사한다"고 말했다.

또 "이제 중요한 것은 설계 사업부(시스템LSI)와 제조 사업부(파운드리) 간의 유기적인 피드백 루프를 강화하는 것"이라며 "엑시노스 2600이 전성비와 발열 관리에서 TSMC 생산 칩 수준에 도달한다면, 삼성은 모바일 AP 시장뿐만 아니라 AI 가속기 등 고성능 컴퓨팅(HPC) 시장에서도 주도권을 탈환할 수 있다. 이번 특별 TF의 성공 여부가 향후 10년 삼성 반도체의 위치를 결정지을 것"이라고 강조했다.

또한, 반도체 시장조사업체의 한 수석 애널리스트는 "삼성전자가 엑시노스 2600을 통해 '설계-제조-탑재'로 이어지는 수직 계열화의 이점을 극대화해야 한다"며 "공정 기술력에 대한 시장의 의구심을 해소하는 유일한 방법은 갤럭시 S26 시리즈에서의 완벽한 성능 구현뿐"이라고 말했다.

삼성전자는 이르면 내년 상반기 중 엑시노스 2600 양산을 본격화하고 이를 갤럭시 S26 시리즈에 탑재한다는 목표를 세우고 있다. 삼성전자 관계자는 "엑시노스 2600은 설계 초기 단계부터 파운드리 공정 특성을 반영해 최적화 작업을 진행 중이며, 2500 대비 전력 효율과 성능 지표가 크게 개선된 상태"라고 밝혔다.

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