애플·테슬라·삼성 … 빅테크, 반도체 자급자족 나섰다

자체설계 칩이 제품성능 좌우
MR 헤드셋에 애플표 반도체
테슬라,자율주행칩 직접 개발
메타·구글은 AI반도체 설계
삼성, 갤럭시 시리즈 전용칩

제조업체가 직접 설계해 만든 반도체가 스마트폰, 자동차 등 완성품 성능을 좌우하는 핵심 키워드로 떠올랐다. 맞춤형 반도체가 완성품 성능을 높이고 외부 반도체 의존도를 낮춰 리스크를 줄일 수 있기 때문이다. 애플, 테슬라 등 전 세계 주요 제조업체들이 반도체 자급자족에 나선 이유다.

9일 업계에 따르면 애플이 지난 5일(현지시간) 열린 '연례 세계 개발자회의(WWDC 2023)'에서 공개한 혼합현실(MR) 헤드셋 '비전 프로'에는 '애플표' 반도체인 M2와 R1이 탑재됐다. 애플 컴퓨터 맥에 주로 사용되는 M2는 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU) 등 여러 기능을 통합한 칩이다. 특히 이번에 눈에 띄는 것은 R1이라는 칩이다. 애플에 따르면 이 칩은 헤드셋에 있는 12개 카메라와 5개 센서, 6개 마이크에 들어온 정보를 실시간으로 처리하는 기능을 담당한다. 눈을 한 번 깜박이는 데 걸리는 시간보다 8배 빠른 12밀리초(㎳·1㎳는 1000분의 1초) 안에 이미지를 화면으로 보여준다.

전문가들은 이 부분을 애플 헤드셋의 강점으로 꼽는다. 기존에 메타 등이 선보였던 MR 헤드셋은 퀄컴의 스냅드래곤 XR2를 사용했다. 김양재 다올투자증권 연구원은 "애플은 비전 프로에 최적화된 자체 설계 시스템온칩(SoC)을 사용하고 있어 다른 업체보다 반도체 성능 면에서 우위를 갖췄다"며 "기존 업체가 갖지 못하는 진입장벽이 있는 것"이라고 평가했다.

애플은 스마트폰과 PC 등을 만드는 제조업체이지만 일찌감치 반도체의 중요성을 눈치챘다. 완성품에 맞는 반도체를 직접 설계해 넣어야 제품 완성도가 높아지고, 소프트웨어와의 연결도 매끄러워지기 때문이다. 애플은 영국 반도체 기업 ARM에서 아키텍처(설계도)를 받아 자사 제품에 맞게 칩을 설계한다. 자동차 뼈대만 사들여 애플 입맛에 맞는 차량을 만드는 것과 비슷하다.

반도체를 직접 설계하는 제조업체는 애플만이 아니다. 테슬라는 이 분야 선두 주자로 꼽힌다. 테슬라가 설계한 반도체는 테슬라 차량에서 자율주행 기능을 담당한다. 이런 반도체 자급자족 전략은 2019년부터 이어진 차량용 반도체 수급난 속에서 테슬라가 급성장한 배경으로도 꼽힌다. 전통적인 강자들이 반도체가 없어서 차를 못 팔 때에도 테슬라는 달랐다.

월스트리트저널(WSJ)은 "테슬라가 차량통합제어시스템을 직접 설계해 전기차 생산에 필요한 반도체 수를 줄여둔 덕분에 공급 차질 사태를 피할 수 있었다"고 분석했다.

삼성전자가 갤럭시 시리즈에 들어갈 모바일 애플리케이션프로세서(AP)인 엑시노스 개발을 쉽사리 포기하지 못하는 데에도 이러한 배경이 있다. 수율(완성품 중 합격품 비율) 문제 등으로 갤럭시 S23에는 퀄컴 칩을 썼지만, 갤럭시 S24에는 엑시노스를 다시 탑재하는 게 삼성전자의 목표다. 프리미엄 시장에서 애플과의 승부를 좌우할 열쇠가 결국 AP에 있다고 판단하기 때문이다.

김용석 성균관대 전자전기공학부 교수는 "제품을 차별화하기 위해 세트업체가 직접 반도체를 설계하고, 그 칩을 이용해 완성품의 경쟁력이 높아지는 것"이라고 말했다.

제조업체뿐 아니라 메타와 아마존, 구글 등 빅테크 기업들도 최근 독자 반도체 설계에 주력하고 있다. 인공지능(AI)이 고도화하면서 GPU보다 고성능에 효율성이 높은 AI 반도체가 필요해지고 있기 때문이다.

메타는 지난달 자체 설계한 고성능 반도체 칩인 MSVP와 MTIA를 공개했다. 고화질 동영상 처리와 AI 관련 작업에 최적화한 반도체 칩이다. 아마존 클라우드 자회사 아마존웹서비스는 AI 반도체 인퍼런시아 2세대를 지난해 말 공개했다. 이 칩은 데이터센터와 AI 스피커 알렉사 등에 쓰인다. 구글은 최근 AI 반도체인 텐서 프로세싱 유니츠(TPU) v4와 이를 장착한 슈퍼컴퓨터를 선보였다.

[이새하 기자]