삼성전자, 4나노 차세대 AI칩 수주…테일러 공장서 만든다

미 반도체기업 그로크와 파트너십
슈퍼컴퓨터 능가하는 시스템 구축
삼성은 4나노 공정 수율에 자신감
테일러 생산계획도 처음으로 공개

삼성전자가 인공지능(AI) 칩 분야 스타트업인 그로크(Groq)의 차세대 AI 칩을 생산한다. 그로크의 AI칩은 올해 말 완공 예정인 미국 삼성 테일러 공장의 4nm(나노미터·1nm은 10억분의 1m) 공정에서 만들어진다.

삼성전자 테일러 공장의 4nm 공정 고객이 공개된 것은 이번이 처음으로 삼성전자는 4nm 공정 수율 개선을 바탕으로 영역 확장을 본격화할 것으로 전망된다.

미국 반도체기업 그로크는 15일(현지시간) 차세대 AI 칩 생산을 위해 삼성전자와 파트너십을 체결했다고 밝혔다. 그로크는 구글 엔지니어 출신들이 2016년 창업한 미국 반도체 설계 회사로 초고속 연산이 가능한 AI 솔루션을 제공하는 기업이다.

그로크는 AI 가속기 칩을 삼성전자 파운드리의 4nm 공정인 ‘SF4X’를 적용해 생산된다고 설명했다. 특히 삼성전자가 170억달러(약 23조원)을 투입해 올해 완공을 목표로 건설중인 미국 테일러 공장에서 생산될 것이라고 명시했다.

조나단 로스 그로크 최고경영자(CEO)는 “최고 AI 성능을 가능하게 할 삼성전자의 첨단 파운드리 공정을 사용해 그로크의 발전을 이뤄가겠다”고 밝혔다.

삼성 파운드리에서 생산될 차세대 AI칩은 처리량과 지연 시간, 전력 소비 등 측면에서 크게 진일보한 제품이 될 것으로 관측된다.

특히 이 칩을 8만5000개에서 최대 60만개를 활용해 오늘날 최고 성능인 엑사스케일(초당 100경번 연산 수행) 슈퍼컴퓨터를 능가하는 AI 시스템을 구축한다는 구상이다.

삼성 파운드리의 미국 사업담당인 마르코 키사리 부사장은 “삼성 파운드리는 혁신적인 AI, 고성능 컴퓨팅(HPC), 데이터센터 솔루션을 시장에 제공하고자 노력하고 있다”며 “그로크와의 협력은 삼성전자 파운드리 기술이 AI 반도체의 혁신을 선도하고 있다는 것을 증명한다”고 언급했다.

삼성전자가 심혈을 기울이고 있는 미국 테일러 공장의 고객이 공개된 것은 이번이 처음이다. 삼성전자에서 반도체를 담당하는 디바이스솔루션(DS) 부문의 경계현 사장은 지난달 개인 소셜네트워크 계정에서 “2024년말부터 테일러 공장에서 4nm 공정 제품을 양산하겠다”면서 “미국 주요 고객들은 자신들의 제품이 이곳에서 생산되기를 기대한다”고 밝혔던 바 있다.

그로크가 4nm AI 가속기 칩 생산 사실을 공개하면서 삼성 파운드리의 영역 다변화는 한층 탄력을 받을 것으로 관측된다. 삼성전자가 지난 14일 반기보고서에서 4nm 공정 수율에 대한 자신감을 드러냈다. 삼성전자는 반기보고서에서 “4nm 2세대 제품은 안정적인 수율을 기반으로 양산중이며, 3세대 제품의 4분기 양산 목표 달성이 전망된다”고 설명했다.

시장에서도 삼성 파운드리의 4nm 공정에 대한 긍정적인 시각을 내놓고 있다. 현재 삼성 파운드리의 4nm 공정 수율이 개선되고 있고, 현재의 수율이 75% 이상에 달했다는 관측도 나오는 상황이다. 이같은 수율 개선으로 퀄컴·엔비디아 등이 새롭게 고성능 칩을 위탁생산할 가능성이 높아졌다는 것이다.

삼성전자는 올해부터 ‘4nm MPW’ 서비스도 제공하고 있다. MPW는 하나의 웨이퍼에 다양한 반도체를 시범 생산하는 것으로, 반도체 양산을 위해서는 반드시 거쳐야 하는 단계로 꼽힌다. 반도체 업계 관계자는 “삼성전자가 4nm MPW 서비스를 제공하는 것은 그만큼 4nm 공정 수율에 자신이 있다는 의미”라고 설명했다.

반도체 업계의 시선은 삼성전자가 ‘파운드리 절대강자’ TSMC와 맞붙을 3nm 공정으로 향하고 있다. 시장에서는 삼성전자의 3nm 공정 수율이 60% 이상까지 올라왔고, 삼성전자가 세계 최초로 도입한 게이트올어라운드(GAA) 기술이 고객사 확보에 기여할 것이라는 관측을 내놓고 있다.

3nm 제품에 핀펫(FinFET) 공정을 적용한 TSMC는 2nm 공정부터 GAA 기술을 적용할 계획으로 2nm 공정 초기에는 수율확보에 어려움을 겪을 수 있다는 예상도 나온다.

박상욱 하이투자증권 애널리스트는 “3nm 파운드리가 난이도가 높은 상황에서 이미 3nm 수율을 60% 이상 달성한 삼성전자가 2nm 경쟁에서 유리할 것으로 예측된다”고 분석했다.