삼성전자, 3나노 모바일 AP 시제품 양산… 반년 앞선 TSMC 추격

업계 최초 GAA 기술 적용한 모바일 AP 개발
올 하반기 대량 양산 목표… 갤럭시 탑재
“성능 향상폭은 10% 수준…전성비는 의문”
삼성 파운드리, 퀄컴 3나노 물량 수주에 사활

삼성전자의 엑시노스 2200./삼성전자 제공

삼성전자가 3나노(㎚·10억분의 1m) 모바일 애플리케이션프로세서(AP) 제품 설계를 완료하고 삼성 파운드리 사업부를 통해 첫 테이프아웃(Tape-Out·시제품 양산)에 성공했다. 테이프아웃은 대량 양산 준비를 위한 마지막 단계다. 이에 따라 지난해 3나노 공정에서 양산한 A17을 애플 아이폰15 프로에 공급한 TSMC와의 공정전환 속도가 6개월로 좁혀졌다.

8일 업계에 따르면 삼성전자는 글로벌 설계자동화(EDA) 기업인 시놉시스와의 협업을 통해 3나노 기반 모바일 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU) 등 시스템온칩(SoC) 설계와 시제품 양산을 성공적으로 완료했으며 조만간 대량 양산 프로세스에 착수할 예정이다. 올 하반기 중 양산을 시작해 내년 초 삼성전자 갤럭시 스마트폰 시리즈에 탑재를 목표로 하고 있다.

모바일 AP는 스마트폰의 두뇌 역할을 하는 핵심 반도체다. 전체 스마트폰 부품원가(BoM)에서 가장 높은 약 20%의 비중을 차지한다. 특히 3나노 공정 모바일 AP는 최선단 공정을 적용한 만큼 이전 세대보다 가격대가 월등히 높다. TSMC의 경우 3나노 공정에서 생산하는 모바일 AP 가격이 웨이퍼(반도체 원판)당 2만달러(약 2700만원) 수준으로 알려졌다.

특히 삼성전자는 업계 최초로 3나노 공정에 게이트올어라운드(GAA) 기술을 적용한 것으로 알려졌다. GAA는 트랜지스터의 채널과 게이트가 4면에서 맞닿게 하는 기술로, 채널과 게이트 접촉면이 3면에 그치는 기존 핀펫(Fin-Fet) 방식보다 반도체가 동작하는 전압을 낮추고 성능을 개선할 수 있다.

다만 삼성전자 3나노 모바일 AP의 성능 개선에 대해서는 아직 의문점이 남는다. 삼성전자 관계자에 따르면 3나노 모바일 AP가 이전 세대 제품 대비 10% 수준의 성능 개선에 성공했지만, 트랜지스터 숫자 등 구체적인 수치는 비밀에 붙여져 있고 온디바이스 AI의 상용화와 함께 업계 화두인 전력 효율이 얼마나 개선됐는지 불분명하기 때문이다.

앞서 TSMC가 생산한 A17은 트랜지스터를 이전 세대 제품인 A16 바이오닉(160억개)보다 18% 늘렸고 연산 성능은 약 20% 향상시켰다. 업계에서는 삼성전자가 퀄컴 등 대형 팹리스(반도체 설계 회사)의 물량을 유치하기 위해서는 연산 성능 20%, 전력 효율 20% 수준의 개선 효과가 필요하다고 강조하고 있다. 퀄컴은 올해 3나노 공정 기반의 ‘스냅드래곤8 4세대(가칭)’를 발표할 예정이며, 위탁생산 업체로 TSMC와 삼성전자를 저울질하고 있다.

삼성전자 관계자는 “이제 막 3나노 모바일 AP를 테이프아웃한 상태이기에 양산 칩의 성능을 구체적으로 밝힐 수 없지만, 이전 세대 대비 비약적인 발전에 성공한 것은 사실이며 올 하반기 대량 양산을 차질 없이 진행 중”이라고 했다. 그는 이어 “스마트폰에 탑재돼 소프트웨어, 펌웨어 등 최적화를 진행하면서 모바일 AP의 성능 향상 폭이 구체적으로 드러나게 될 것”이라고 설명했다.

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