최고 성능 HBM4 생산 이끌어…IBM·퀄컴에 국내 AI기업도 줄서

■ 삼성 파운드리 부활…1분기 가동률 80% 돌파
6년차 접어든 4나노 성숙공정 안착
메모리에 ‘베이스 다이’까지 원스톱
기술력 발판으로 HBM 주도권 확보
2나노 수율도 60%대로 안정성 높여
엑시노스까지 확대 땐 정상화 탄력

삼성전자 2나노 라인이 위치한 화성 캠퍼스 전경. 삼성전자

이재용 삼성잔자 회장.

삼성전자는 이달 세계 최초로 6세대 고대역폭메모리(HBM)인 HBM4를 엔비디아에 출하하면서 자사 파운드리에서 4㎚(나노미터·10억분의 1m)으로 만든 베이스다이를 붙여 양산 안정성을 높인 점을 강조했다. 경쟁사가 메모리만 만들고 베이스다이는 외부 파운드리에 맡기는 것과 차별화한 것이다.

삼성전자의 HBM4를 구하려 주요 빅테크들이 일찌감치 줄을 선 만큼 제품 출하가 늘수록 파운드리의 가동률 상승 폭도 가팔라질 것으로 삼성전자는 예상하고 있다. 송재혁 삼성전자 최고기술책임자(CTO)는 HBM4 출하 직전 기자들과 만나 “메모리와 파운드리·패키지를 다 갖고 있어서 시장이 요구하는 제품을 만드는 데 가장 좋은 환경에 있고 각 부문이 적합하게 시너지를 내고 있다”며 자신감을 드러내기도 했다.

22일 재계에서는 삼성전자가 HBM4로 인공지능(AI) 칩 시장에서 메모리 주도권을 되찾으면서 ‘아픈 손가락’으로 꼽혔던 파운드리 사업이 정상화할 것이라는 기대가 커지고 있다. 성능과 수율을 모두 잡은 파운드리 성숙 공정을 발판 삼아 이르면 올 하반기 실적 턴어라운드를 달성할 수 있을 것이라는 전망도 제기된다. 실제로 삼성전자는 미국의 IBM과 중국의 바이두를 포함한 글로벌 테크 기업부터 리벨리온 등 주요 국내 AI 반도체 업체에 이르기까지 폭넓은 고객군을 확보해 4나노 제품을 공급하고 있는 것으로 전해졌다.

삼성전자가 성숙 공정뿐만 아니라 2나노 등 선단 공정 기술에서도 안정성을 확보한 것도 파운드리 반등에 힘을 싣는 대목이다. 테슬라가 최근 삼성전자를 차세대 자율주행 시스템 반도체를 만들 파트너사로 낙점한 것은 삼성 파운드리의 기술력을 방증한다. 삼성전자는 지난해 테슬라와 165억 달러 규모의 차세대 A16 칩 생산 계약을 맺은 데 이어 올해 말부터 테슬라 차량에 탑재될 A15까지 추가로 수주했다.

삼성전자는 구글과 AMD 등 테크 업계 큰손들과도 2나노 AI 칩 생산을 논의 중인 것으로 알려졌다. 미국 퀄컴도 삼성전자의 2나노 공정을 통한 차세대 모바일 애플리케이션프로세서(AP) 생산을 논의하고 있다. 업계 관계자는 “파운드리 산업은 고객이 맡긴 물량을 생산하면서 경험이 쌓이고 공정 기술이 올라간다”면서 “삼성전자 파운드리가 소화하는 물량이 늘어나는 추세라 수율도 빠르게 올라갈 것”이라고 말했다.

이달 출시를 앞둔 삼성전자의 스마트폰 갤럭시 S26에 삼성전자의 최신 AP인 엑시노스 2600이 탑재되는 점도 긍정적인 대목이다. 엑시노스 2600은 반도체 사업을 맡은 DS부문의 시스템LSI가 설계하고 삼성 파운드리가 생산하는 칩이다.

여기에 내년 초 출시 예정인 갤럭시 S27에 차세대 AP인 엑시노스 2700이 폭넓게 탑재되면 파운드리 정상화에 가속도가 붙을 것으로 보인다. 현재 갤럭시 S26 내 엑시노스 점유율은 25% 수준인데 업계에서는 갤럭시 S27의 경우 50%까지 높아질 수 있다는 전망이 나온다.

재계에서는 삼성전자의 파운드리 반등을 두고 과감한 전략 변화가 결실을 맺은 것이라는 평가가 많다. 삼성전자는 2022년 전력을 세밀하게 조절하는 게이트올어라운드(GAA) 기술을 세계 최초로 공정에 도입했다. 하지만 초기 수율은 20% 수준으로 저조했고 납기를 맞추지 못하면서 고객을 확보하는 데 어려움을 겪어왔다.

삼성전자는 이에 1나노 공정을 서두르기보다 2나노를 기본으로 수율을 높이는 쪽으로 방향을 틀었다. 현재 삼성전자 2나노 공정 수율은 60% 수준으로 올라온 것으로 알려졌다. 업계 관계자는 “삼성전자 4나노 공정은 2021년부터 양산을 시작해 올해로 6년 차에 접어든 성숙 공정”이라며 “수율이 상당히 높은 수준으로 올라온 것으로 안다”고 말했다.

김우보 기자 ubo@sedaily.com