삼성전자, 수율 잡고 2나노 조기 양산, 파운드리 시장 판도 바꿀까

예상보다 빠른 수율 개선으로 공정 안정성 확보
내년 봄 출시 갤럭시 S26 시리즈에 탑재될 예정
스마트폰 사업은 퀄컴 의존도 낮춰 수익성 강화

삼성전자가 당초 계획보다 2개월가량 일정을 앞당겨 차세대 모바일 애플리케이션 프로세서(AP) 엑시노스2600의 양산을 시작했다. 이 제품은 최첨단 2㎚(나노미터·10억분의 1m) 공정을 적용했으며 내년 봄 출시되는 삼성전자 스마트폰에 탑재될 전망이다. 이번 조기 양산을 통해 삼성전자가 높은 성능과 안정적인 수율을 입증한다면, 향후 파운드리(반도체 위탁생산) 시장에서 TSMC의 독주를 막을 대안이 될 가능성이 있다. 스마트폰 사업에서도 퀄컴 의존도를 낮춰 공급망 다변화를 실현할 수 있을 것으로 기대된다.

SF2 공정 탑재된 첫 상용 제품, 11월 출하 예정

1일(현지시각) 대만 IT 전문매체 디지타임스에 따르면 삼성전자는 지난달부터 엑시노스2600의 웨이퍼 생산을 시작했다. 이르면 이달 말에서 11월 초 첫 제품을 출하하고 내년 봄 출시 예정인 플래그십 스마트폰 갤럭시 S26 시리즈의 일반·프로 모델에 탑재될 예정이다. 칩 생산 이후에는 웨이퍼 테스트와 패키징, 패키지 테스트 등이 이어지는데 테스트 공정은 협력사가 맡고 패키징부터는 다시 삼성전자가 직접 수행하는 구조로 진행된다.

엑시노스2600이 업계의 주목을 받는 가장 큰 이유는 삼성전자의 차세대 2나노 공정인 'SF2'를 적용한 첫 상용 제품이기 때문이다. SF2 공정은 기존 핀펫(FinFET) 구조의 한계를 극복한 3세대 게이트올어라운드(GAA) 기술을 기반으로 한다. 이전 세대인 3나노(SF3) 공정과 비교해 성능은 12% 향상되고, 소비 전력 효율은 25% 개선한 것이 특징이다. 이는 스마트폰의 연산 처리 속도를 높이면서 배터리 사용 시간을 늘릴 수 있음을 의미한다.

삼성전자는 당초 11월로 예정했던 SF2 양산을 2개월 앞당겼다. 지난 1분기 30%에 머물던 수율이 최근 50%까지 올라선 덕분이다. 연말까지는 60~70% 달성을 목표로 하고 있다. 삼성전자는 예상보다 빠른 수율 개선에 힘입어 잠재적 문제를 선제적으로 검증함으로써 SF2 공정의 안정성을 조기에 확보할 계획이다. 첫 양산 제품을 성공적으로 시장에 안착시키고 최첨단 공정에 대한 신뢰를 높여 향후 대형 수주로 이어가겠다는 계산이다.

테스트 결과 퀄컴 스냅드래곤과 성능 차이 없어

삼성전자는 엑시노스2600의 조기 양산을 통해 그동안 다소 밀린다는 평가를 받아 온 모바일 AP 분야에서 새로운 전기를 마련할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 현재 삼성전자 최상위 스마트폰 제품인 S시리즈엔 퀄컴의 '스냅드래곤'만 탑재된다. 퀄컴은 지난달 열린 실적발표 콘퍼런스콜에서 삼성 스마트폰 내 칩셋 점유율의 새 기준선을 75%로 정했다고 밝힌 바 있다. 올해만 놓고 보면 갤럭시Z 플립7을 제외한 거의 모든 AP를 100% 퀄컴이 수주했다. 삼성전자 엑시노스의 입지가 갈수록 좁아지고 있다는 의미다.

이런 상황에서 해외 매체들은 엑시노스 2600의 테스트 결과를 긍정적으로 평가했다. 벤치마크 사이트 긱벤치6에 유출된 엑시노스2600으로 추정되는 부품의 실험 결괏값은 싱글코어 3,309점, 멀티코어 1만1,256점이다. 퀄컴 스냅드래곤 8 엘리트를 탑재해 개발 중인 차세대 스마트폰 제품이 각각 3,393점, 1만1,515점을 획득한 것과 맞먹는 수준이다. 일부 미국 IT매체는 "과거 엑시노스 칩셋이 실망을 안겨주었던 것을 고려하면 이번 결과는 인상적"이라며 "제성능을 발휘한 두 칩셋이 어떻게 경쟁할지 흥미롭다"고 전했다.

업계에서는 내년 삼성전자의 실적도 엑시노스2600 성패에 달렸다고 평가한다. 스마트폰 사업의 원가 경쟁력을 높이고 모바일 AP 공급망을 다변화하기 위해서는 엑시노스의 부활이 선결 과제기 때문이다. 올해 상반기 삼성전자 DX부문의 모바일 AP 매입액은 7조7,899억원으로 전년 동기 6조275억원 대비 29.2% 증가했다. 갤럭시S25 울트라의 모바일 AP 비용도 최근 3년간 29% 정도 늘었다. 사실상 퀄컴이 모바일 AP 공급을 독점하면서 생긴 부작용으로, 반도체 사업부 입장에서도 엑시노스 성공이 절실한 상황이다.

TSMC 독주 속 새로운 고객 확보 가능성 높여

파운드리 부문도 상황이 만만치 않다. 현재 첨단 공정 파운드리 시장에서 TSMC의 점유율은 70%에 육박한다. 그러나 최근 TSMC의 높은 가격과 제한된 생산능력에 부담을 느낀 주요 팹리스(반도체 설계)들이 대안을 찾는 움직임이 뚜렷하다. 이런 상황에서 삼성전자가 엑시노스2600으로 SF2 공정의 높은 성능과 안정적인 수율을 증명한다면, TSMC의 대안으로 부상하며 새로운 고객사를 확보할 기회를 맞을 수도 있다. 특히 엑시노스2600의 칩 가격은 TSMC의 3나노 제품보다 33%가량 저렴해 가격 경쟁력까지 갖췄다.

관건은 삼성전자가 얼마나 빠르게 공정 안정성을 확보해 수율을 끌어올릴 수 있느냐다. TSMC는 3나노 공정의 높은 수율(80%)을 바탕으로 2나노 공정까지 빠르게 안정시키고 있다. 최근에는 첨단 2나노 공정에서 90%가 넘는 수율을 기록한 것으로 알려졌다. 그동안 퀄컴을 비롯해 애플, 엔비디아 등 빅테크들에 수많은 반도체를 공급하면서 첨단 공정 전반의 안정성도 한 단계 끌어올린 것으로 분석된다. 또 다른 파운드리 기업인 인텔도 2나노보다 앞선 1.8나노 공정에서 50%의 수율을 달성한 것으로 평가받는다.

삼성전자의 최근 상황도 나쁘지 않다. 지난 7월 미국 전기차 회사인 테슬라와 165억 달러(약 23조원) 규모의 파운드리 계약을 체결하며 분위기 반전을 노리고 있다. 이는 삼성전자가 단일 고객과 체결한 최대 규모의 장기 계약(2025년~2033년)으로 안정적인 수익을 확보하는 전환점이 될 전망이다. 삼성전자가 테슬라의 차세대 FSD(Full Self-Driving), 로봇, 데이터센터 등 전반에 활용될 수 있는 고성능 시스템반도체 'AI6'를 수주한 만큼, 엑시노스2600까지 부활할 경우 파운드리 일감이 더 늘어날 수 있다.