[비즈니스포스트] 미국 엔비디아가 RTX5090을 비롯한 차세대 고성능 GPU에 TSMC 대신 삼성전자의 3나노 파운드리 활용을 검토할 가능성이 높아졌다는 분석이 나온다.

TSMC의 3나노 미세공정 반도체 생산 단가가 지나치게 높은 반면 성능 개선폭은 5나노 공정보다 상대적으로 크지 않아 엔비디아가 적극적으로 대안을 찾을 수 있다는 것이다.

26일 IT전문지 하드웨어타임스에 따르면 현재 시장에 출시되는 대부분의 고성능 프로세서와 GPU, 인공지능 반도체는 TSMC의 5나노 공정을 적용하고 있다.

AMD의 CPU 라이젠7000 및 GPU 라데온7000 시리즈, 엔비디아 RTX40 시리즈와 인공지능 반도체 H100 등이 대표적 예시로 제시됐다.

대부분의 반도체를 직접 생산하는 인텔마저 향후 출시하는 자체 개발 GPU는 TSMC 5나노 공정을 활용할 것으로 전망된다.

TSMC가 2020년 도입한 5나노 공정은 여전히 파운드리 시장에서 고객사들에 강력한 수요를 보이고 있다. 

하드웨어타임스는 기존의 7나노 공정 대비 집적도가 80% 높아지며 반도체 성능과 전력효율을 크게 끌어올린 점이 해당 공정의 인기에 기여했다고 바라봤다.

반면 TSMC가 지난해 말부터 양산을 시작한 3나노 공정이 유사한 추세를 따르기는 어려울 것이라는 전망이 나온다.

3나노 반도체 위탁생산 단가가 웨이퍼(반도체 원판)당 2만 달러로 5나노 공정 대비 25% 높아진 반면 집적도는 30% 개선되는 데 그쳐 비용 대비 효과가 다소 낮기 때문이다.

애플이 올해 TSMC의 3나노 반도체 생산물량 가운데 약 90%를 독점하고 있다는 점도 엔비디아를 비롯한 고객사가 주력 제품 위탁생산을 맡기기 어려운 배경으로 꼽힌다.

하드웨어타임스는 이런 상황에서 삼성전자가 TSMC를 대체하며 수주 기회를 잡을 가능성이 커졌다고 바라봤다.

특히 삼성전자가 TSMC를 제치고 3나노 공정으로 엔비디아의 차세대 고성능 GPU RTX5090 시리즈 위탁생산을 맡게 될 수 있는 예측도 내놓았다.

하드웨어타임스는 “삼성전자 3나노 공정의 집적도가 TSMC 5나노 공정보다 10~15% 가량 뛰어나다면 유리한 위치에 놓일 수 있다”고 바라봤다.

삼성전자가 3나노 공정에 반도체 성능을 개선할 수 있는 GAA(게이트올어라운드) 공정을 선제적으로 도입한 점도 수주에 기여할 수 있는 요소로 지목됐다. 

TSMC는 GAA 기술을 2025년 상용화하는 2나노 공정에서야 도입하기로 했기 때문이다.

하드웨어타임스는 삼성전자가 지난 10 년 동안 부진한 반도체 파운드리 수율과 낮은 전력효율로 고전해 왔지만 최신 3나노 공정에서는 승리를 기대할 수 있다고 바라봤다.

AMD가 일부 반도체 위탁생산을 TSMC에서 삼성전자로 이동할 가능성이 있다는 전망도 이어졌다.

고성능 반도체 생산에는 여전히 TSMC 파운드리를 활용할 수 있지만 생산 물량이 적은 반도체는 삼성전자 파운드리에 맡길 수 있다는 것이다.

하드웨어타임스는 “삼성전자는 이미 퀄컴과 바이두, IBM 등 여러 반도체기업과 파운드리 계약을 체결했다”며 “다만 3나노 반도체 생산능력이 고객사 기준을 충족할 지는 지켜볼 문제”라고 전했다.

삼성전자의 3나노 파운드리 생산단가 역시 고객사 수주에 변수로 꼽힌다. TSMC보다 경쟁력 있는 가격을 제시하지 않는다면 고객사들이 파운드리업체를 바꿀 이유가 줄어들기 때문이다.

TSMC가 하반기 도입을 계획하고 있는 3나노 2세대 공정에서 반도체 집적도와 전력효율 등을 크게 개선해 선보일 가능성도 삼성전자와 수주 경쟁 판도에 영향을 미칠 수 있다. 김용원 기자