[비즈니스포스트] 삼성전자 파운드리(반도체 위탁생산) 사업부가 테슬라로부터 대규모 자율주행 반도체 ‘A16’을 수주한 데 이어, 일론 머스크가 이끄는 인공지능(AI) 서비스 기업 ‘xAI’의 새로운 AI 칩 수주를 위한 협상에 나선 것으로 전해졌다.

올해 2나노 공정에 투자를 가속화하며 기술력을 끌어올리고 있는 삼성전자 파운드리 사업부가 테슬라와 애플에 이어 xAI 수주까지 노리면서, 파운드리 부활을 위한 수주 행진을 이어갈 수 있을지 주목된다.

8일 반도체 업계 취재를 종합하면 사회관계망서비스(SNS) 엑스(X)를 운영하고 생성형 AI ‘그록(Grok)’을 개발하는 일론 머스크의 xAI가 새로운 AI 칩 개발을 추진하고 있다.

반도체 업계 관계자는 “xAI가 삼성전자 파운드리와 협력해 생성형 AI를 위한 새로운 맞춤형 AI 반도체(ASIC) 제작을 협의하고 있다”며 “아직 설계에서 제조로 넘어가는 ‘테이프아웃(Tape Out)’은 이뤄지지 않은 상황”이라고 말했다.

삼성전자 파운드리 사업부와 xAI가 협력을 논의하고 있는 AI 반도체는 그록의 추론 성능을 고도화하기 위한 칩으로 알려졌다. 그록은 xAI가 개발한 대규모언어 모델(LLM)이자 AI 에이전트 서비스로, 지난 7월10일 회사는 ‘그록4’를 출시했다.

그록4는 AI 성능 벤치마크인 ‘아크AGI 2’의 추론 능력 테스트에서 구글의 ‘제미나이2.5 프로’와 오픈AI의 ‘o3’를 한참 뛰어넘는 점수를 기록했다. 이외에 다른 AI 연산 능력 테스트에서도 경쟁 서비스를 압도하는 결과를 보여줬다.

일론 머스크는 삼성전자와의 반도체 협력을 자율주행차에 이어 AI 서비스, 로봇 등으로 더 확대해나갈 것으로 예상된다. 머스크 최고경영자(CEO)는 삼성전자와 맺은 165억 달러(약 22조7600억 원) 규모의 자율주행 칩 'A16' 계약을 소개한 글에 답을 남기며 “이보다 (앞으로 계약액은) 몇 배는 더 클 것”이라고 밝혔다.

삼성전자 파운드리 사업부는 3나노 공정 수율(완성품 비율) 문제로 어려움을 겪었지만, 올해 2나노 공정에서 새로운 전환점을 맞이하고 있다.

삼성전자와 테슬라는 지난 7월 22조7600억 원 규모의 파운드리 계약을 체결했다. 삼성전자 파운드리는 2나노 공정으로 테슬라의 완전자율주행차(FSD)와 AI 학습을 위한 ‘A16’ 반도체를 제작한다. 삼성전자가 현재 건설 중인 미국 텍사스 테일러 공장에서 A16 칩을 생산할 예정이다. 

삼성전자는 또 지난 8월 애플의 이미지센서 수주에도 성공했다. 애플은 당시 “텍사스 오스틴에 있는 삼성전자 파운드리 팹(생산시설)에서 세계 최초로 적용되는 신기술 기반의 반도체 생산에 협력하고 있다”고 밝혔다.

반도체 업계는 애플 수주가 연간 약 3조 원 규모로, 테슬라 파운드리 수주액과 유사한 수준으로 추정하고 있다. 또 삼성전자 오스틴 공장의 월 최대 반도체 생산량인 약 10만 장(웨이퍼 기준)의 10%인 1만 장 수준이 내년 3월부터 애플 이미지센서용으로 생산될 것으로 전해졌다. 
 

삼성전자 파운드리 사업부는 퀄컴도 2나노 고객사로 다시 끌어들이기 위한 작업에 나설 것으로 예상된다.

크리스티아노 아몬 퀄컴 CEO는 최근 블룸버그와 인터뷰에서 “인텔 파운드리는 현재 선택지가 아니며 삼성전자, TSMC와 협력할 것”이라고 밝혔다. 이는 삼성전자 파운드리가 퀄컴의 분명한 선택지 가운데 하나이며, 차기 모바일 애플리케이션프로세서(AP) 생산 협력을 논의하고 있다는 의미로 해석된다. 

퀄컴은 차세대 모바일 어플리케이션프로세서(AP) ‘스냅드래곤8 엘리트2’ 제작에 TSMC와 함께 삼성전자 파운드리도 테스트하고 있는 것으로 알려졌다. 이달 공개할 기본 모델은 TSMC의 3나노 공정으로 만들지만, 향후 삼성전자 파운드리 2나노 공정도 고려하고 있다는 관측이 나온다.

퀄컴은 ‘트레일블레이저(Trailblazer)’라는 이름의 반도체 프로젝트도 삼성전자의 2나노 공정을 통해 테스트를 진행하고 있는 것으로 알려졌다. 트레일블레이저는 모바일 AP가 아니라, 차량용 반도체일 것으로 추정되고 있다.

하지만 삼성전자 파운드리가 TSMC와 경쟁하기 위해서는 여전히 2나노 공정 기술력을 끌어올려야 하는 과제를 안고 있다. 2나노 공정 수율에서 여전히 TSMC에 밀리고 있기 때문이다.

궈밍치 대만 TF인터내셔널 연구원에 따르면 삼성전자의 2나노 공정(SF2) 수율은 40~45% 수준으로 70%에 육박한 TSMC의 2나노 공정(N2)에 비해 뒤처지고 있다. 대만 자유시보는 TSMC의 2나노 공정 수율이 65% 수준이라고 분석했다.

궈 연구원은 “삼성전자가 예정대로 2나노 공정을 통해 테슬라 A16 칩을 성공적으로 양산할 수 있을지는 여전히 예측하기 어렵다”며 “수율이 기대에 미치지 못할 경우, 테슬라 최악의 시나리오는 생산 주문을 TSMC로 돌리는 것이 될 것”이라고 분석했다.

한편 삼성전자 파운드리 사업부는 자체 2나노 AP인 '엑시노스2600'을 내년 초 출시될 갤럭시S26 시리즈에 탑재하기 위해 2나노 공정 수율을 연말까지 60% 이상으로 끌어올리는 데 집중하고 있는 것으로 알려졌다. 

업계는 엑시노스2600이 올 4분기까지 성공적으로 양산돼 갤럭시S26 시리즈에 탑재된다면, 삼성전자 2나노 파운드리 기술 안정화를 검증받게 될 것이며 이로 인해 추가 2나노 파운드리 수주에 청신호가 켜질 것으로 내다보고 있다. 김호현 기자