[비즈니스포스트] 삼성전자가 수율(완성품 비율) 문제를 겪고 있는 3나노 파운드리(반도체 위탁생산) 공정에서 TSMC와 협력을 강화할 것으로 보인다. 

특히 3나노 공정으로 개발하는 6세대 고대역폭메모리(HBM), HBM4의 ‘로직다이’뿐만 아니라 삼성전자의 자체 모바일 프로세서(AP) 엑시노스2500까지 TSMC에 맡길 가능성이 제기되고 있다.
 
삼성전자는 TSMC와 협력을 통해 파운드리 투자를 효율화하고, HBM4 메모리와 파운드리 2나노 공정 등 차세대 기술에 집중할 것으로 전망된다.

15일 반도체 업계 취재를 종합하면, 삼성전자가 ‘선택과 집중’을 위해 주요 제품의 3나노 파운드리를 TSMC에 맡기고 차세대 기술 개발에 집중하는 방안을 검토하고 있는 것으로 파악된다.

대만 시장조사업체 트렌드포스는 최근 IT와 반도체 관련 정보유출자(팁스터) 주칸로스레브를 인용해 삼성전자가 차세대 엑시노스 AP 생산을 TSMC에 맡길 가능성이 있다고 내다봤다.

전 퀄컴 엔지니어이자 연구개발(R&D) 분석 책임자로 일했던 사미르 카자카 연구원 역시 자신의 사회관계망서비스(SNS)를 통해 TSMC의 엑시노스 생산 가능성이 사실일 것이라고 추정했다.

삼성전자는 2026년 출시되는 엔비디아의 AI 반도체 ‘루빈’에 탑재할 HBM4의 ‘로직다이’ 개발을 위해서도 TSMC의 3나노 공정 기술 활용을 검토하고 있는 것으로 보인다. 로직다이는 이전 세대와 다르게 고객 맞춤형 생산을 가능하게 하는 HBM4의 핵심으로, 첨단 파운드리 공정이 필수로 요구된다.

댄 코흐파차린 TSMC 에코시스템/얼라이언스 관리 책임자는 올해 9월 대만에서 열린 ‘세미콘 2024’에서 “삼성전자와 TSMC가 HBM4를 공동 개발하고 있다”고 말했다. 

삼성전자 측도 10월 말 열린 삼성전자 3분기 실적발표 콘퍼런스콜에서 “(HBM4의) 로직다이 제조와 관련한 파운드리 파트너 선정은 ‘내외부와 관계없이’ 고객 요구에 맞춰 대응하고 있다”고 말하며 TSMC와 협력 가능성을 암시했다.

삼성전자의 2세대 3나노 게이트올어라운드(GAA) 공정인 SF3 수율은 20%에 머무르고 있는 것으로 알려졌다.

반면 TSMC의 향상된 3나노 공정인 N3E 공정 수율은 80~90%에 이르는 것으로 전해졌다. 삼성전자와 비교해 4배 가량 높은 수치다.

엑시노스2500과 HBM4 로직다이를 TSMC에 맡긴다면 삼성전자의 3나노 투자는 줄어들 것으로 보인다.
 

게다가 애플, 구글, 엔비디아 등 빅테크들의 3나노 수주를 TSMC에 빼앗긴 상황에서, 삼성전자가 3나노 공정을 위한 투자를 진행하긴 어려운 상황이 됐다.

이에 따라 삼성전자는 차세대 2나노 공정기술 개발에 더 집중하는 것으로 분석된다.

삼성전자 측은 3분기 실적발표 콘퍼런스에서도 “파운드리 투자를 축소하고 내년 2나노 빅테크 수주에 나서겠다”고 밝혔다.

최근 삼성전자는 2027년 출시될 갤럭시S27 시리즈에 탑재될 차세대 엑시노스 개발을 위해 2나노 SF2P 공정을 개발하고 있는 것으로 알려졌다. 

다만 일각에서는 3나노 파운드리를 TSMC에 맡기는 것에 우려의 시선을 보내고 있다.

삼성전자가 엑시노스 AP를 활용하는 가장 큰 이유는 자체 생산에 따른 스마트폰 원가 절감 효과인데, TSMC가 생산을 맡게 되면 원가가 올라갈 수밖에 없을 것으로 예상된다.

다만 스마트폰 판매로 높은 이익률을 내고 있는 애플도 모바일 AP 설계만 하고 생산은 TSMC에 맡기고 있다.

게다가 퀄컴이 AP 가격을 매년 올리고 있는 상황에서 삼성전자의 자체 AP 생산을 통한 원가 절감 필요성은 높아지고 있다.

일본 닛케이가 아이폰16을 분해해 원가를 분석한 결과에 따르면 애플 ‘A18프로’ AP 가격은 135달러(약 18만9천 원) 수준이었다. 갤럭시S25 시리즈에 탑재될 것으로 알려진 퀄컴의 ‘스냅드래곤8 엘리트’가 190달러(약 26만2천 원)로 추산되는 점을 감안하면 약 40% 싼 셈이다.

게다가 삼성전자가 메모리, 파운드리, 설계 등 모든 분야에 투자를 늘리기 힘든 상황에서 TSMC와 협력은 적절한 대안이 될 수 있다는 분석도 나온다.

반도체 업계 관계자는 “삼성전자 반도체는 담당하는 영역이 많아 부문 사이에 소통과 투자 집중이 안되고 있는 상황”이라며 “HBM 등 메모리 반도체 추격이 시급한 상황에서 TSMC와 협력은 긍정적 대안이 될 수 있다”고 말했다.