[비즈니스포스트] 삼성전자가 구글의 인공지능 가속기용 주문형 반도체(ASIC) '텐서처리장치(TPU)' 생태계 확대에 큰 수혜를 입을 것으로 전망된다.

구글 TPU 설계와 생산을 담당하는 브로드컴 내 메모리 공급 점유율에서 삼성전자가 가장 앞서 있기 때문이다.

TPU 생태계 확대로 메모리뿐 아니라, 삼성전자 파운드리(반도체 위탁생산)에서도 수주 기회가 확대될 것으로 예상된다.

12일 반도체 업계 취재를 종합하면 브로드컴이 구글의 AI 반도체인 TPU의 차세대 모델을 개발해 2031년까지 공급하는 장기 계약을 체결하면서, 엔비디아가 사실상 독점하던 AI 칩 시장 구도에 적잖은 변화를 예고하고 있다.

브로드컴은 구글과 2031년까지 차세대 TPU와 네트워킹 부품을 공급하는 장기 계약을 체결하는 동시에 2027년부터 생성형 AI 기업 앤트로픽에 3.5기가와트(GW) 규모의 AI 연산력을 제공하기로 합의했다.

구글 TPU의 외부 판매가 본격화된 것이다.

미국 투자은행 DA데이비슨 측은 "구글이 TPU를 외부에 판매함으로써 AI 반도체 시장에서 20% 가까운 점유율을 확보할 수 있을 것"이라고 전망했다. 

3.5GW는 약 350만 가구가 쓸 수 있는 전력량으로, 구글의 7세대 TPU '아이언우드' 300만 개를 동시에 가동할 수 있는 수준으로 추산된다. 아이언우드 한개에 6~8개의 HBM3E가 들어간다는 것을 감안하면, 1800만~2400만 개의 신규 HBM 수요가 발생하는 셈이다.

삼성전자는 구글의 최대 HBM 공급업체다.

2025년 구글 TPU용 HBM3E 공급량의 60%를 담당했으며, 그 결과 2025년 삼성전자 5대 매출처에 구글이 처음으로 이름을 올리기도 했다.

올해 출시를 앞둔 8세대 TPU용으로는 HBM4를 공급할 것으로 예상되는데, 구글의 TPU를 앤트로픽, 메타 등 외부 기업도 활용하기 시작하면서 올해 삼성전자의 구글-브로드컴 관련 HBM 매출은 지난해보다 배 이상 증가할 것이란 전망이 나온다.

장문영 현대차증권 연구원은 "알파벳(구글)의 TPU가 내부적 효율성 개선을 넘어 외부 고객 수요까지 확장되고 있다"며 "이번 계약이 단발성 수주가 아니라 TPU 생내계의 중장기 확장 계획이 구체적 수요와 함께 본격적으로 가시화된 것으로 평가된다"고 분석했다. 삼성전자는 메모리뿐 아니라 파운드리에서도 TPU 수주 기회를 모색하고 있다.

구글과 브로드컴은 현재 대만 TSMC의 파운드리를 활용하고 있다. 7세대 TPU '아이언우드'는 TSMC의 3나노 공정으로 제조됐다.

하지만 향후 TPU 수요가 증가함에 따라 '멀티 공급사' 체제를 검토해야 할 것으로 보인다. 늘어나는 생산량을 TSMC가 모두 감당하기 어려울 가능성이 높기 때문이다.

TSMC는 2028년까지 2나노 생산량 모두 예약이 꽉 찬 상황이며, 2030년 가동 예정인 TSMC 애리조나 4공장도 착공 전부터 이미 주문이 마감된 것으로 알려졌다.

삼성전자는 파운드리에서 구글과 협력한 경험을 갖고 있다.

삼성전자는 구글의 모바일 칩 '텐서'를 1세부터 4세대까지 제조해왔으며, 텐서4는 삼성전자의 첨단 4나노 공정을 활용했다.

3나노에서는 수율(완성품 비율)이 빨리 올라오지 않아 구글과 협력관계가 끊어졌지만, 2나노에서는 수율을 안정화하는 데 성공한 만큼 파운드리 협력을 재개할 가능성이 높아진 것으로 분석된다.

삼성전자는 2나노 공정으로 자체 모바일 프로세서(AP) '엑시노스2600' 양산에 성공했으며, 지난해 7월 테슬라의 2나노 AI 칩 'AI6'을 공급하는 22조7천억 원 규모의 계약을 체결하기도 했다.

또 파운드리와 HBM을 동시 공급할 수 있다는 점이 강점으로 부각되고 있다.

'HBM 생산 + 파운드리 제조 + 첨단 패키징(AVP)'까지 한번에 진행함으로써 반도체 공급 병목을 최소화할 수 있는 것이다. 구글 TPU의 특성에 맞는 HBM을 설계할 때, 메모리 부서와 파운드리 부서가 같은 회사 안에 있으면 설계 수정과 피드백 속도가 빠르다는 점도 장점으로 꼽힌다.

전영현 삼성전자 디바이스솔루션(DS)부문장 대표이사 부회장은 지난 3월18일 주주총회에서 "삼성전자는 시스템반도체와 메모리, 파운드리와 패키징(후공정)까지 원스톱 솔루션을 제공하는 세계 유일의 기업"이라며 "이 강점을 바탕으로 올해 AI 반도체 시장에서 주도권을 확보하기 위한 기술 경쟁력을 갖춰 나가겠다"고 말했다. 나병현 기자