[딜사이트 김가영 기자] 글로벌 빅테크 기업들이 인공지능(AI) 반도체 개발에 나서면서 이들이 삼성전자 파운드리의 새로운 '큰 손 고객'으로 부상할 수 있을 지 이목이 집중되고 있다. 삼성전자 역시 수율 확보와 더불어 게이트올어라운드(GAA) 기술을 공정 과정에 도입하는 등 AI 반도체 시대를 대비하는 모습이다. 그러나 여전히 TSMC의 파운드리 점유율이 높은 상태라서 일각에서는 삼성전자가 2나노미터 공정 기술력을 입증해야 역전할 수 있을 것으로 전망 중이다.

5일 반도체 업계는 메타가 대규모언어모델(LLM) '라마3'를 구동하는 데 필요한 AI 반도체를 삼성 파운드리에서 공급받을 가능성을 높게 점치고 있다. 앞서 메타는 자체 개발한 1세대 AI 반도체 'MTIA'에 이어 최근 공개한 2세대 제품 역시 TSMC에서 개발한 칩을 사용했다. 하지만 미·중 갈등으로 인한 지정학적 리스크가 높아지면서 메타가 TSMC에 대한 의존도를 줄일 것으로 내다봐서다.

실제 지난달 29일 윤석열 대통령을 만난 마크 저커버그 메타 CEO 역시 TSMC에 반도체 생산 전략을 위탁하는 것에 대한 우려를 표하는 동시에 "삼성이 파운드리 거대 기업으로 글로벌 경제에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있다"며 "삼성과 협력에서 중요한 포인트가 될 수 있다"고 말한 바 있다. 

나아가 저커버그 CEO는 지난 27일 이재용 삼성전자 회장과 만찬을 갖고 AI 반도체 협력 방안에 대해 논의한 것으로 알려졌다. 이외샘 알트먼 오픈AI CEO 역시 지난 1월 한국에 방문해 삼성전자와 함께 AI 반도체 제조를 논의하기도 했다.

글로벌 빅테크 기업들이 이처럼 자체적으로 AI 반도체 제조에 나선 이유는 해당 시장을 엔비디아가 사실상 독점한 상태인 점과 무관치 않다. AI 반도체의 가격이 3만 달러 이상으로 치솟은 가운데 품귀 현상까지 빚고 있다 보니 안전한 공급망 확보가 어느 때보다 중요해진 까닭이다.

시장은 이에 삼성전자 파운드리가 AI 반도체 제조 역량을 보여줄 경우 메타와 오픈AI를 비롯한 수많은 고객사를 확보할 것으로 전망하고 있다. 삼성전자 역시 최근 미국 실리콘밸리에 AI 전용 반도체 개발을 담당할 'AGI 반도체 개발 조직'을 신설했고, AI 반도체에 최적화된 공정인 GAA 기술력을 높이는 등 시장 대응을 위해 준비에 나선 모습이다.

문제는 삼성전자의 3나노 수율이 아직 미진하고 대만 파운드리 기업들의 점유율이 여전히 높다는 점이다. 업계에 따르면 현재 삼성전자의 3나노 수율은 50%중후반대에 머물고 있다. 일각에선 70%이상으로 끌어올렸을 것으로 예상하고 있지만, GAA 공정 방식이 아직 안정적이지 않아 수율 확보에 어려움을 겪고 있다는 분석이다. 

AI 반도체는 3나노 이하 초미세공정으로 제작되는데, 삼성전자는 최근까지 초미세 공정을 적용하는 대형 AI칩 파운드리 고객사를 확보하지 못했다. 반면 TSMC는 현재 엔비디아, AMD와 같은 대형 팹리스 기업의 AI칩 등을 양산하고 있고, 구글과 테슬라가 자체 개발한 AI 칩도 생산하고 있다. 지금까지의 추세로 미루어 보면 AI 반도체 역시 TSMC가 대부분 수주할 가능성이 높은 상황이다. 

다만 지난달 삼성전자가 일본 PFN(Preferred Networks)의 2나노 공정 기반 AI 가속기 칩을 수주하면서 분위기 전환이 가능할 것이라는 의견도 나온다. PFN은 일본의 주요 AI 딥러닝 전문 개발업체다. PFN은 지금까지 TSMC를 통해 자사의 AI칩인 'MN-코어' 시리즈를 제조했다. 그러나 2나노 공정부터는 삼성전자와 삼성전자의 DSP(디자인솔루션파트너)에 파운드리와 설계를 맡긴 것으로 알려졌다. 

삼성전자 역시 2나노 양산 준비에 나서고 있다. 회사는 모바일향 중심으로 2025년 2nm 공정(SF2)을 양산하고, 2026년 고성능 컴퓨팅(HPC)향, 2027년 오토모티브향 공정으로 점진적으로 확대한다는 계획이다. 3나노 공정에서는 TSMC에 뒤쳐졌지만 GAA 기술이 자리를 잡고 2나노를 통해 경쟁력을 확보하면 '파운드리 점유율 1위'타이틀을 되찾을 수 있을 것이란 게 시장의 시각이다. 

시장 한 관계자는 "아직 2나노 공정은 상용화 단계가 아닌 만큼 기술력을 평가하긴 어렵지만 삼성전자가 GAA를 먼저 도입한 만큼 TSMC를 제칠 기회로 작용할 수 있다"고 말했다. 이어 "최근까지 파운드리 기업 중 고가는 TSMC, 저가는 UMC로 생산을 맡기는 게 일반적이었다"며 "TSMC 의존도를 낮추기 위해 주요 기업들이 삼성전자 파운드리로 분산해 AI 반도체를 생산할 가능성이 있지만, 일단 기술력을 입증하면 향후 파운드리 점유율을 높일 수도 있을 것"이라고 설명했다.