삼성, 엔비디아 2nm GPU 칩 수주 '청신호'... TSMC 아성에 도전장

삼성전자 파운드리 사업부가 엔비디아의 차세대 GAA(Gate-All-Around) 기반 2나노미터(nm, 10억분의 1m) 공정 그래픽처리장치(GPU) 생산 계약 수주에 다가서면서 TSMC의 독주 체제에 균열이 생길 수 있다고 IT전문 매체 폰아레나가 6일(현지 시각) 전망했다.

삼성 파운드리의 이번 움직임은 과거 부진을 씻어내기 위한 행보로 풀이된다.


삼성 파운드리는 2022년 35%에 그친 낮은 수율 탓에 주요 고객사였던 퀄컴의 칩 물량 전체를 경쟁사인 TSMC에 넘겨주는 아픔을 겪었다. 당시 TSMC의 수율은 70%에 이르렀다.

수율 문제는 최근까지 삼성의 발목을 잡았다. 지난해 삼성은 자체 AP인 '엑시노스 2500'의 수율 문제로 갤럭시 S25 시리즈 탑재 계획에 차질을 빚었다. 애초 대부분 국가의 갤럭시 S25와 S25+ 모델에 엑시노스 2500을 탑재할 계획이었으나 생산량 부족 때문에 모든 모델에 퀄컴의 '스냅드래곤 8 엘리트 for 갤럭시'를 사용해야 했다. 이 때문에 삼성은 예상치 못한 4억 달러(약 5464억 원)의 추가 비용을 써야 했다.
위기는 현재 진행형이다. 삼성은 내년에 나올 갤럭시 S26 시리즈에 탑재할 자체 AP '엑시노스 2600'을 2nm 공정으로 양산해 수율을 높이는 데 집중하며 비슷한 과제를 풀어가고 있다. 이런 가운데 엔비디아와의 2nm 칩 계약은 삼성 파운드리가 다시 일어설 중요한 기회가 될 수 있다. 해외 정보 유출가 @Jukanlosreve는 "삼성 파운드리가 엔비디아로부터 중요한 칩 주문을 받을 것"이라면서 "계약이 성사될 경우 업계에 큰 파장이 있을 것"이라고 예측했다.


엔비디아가 개발하는 GPU는 여러 작업을 동시에 처리하는 병렬 처리 방식 덕분에 순차 처리 방식의 중앙처리장치(CPU)보다 인공지능(AI) 가속기로 더 알맞다. AI와 고성능 컴퓨팅(HPC)용 GPU는 반도체 파운드리에서 수익성이 가장 높은 분야 중 하나여서 삼성의 수익 구조를 크게 개선할 수 있다.

관건은 역시 수율이다. 현재 삼성 파운드리의 2nm GAA 공정 수율은 40% 수준까지 올라왔다. 삼성은 연말까지 수익성 확보가 가능한 60~70% 수준으로 끌어올린다는 게 목표다. 현재 엔비디아·퀄컴과 시제품 성능을 평가하는 단계를 밟고 있다.

엔비디아 GPU 양산에 성공한다면 깎였던 기술 명성을 회복하고 시장 점유율도 대폭 끌어올릴 수 있다. 2025년 1분기 기준 삼성 파운드리의 세계 시장 점유율은 7.7%로, 67.6%를 차지한 TSMC와 격차가 크다.

최근 긍정적인 흐름도 있다. 삼성 파운드리는 닌텐도의 인기 게임기 '스위치 2'에 들어가는 엔비디아 설계의 '테그라 T239' SoC를 8nm 공정으로 만들며 TSMC의 물량을 가져오는 데 성공했다. TSMC가 여전히 애플·엔비디아·AMD 같은 대형 고객사를 다수 확보했지만, 고객사들 역시 지정학적 위험을 줄이고 공급망을 다변화하기 위해 삼성과의 협력을 모색하고 있다.

엔비디아 수주에 최종 성공하면 삼성 파운드리는 2025년 말 2nm 공정 대량생산과 함께 시장의 신뢰와 점유율, 수익성을 모두 되찾는 반전의 기회를 잡게 될 전망이다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com