삼성 파운드리 가동률 80% 돌파·2나노 수율 60%대 진입…퀄컴·AMD 수주 협상 돌입

2025년 50% 아래로 추락했던 삼성 파운드리 가동률이 1년 만에 80%를 넘어섰다. 동시에 첨단 2나노 공정 수율도 60%대까지 올라서며 퀄컴·AMD·구글 같은 빅테크 기업들이 협상 테이블에 앉기 시작했다.

대만 IT 전문 매체 디지타임스는 23일(현지시각) 삼성전자 파운드리 사업부의 1분기 공장 가동률이 1년 만에 최고 수준을 회복했다고 보도했다. 6세대 고대역폭 메모리(HBM4) 핵심 부품과 차세대 모바일 프로세서 성능이 검증되면서 미국·중국 기술 기업들의 주문이 쏟아진 결과다. 2025년 내내 주문 부진으로 50% 아래에 머물렀던 평택 P2·P3 라인이 반 년 만에 뚜렷하게 반등했다.


이번 회복세가 주목받는 건 단가 인하 경쟁이 아닌 기술력 입증에서 시작됐다는 점이다. 삼성은 HBM4의 기반 다이(base die)에 자체 4나노 공정을 적용했고, 이것이 외부 수주 확대로 직결됐다. 올해 2월 삼성 반도체 임원은 이 제품의 데이터 전송 속도가 초당 11.7~13기가비트(Gbps)에 달하며 전력 효율이 이전보다 40% 높아졌다고 밝혔다. 삼성은 올해 HBM4 매출이 지난해보다 세 배 늘어날 것으로 보고 있다. 삼성이 경쟁사와 달리 메모리 부서가 기반 다이를 직접 설계하고 파운드리가 생산하는 수직 통합 구조를 갖췄다는 점도 이번 수주 확대에 힘을 보탰다.

Wccftech 등 주요 보도 내용을 보면, 2나노 공정 수율도 60%대까지 올라섰다. 지난해 11월 37%에 머물렀던 수율이 올해 1월 50%를 넘어선 데 이어 다시 뛴 것이다. 삼성은 2022년 세계 최초로 3나노 공정에 GAA(Gate-All-Around, 전류 누설을 줄이는 차세대 트랜지스터 구조) 기술을 도입했으나 초기 수율이 20% 안팎에 머물러 고객사 확보에 애를 먹었다. 업계 관계자는 "4나노 공정은 양산 6년째를 맞아 높은 수율이 달성된 성숙 공정으로 자리잡았다"고 전했다.
엑시노스 2600 모바일 애플리케이션 프로세서(AP)도 반등의 또 다른 축이다. 삼성 2나노 공정으로 생산한 이 칩은 퀄컴 동급 제품을 앞선다는 평가를 받으며 갤럭시 S26 공급 물량이 늘고 있다. Wccftech 등 외신들은 2세대 2나노 SF2P 공정으로 만든 엑시노스 2700이 오는 2027년 갤럭시 S27의 약 50%를 공급할 것이라고 보도했다. S26의 약 25%에서 두 배 규모다. SF2P는 1세대 대비 동작 속도 12% 향상, 전력 효율 25% 개선, 칩 면적 8% 감소가 이뤄진 것으로 전해졌다.


가동률 회복에는 장기 수주 계약이 버팀목이 되고 있다. CNBC는 삼성이 테슬라와 150억 달러(약 21조 원) 규모의 인공지능(AI) 칩 계약을 맺었다고 전했다. 2027년부터는 테슬라 AI5 칩과 함께 애플을 위한 상보성 금속산화막 반도체(CMOS) 이미지 센서도 생산에 들어간다.

트랜드포스와 Wccftech 등 보도에 따르면 미국 IBM과 중국 바이두, 국내 AI 반도체 기업 리벨리온·퓨리오사AI도 삼성 4나노 고객사로 이름을 올렸다. 미국 AI 반도체 스타트업 차브라이트(4나노)·아나플래시(28나노), 국내 스타트업 딥엑스(2나노)와도 계약을 체결했다고 밝혔다.

더 주목할 대목은 퀄컴·AMD·구글이 2나노 AI칩 생산을 삼성과 논의 중이라는 점이다. Wccftech와 탐스 하드웨어 등 보도에 따르면 삼성은 구글, AMD와 2나노 AI칩 생산을 협의하고 있으며, 퀄컴도 차세대 모바일 AP의 2나노 위탁 생산을 검토하고 있다. 퀄컴이 대규모 위탁 생산을 결정하기 위한 기준 수율로 70%를 요구하고 있다는 관측도 나온다. 삼성은 올해 2나노 관련 주문이 지난해보다 30% 이상 늘어날 것으로 보고 있으며, 미국 텍사스 테일러 공장도 올해 가동에 들어갈 예정이다.

증권가에서는 삼성 파운드리와 시스템 대규모 집적회로(LSI) 등 비메모리 부문이 올해 4분기부터 흑자로 돌아설 것이라는 분석이 나온다. 삼성은 1.4나노 공정 개발도 계획대로 진행 중이며 2029년 양산을 목표로 하고 있다.

다만 글로벌 파운드리 시장에서 TSMC 점유율은 지난해 2분기 기준 70.2%로 역대 최고치를 기록한 반면, 삼성은 여전히 7.3%에 머물렀다. 2나노 수율 70% 돌파 여부가 퀄컴·AMD 대규모 수주로 이어지는 분수령이 될 전망이다. 올해 하반기 2나노 공정 본격 양산 시점과 미국 텍사스 테일러 공장 가동 시점이 겹치는 만큼, 두 변수가 동시에 순조롭게 진행될 경우 삼성 파운드리 실적 회복 속도가 당초 예상보다 빨라질 수 있다는 게 시장의 대체적인 시각이다. 반대로 2나노 수율이 목표치(70%)에 미달하거나 테일러 공장 가동이 지연될 경우, 흑자 전환 시점이 뒤로 밀릴 수 있다는 우려도 나온다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com