삼성전자·Arm, 2나노 동맹… TSMC 추격 수율 시험대

삼성전자가 영국 반도체 설계 기업 암(Arm)과 스마트 기기용 2나노 맞춤형 인공지능 칩 공동 개발을 확정하며 첫 수주 물량 확보에 나섰다.

IT 전문 매체 새미팬즈는 2026년 9월 5일(현지시각) 삼성이 Arm의 설계자산과 자사 2나노 공정을 결합한 신규 프로젝트에 돌입했다고 보도했다. 대만 TSMC가 장악한 첨단 파운드리 시장에서 이번 프로젝트는 한국 반도체 제조 생태계의 기술 경쟁력을 입증할 분수령이라는 평가가 나온다.


이번 협력은 Arm이 2026년 8월 말 초기 개발 예산을 승인하면서 실무 개발 단계로 진입했다. 양사가 개발하는 반도체는 스마트폰을 포함한 모바일 기기 내부에서 인공지능 연산을 직접 처리하는 신경망처리장치 특화 칩이다. 외부 데이터센터 서버를 거치지 않아 데이터 처리 지연을 줄이고 기기 자체 보안성을 확보할 수 있다.
세부 업무 분담 체계도 확정됐다. Arm은 인공지능 가속기 설계를 비롯한 핵심 설계자산(IP)을 삼성 측에 제공한다. 삼성전자 시스템LSI 사업부는 칩 아키텍처와 전체 설계를 주도하며, 파운드리 사업부는 자체 2나노(SF2) 공정 라인에서 전량 위탁 생산을 담당한다.

시장 일각에서는 오픈AI를 잠재 수요처로 거론했으나, 오픈에이아이는 해당 칩의 구매나 도입 여부를 공식 확인하지 않았다.


이번 프로젝트는 삼성전자가 설계 역량과 첨단 제조 공정을 한데 묶는 수직 통합형 사업 모델을 실증하는 계기다. 산업통상자원부 반도체 산업 분석에 따르면 첨단 모바일 프로세서 시장에서 맞춤형 칩 수요는 매년 두 자릿수 성장을 이어가는 추세다.

빅테크 기업들이 범용 반도체 대신 자체 맞춤형 칩 개발을 늘리면서 신규 제조 물량을 유치할 교두보가 마련됐다는 분석이 나온다.

맞춤형 반도체 수주가 안착하면 가동률 정체를 겪던 첨단 파운드리 라인의 수익성 개선이 가능하다. 파운드리 사업부의 생산 확수는 디자인솔루션파트너(DSP)와 후공정 패키징 협력사로 이어지는 일감 확대로 연결된다.
대만 TSMC가 90% 이상 독점해 온 인공지능 가속기 및 초미세 위탁생산 체제에서 다변화 대안을 제시할 수 있다는 점도 긍정적 요인으로 꼽힌다.


초미세 공정의 양산 수율 안정화는 시장 안착을 결정할 최대 난제다. 2나노 공정은 트랜지스터 구조를 게이트올어라운드(GAA)로 고도화하는 과정에서 결함 제어가 까다롭다. 양산 초기 단계에서 목표 수율을 조기에 달성하지 못하면 고객사의 후속 완제품 출시 일정이 연쇄적으로 미뤄질 위험이 상존한다.

수조 원대 연구개발비와 장비 투자가 투입된 만큼 공정 결함에 따른 제조 단가 상승은 채산성을 악화시키는 요인이다. 글로벌 경기 침체로 스마트폰 완제품 수요가 위축될 경우 대규모 설비투자가 고정비 부담으로 전이될 가능성도 배제하기 어렵다.

파운드리 2나노 라인의 실질 수율 검증과 시제품의 전력 효율 지표가 향후 한국 파운드리 산업의 수주 영토 확장을 판가름할 핵심 변수 가운데 하나로 꼽힌다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com