구글, 차세대 AI칩 '삼성 분할 생산' 검토… TSMC 독점 균열 조짐

글로벌 빅테크 기업 구글이 차세대 인공지능(AI) 반도체 생산 체제를 두고 대만 TSMC 단독 의존에서 벗어나 삼성전자 파운드리를 대안처로 검토하는 움직임을 보이고 있다.

기술 매체 디인포메이션과 증권사 웨드부시가 15일(현지 시각) 발표한 분석 보고서에 따르면, 구글은 오는 2028년 대량생산을 목표로 대만 미디어텍과 공동 설계 중인 10세대 텐서처리장치(TPU) 제조 공정을 쪼개 삼성전자 파운드리에 일부 분할 발주하는 방안을 논의 중이다.

아직 최종 확정 전인 검토 단계이나 TSMC의 고질적인 생산 능력 포화와 초미세 공정의 공급 단가 급등이 맞물리면서 삼성전자가 상용화한 게이트올어라운드(GAA) 구조의 차세대 공정이 시장의 유력한 대안 중 하나로 부각되는 전환 국면을 맞았다.


구글이 고심 중인 분할 생산 전략의 핵심은 개별 칩을 하나로 묶는 '칩렛(Chiplet) 아키텍처 기반 멀티 다이 패키징' 전략이다. 칩의 두뇌 역할을 하며 대규모 연산 처리를 담당하는 컴퓨팅 엔진 영역은 그전처럼 TSMC의 1.4나노미터(nm) 최첨단 공정을 고수한다. 반면 고대역폭메모리(HBM) 인터페이스와 초고속 데이터 전송을 관장하는 핵심 부품인 메모리 입출력(I/O) 다이(코드명 아이스피시)는 삼성전자의 2나노 공정에 위탁하는 방안을 저울질하고 있다.
연산 엔진보다 로직 설계 난도가 낮고 수율 부담이 상대적으로 적은 I/O 다이를 삼성에 배치해 리스크를 분산하겠다는 구상이다. 웨드부시 증권의 맷 브라이슨 애널리스트는 고객 안내문에서 구글의 이 같은 행보가 TSMC의 생산 용량 한계를 보여주는 사례라고 진단했다.

다만 두 파운드리로 제조 공정을 이원화할 경우 TSMC의 코워스(CoWoS)에 대응하는 삼성의 아이큐브(I-Cube) 등 첨단 패키징 통합 과정에서 복잡성이 늘어나고 제조 수율에 부정적 영향을 미쳐 오히려 전체 비용이 상승할 수 있다는 신중론도 함께 제기된다. 특히 서로 다른 파운드리 공정에서 생산된 다이를 하나로 묶는 과정에서 인터포저와 HBM 연결 호환성이 핵심 변수로 꼽힌다.


IT 전문매체 Wccftech도 같은 날 보도를 통해 TSMC의 가파른 공급가 인상 조치가 대형 고객사들로 하여금 삼성전자를 다변화 카드로 고려하게 만드는 기폭제가 될 수 있다고 내다봤다. 시장조사업체와 학계 전문가들의 분석에 따르면, TSMC가 양산 준비 중인 차세대 2나노 공정은 극자외선(EUV) 노광 장비의 도입 증가와 고난도 패키징 공정 탓에 기존 3나노 공정 대비 웨이퍼당 단가가 가파르게 뛸 것으로 관측된다. 인플레이션과 원자재 비용 상승분이 고스란히 반영되는 구조다.

반면 삼성전자는 3나노 공정부터 핀펫(FinFET) 구조의 한계를 극복한 GAA 기술을 세계 최초로 도입해 기술 숙련도를 선제적으로 다져왔다. 향후 2나노 공정 진입 시 원가 경쟁력을 확보할 가능성이 제기되는 배경이다.
다만 시장 일각에서는 삼성전자의 기존 3나노 공정 수율 논란이 여전히 존재하는 만큼 향후 2나노 GAA 공정의 실질적인 수율 안정화가 전제되어야만 TSMC의 가격 장벽을 회피하려는 빅테크 기업들의 틈새 수주를 유치할 수 있을 것으로 보고 있다.


TSMC의 고자세 가격 정책은 구글뿐만 아니라 최대 고객사인 애플과 엔비디아의 구매 전략에도 변수를 던지고 있다. 투자업계와 대만 현지 소식통에 따르면, 이들 기업은 공급망 안정화를 위해 주력 칩은 TSMC 핵심 라인을 선점하더라도 차량용 반도체나 에지 AI, 로봇공학 등 신규 성장동력 칩 물량은 삼성전자에 교차 발주하는 시나리오를 검토 중인 것으로 알려졌다.

증권가에서는 이번 구글과의 협력 논의가 실제 수주로 이어질 경우 삼성전자 파운드리 사업부가 실적 호전을 달성할 추진력을 얻고, 국내 디자인하우스(DSP) 및 후공정(OSAT) 파트너사 전반의 투자심리를 자극할 것으로 기대하고 있다.

그러나 반도체 업계에서는 빅테크 기업들의 실제 발주는 철저한 수율 검증 이후 단계적으로 진행될 가능성이 높아 초기 수주 물량은 제한적일 수 있다고 신중하게 말한다. 과도한 낙관론을 경계하는 것이다. 삼성전자의 차세대 공정 수율 검증 성적표와 글로벌 공급망 내 패키징 통합 역량 확보 여부가 향후 주가의 상방 압력을 결정할 최대 변수다.


첫째, 삼성전자의 2나노 GAA 수율 안정화 속도다. 대형 고객사의 이탈을 막고 실제 양산 물량을 확보하기 위해 필수적인 제조 수율 리스크 통제 여부를 분기별 실적 발표를 통해 밀착 점검해야 한다.

둘째, 구글·미디어텍과의 최종 계약 체결 및 공시 시점이다. 2028년 양산 계획의 구체적인 가시화와 본계약 서명 여부는 파운드리 사업부의 장기 흑자 전환 타이밍을 결정짓는 핵심 펀더멘털 지표다.

셋째, TSMC의 추가 가격 인상 기조와 애플·엔비디아의 다변화 움직임이다. 대만 파운드리의 단가 장벽이 높아질수록 삼성으로의 반사이익 강도가 세지는 만큼 글로벌 빅테크의 웨이퍼 주문 동향을 예의 주시해야 한다.

넷째, 멀티 다이 이원화에 따른 첨단 패키징 역량 확보 여부다. TSMC와 분할 생산 시 발생할 수 있는 패키징 통합 리스크를 극복하고 독자적인 아이큐브 등 첨단 후공정 생태계를 입증하는지가 수주 확정의 관건이다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com