삼성 파운드리, 테슬라 칩 ‘AI5’ 테이프아웃 단계 도달
“‘2나노 기반’ AI5, 조만간 테슬라 최신 제품에 탑재”
삼성, 美 공장 가동 임박에 공정 수율 개선 성공 관측
2나노 GAA 공정 기반 파운드리 사업 본격 성장 기대

미국 텍사스주 테일러에 건설 중인 삼성전자 파운드리공장. <사진=삼성전자>

미국 전기차 업체 테슬라의 파운드리(반도체 위탁 생산) 파트너로 자리매김한 삼성전자가 차세대 AI 반도체 ‘AI5’의 구체적인 양산 일정을 공개했다. 삼성은 내년부터 미 텍사스주 테일러공장에서 테슬라의 AI 칩을 본격 생산한다는 방침이다.

삼성전자 파운드리사업부의 한 엔지니어는 최근 SNS 링크드인을 통해 “테슬라의 자율주행 시스템용 AI 반도체 AI5가 ‘테이프아웃(시제품 양산)’ 단계에 도달했다”며 “AI5는 삼성의 테일러공장에서 선단 2나노 공정을 기반으로 제조될 예정이며, 조만간 테슬라 최신 제품에 탑재될 것이다”고 밝혔다. 다만 해당 게시글은 언론에 보도되자 얼마 지나지 않아 삭제됐다.

삼성 파운드리의 테슬라 AI5 생산 일정이 구체적으로 공개된 것은 이번이 처음이다.

테이프아웃은 팹리스(반도체 설계) 업체가 최종 설계를 마친 칩을 파운드리 업체에 넘겨 제조를 준비하는 과정으로, 사실상 대량 양산 준비를 위한 마지막 단계다.

이에 테일러공장은 올해 말 초기 가동을 시작한 뒤, 내년부터 테슬라 등 주요 고객사의 제품 생산에 나설 것으로 예상된다.

삼성전자 평택캠퍼스 반도체 생산라인. <사진=삼성전자>

삼성전자 테일러공장의 가동이 임박하면서 삼성 파운드리에 대한 평가가 다시 쓰여지고 있다. 시장에서는 삼성이 선단 파운드리 공정 수율 개선에 성공한 것 아니냐는 분석을 내놓는다.

실제로 삼성전자 테일러공장은 혁신 기술이 총망라된 미국 내 핵심 거점이다. 앞서 2021년 삼성은 미 텍사스주 테일러에 170억달러 규모의 파운드리공장을 짓겠다는 계획을 발표하고, 생산라인을 구축해 왔다. 특히 해당 공장은 선단 공정인 2~4nm 기반 파운드리 생산라인을 갖출 것으로 전해졌다.

이같은 최첨단 설비의 효율을 극대화하기 위해선 무엇보다도 파운드리 역량의 핵심 가늠자인 공정 수율을 끌어올리는 게 중요하다.

그간 삼성전자는 파운드리 경쟁력 강화에 사력을 다해 왔다. 실제로 삼성 최고 경영진들은 “내실부터 다지자”고 목소리를 높였다는 후문이다.

이에 글로벌 파운드리 시장 1위 대만 TSMC에 밀려 고전하고 있는 삼성은 파운드리 사업의 첨단 기술 확보에 집중하고, 고객사 확보에 전념했다.

특히 삼성전자는 1.4나노 등 차세대 공정 개발보다 2나노 등 선단 공정 수율 개선에 주력하는 형태로 파운드리 전략을 수정했다.

삼성은 지난해 ‘SAFE 포럼’에서 1.4나노 양산 목표를 당초 2027년에서 2029년으로 2년 늦추기로 했다. 대신 2나노 공정의 완성도를 높여 팹 가동률과 수익성을 높이겠다는 목표를 제시했다.

기술 초격차 전략을 강조해 온 삼성이 스스로 해당 전략을 내려놓기로 한 것은 시사하는 바가 크다. 첨단 공정 경쟁에만 몰두하다 보니 정작 중요한 상용화 시장에서 경쟁력을 높이는데 실패했다는 것을 스스로 시인한 셈이다.

사실상 삼성은 파운드리 경쟁자인 TSMC와의 격차가 큰 폭으로 벌어지자, 초미세 공정인 1.4nm 개발에서 한발 물러서는 대신 2nm 공정에 집중해 수율을 개선하는 데 방점을 찍었다. 이를 토대로 전 세계　파운드리 시장 점유율을 확대하는 방향으로 전략을 수정한 것으로 보인다.

이런 와중에 삼성 파운드리가 곧 테슬라의 AI5를 생산한다는 소식이 전해지면서, 2나노 공정 수율을 70% 이상으로 개선한 것 아니겠냐는 긍정적인 분석이 나오고 있다. 당초 삼성의 2나노 수율은 수익성 확보 단계인 70%에 못 미친 것으로 전해졌다. 그러나 부단한 기술 개발 노력을 통해 이를 크게 향상시켰고, 마침내 AI5 양산을 위한 테슬라의 요구 수준에 도달했다는 것이다.

이재용 삼성전자 회장(가운데)이 2025년 12월 삼성전자 기흥캠퍼스 내 ‘NRD-K’ 클린룸 시설을 살펴보고 있다. <사진=삼성전자>

이렇듯 최근 삼성전자가 파운드리 역량을 대폭 제고하게 된 것은 이재용 삼성전자 회장이 강조해 온 ‘기술 초격차’ 전략에 따라 경쟁력 강화에 힘쓴 덕분이다.

이 회장은 앞서 지난 2019년 4월 ‘시스템 반도체 비전 2030’을 통해 “메모리 반도체에 이어 파운드리를 포함한 시스템 반도체에서도 확실히 1등을 하겠다”고 선언한 바 있다.

이어 “2030년까지 시스템 반도체 생산 및 연구개발(R&D)에 133조원을 투자해 전 세계 파운드리 1위인 대만 TSMC를 넘어서겠다”고 도전장을 냈다.

또한 삼성전자는 대규모 투자를 단행해 GAA(게이트올어라운드) 공정 리더십을 더욱 강화한다는 포부도 내비쳤다. 삼성은 지난 3월 ‘2026년 삼성전자 기업 가치 제고 계획’을 통해 올해 110조원 이상의 투자를 집행한다고 밝혔다. 삼성의 연간 투자 규모가 100조원을 상회하는 것은 이번이 처음이다.

해당 재원은 반도체 사업을 영위하고 있는 DS(디바이스솔루션) 부문에 집중될 전망이다.

삼성전자 미국 텍사스주 오스틴공장. <사진=삼성전자>

삼성전자의 미 핵심 생산 거점인 테일러공장이 선단 공정의 안정적인 수율을 기반으로 첨단 칩 생산을 본격화한다면, 글로벌 파운드리 시장에서의 위상은 한층 공고해질 것으로 기대를 모은다.

시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올 1분기 삼성전자의 글로벌 파운드리 시장 점유율은 6.5%를 기록했다.

다만 세계 1위 TSMC에는 턱 없이 모자란 수치다. 올 1분기 TSMC의 파운드리 시장 점유율은 72.3%에 달한다.

삼성전자와 TSMC 간 점유율 격차는 무려 65.8%p나 됐다. 글로벌 파운드리 시장 2위라는 타이틀이 무색하게 삼성이 TSMC와의 간극을 좀처럼 좁히지 못하고 있는 것이다.

이같은 상황에서, 삼성이 테일러공장에서 첨단 AI 칩을 적극 양산한다면 삼성의 파운드리 지배력은 폭발적으로 확대될 것으로 보인다.

이는 만년 적자 사업부로 여겨졌던 삼성 파운드리의 실적을 개선하는 데도 지대한 영향을 미칠 전망이다. 특히 테슬라 AI5 물량이 출하되는 내년부터는 흑자전환할 가능성이 높다는 게 업계의 중론이다.

[CEO스코어데일리 / 오창영 기자 / dongl@ceoscore.co.kr]