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애플과 TSMC의 AI 및 반도체 기술 협력 현황 분석

일일 보고서 29.05.2024
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목차

  1. 도입부
  2. 애플-TSMC의 협력 개요
  3. TSMC의 3나노 공정 기술
  4. 자체 AI 칩 개발 현황
  5. 아이폰15 및 M4 칩 발열 논란
  6. 애리조나 공장의 건설 지연
  7. 시장 영향 및 경쟁 상황
  8. 결론
  9. 출처 문서

1. 도입부

  • 이 리포트는 애플과 TSMC의 최근 AI 및 반도체 기술 협력 현황을 종합적으로 분석하여, 현재와 과거의 데이터를 기반으로 관련 사건의 객관적인 사실을 정리하고자 합니다.

2. 애플-TSMC의 협력 개요

  • 2-1. 애플과 TSMC의 협력 배경

  • 애플과 TSMC의 협력 배경은 인공지능(AI) 반도체 시장에서의 독주 체제를 저지하려는 시도입니다. 현재 엔비디아가 AI 반도체 시장의 80% 이상을 점유하고 있는 상황에서, 애플은 TSMC와 손잡고 자체 AI 칩 개발에 착수하게 되었습니다. 이는 애플이 데이터센터용 AI칩 개발을 통해 엔비디아에 대한 의존도를 낮추고자 하는 전략의 일환입니다.

  • 2-2. 협력의 주요 목적 및 기대 성과

  • 이 협력의 주요 목적은 엔비디아의 독주 체제에 맞서 AI 칩 주도권을 확보하는 것입니다. 애플은 TSMC와 협력하여 데이터센터에서 대규모 데이터를 처리하고 AI 소프트웨어를 실행할 수 있는 AI 칩을 개발하고 있으며, 이를 통해 엔비디아 제품에 대한 의존도를 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다. 특히, 애플의 프로젝트는 내부코드명 'ACDC'로 진행되고 있으며, 기존의 AI 학습 성능을 크게 개선하는 것을 기대하고 있습니다.

  • 2-3. 협력의 주요 프로젝트

  • 애플과 TSMC의 주요 협력 프로젝트는 데이터센터용 AI 칩 공동 개발입니다. 애플은 수년 전부터 해당 프로젝트를 진행해왔으며, 특히 추론용 AI 칩 개발에 집중하고 있습니다. 이러한 칩들은 데이터센터에서 AI 소프트웨어를 실행하고 대규모 데이터를 처리하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 또한, 애플은 자체 개발 시스템 반도체인 'M4'를 통해 AI 기능 향상을 도모하고 있으며, 이는 초당 38조 회의 연산처리 능력을 갖춘 뉴럴 엔진을 탑재하고 있습니다.

3. TSMC의 3나노 공정 기술

  • 3-1. TSMC 3나노 공정 개요

  • TSMC는 현재 3나노미터(nm) 공정을 통해 반도체를 생산하고 있습니다. 이 공정 기술은 이전 세대 공정 기술로부터 상당한 성능 향상과 전력 효율성을 제공합니다.

  • 3-2. M3 시리즈와 3나노 공정 기술

  • 애플은 최신 맥북 프로와 아이맥에 TSMC의 3나노 공정을 적용한 M3 시리즈 칩셋을 탑재하였습니다. 이 칩셋은 M3, M3 프로, M3 맥스 세 가지 종류로 구성되며 각 칩셋은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다: - M3: 8코어 CPU, 10코어 GPU, 250억개의 트랜지스터 포함 - M3 프로: 12코어 CPU, 18코어 GPU, 370억개의 트랜지스터 포함 - M3 맥스: 16코어 CPU, 40코어 GPU, 920억개의 트랜지스터 포함

  • 3-3. 3나노 공정의 성능 및 특징

  • TSMC의 3나노 공정 기술로 제작된 M3 시리즈 칩셋은 다음과 같은 성능 향상을 보여줍니다: - GPU: M1 대비 최대 65% 성능 향상, 다이나믹 캐싱 기술, 메시 쉐이딩, 가속형 레이 트레이싱 지원 - CPU: M2 대비 성능 코어는 15%, 효율 코어는 30% 성능 향상 - NPU: M1 대비 60%, M2 대비 15% 성능 향상 - 메모리: 최대 128GB 메모리 지원 이러한 성능 향상으로 인해 M3 시리즈를 탑재한 맥북 프로는 인텔 기반 맥북 프로에 비해 최대 11배 빠른 성능을 자랑하며, 배터리 효율도 크게 개선되어 최대 22시간 사용이 가능합니다. 다만, 아이폰15 시리즈의 일부 모델에서 발열 문제가 발생하고 있어 TSMC의 3나노 공정 기술에 대한 의문이 제기되고 있습니다.

4. 자체 AI 칩 개발 현황

  • 4-1. 애플과 TSMC의 자체 AI 칩 개발 추진

  • 애플은 데이터센터용 AI 칩의 자체 개발을 위해 TSMC와 협력하고 있습니다. 글로벌이코노믹 보도에 따르면 애플은 대만 TSMC와 손잡고 데이터센터용 AI 칩을 개발하고 있으며, 이는 대규모 데이터를 처리하고 AI 소프트웨어를 실행하는 데 초점을 맞추고 있습니다.

  • 4-2. ACDC 프로젝트 및 데이터센터용 AI 칩

  • 월스트리트저널(WSJ) 등 외신 보도에 따르면, 애플은 내부코드명 'ACDC'로 불리는 프로젝트를 통해 데이터센터용 AI 칩을 개발하고 있습니다. 이 칩은 엔비디아가 장악하고 있는 추론용 AI 칩을 대체할 목적으로 개발되며, 초당 38조 회의 연산처리 능력을 갖춘 뉴럴 엔진을 장착한 것으로 알려져 있습니다.

  • 4-3. 시장 반응 및 기대

  • 애플과 TSMC의 협력에 대한 시장의 반응은 긍정적입니다. 엔비디아의 독주 체제에 대항하기 위해 빅테크 기업들이 자체 AI 칩 개발에 나서고 있는 상황에서, 애플과 TSMC의 협력은 중요한 의미를 갖습니다. AI 칩 개발을 통해 엔비디아 의존도를 낮추고자 하는 움직임이 본격화되면서, 업계에서는 애플과 TSMC의 AI 칩 개발이 상당한 파급력을 가질 것으로 기대하고 있습니다.

5. 아이폰15 및 M4 칩 발열 논란

  • 5-1. 아이폰15 프로 및 프로맥스 발열 문제

  • 애플이 2023년 9월 출시한 아이폰15 시리즈 중 고급 모델인 '아이폰15 프로'와 '아이폰15 프로맥스'에서 발열 문제가 발생하고 있습니다. 일부 사용자는 고사양 게임을 실행하거나 특정 앱을 사용할 때 기기의 온도가 비정상적으로 높아진다고 불만을 제기했습니다. 특히 충전 중이거나 10분 정도 통화하는 경우에도 발열이 심하게 나타났습니다. 유튜브 채널 '기커완'에서 측정된 바에 따르면, 300니트 밝기와 25도 실온 조건에서 고사양 모바일 게임을 실행 시 아이폰15 프로의 온도는 30분 만에 48.1도, 프로맥스는 45도까지 상승했습니다.

  • 5-2. 발열의 원인에 대한 분석

  • 발열의 원인은 아직 명확히 밝혀지지 않았습니다. 애플은 이에 대해 공식적인 입장을 밝히지 않고 있습니다. 여러 가지 분석이 제기되고 있는데, 그중 하나는 아이폰15에 탑재된 TSMC의 3nm 공정에서 생산된 A17 프로 AP(Application Processor)의 성능 문제입니다. 일부 전문가들은 TSMC의 3nm 공정 품질에 의구심을 제기하고 있으며, 반면에 애플의 열 시스템 설계 변화로 인한 문제일 가능성도 제기되고 있습니다. 또 다른 의견으로는 USB-C 포트 적용에 따른 소프트웨어 문제를 원인으로 보고 있습니다.

  • 5-3. 시장 반응 및 전망

  • 아이폰15 발열 문제로 인해 시장 반응은 부정적입니다. 애플 사용자 커뮤니티와 여러 소셜 미디어에서는 '전화 8~10분만 해도 폰이 뜨겁다', '충전 시 발열이 심하다'는 게시물이 다수 올라오고 있습니다. 이러한 발열 문제는 기기의 성능을 떨어뜨릴 수 있는 심각한 문제로 평가되고 있습니다. 이에 따라 아이폰15 시리즈의 판매에도 부정적인 영향을 미칠 것이라는 전망이 나옵니다. 애플 전문가 궈밍치는 발열 문제가 해결되지 않으면 아이폰15의 출하량에 영향을 미칠 수 있다고 지적했습니다.

6. 애리조나 공장의 건설 지연

  • 6-1. 애리조나 공장 건설 지연 현황

  • 대만의 TSMC가 미국 애리조나에 건설 중인 반도체 공장이 당초 계획보다 1년 늦어진 2025년에 가동될 예정입니다. 이는 세계 최대 파운드리 기업인 TSMC가 반도체 생산을 위해 미국 애리조나에 공장을 건설하는 프로젝트입니다. 관련 업계에 따르면, 류더인(마크 리우) TSMC 회장이 애리조나 공장에서의 반도체 생산이 2025년으로 연기될 것이라고 밝혔습니다.

  • 6-2. 지연의 원인 및 영향

  • TSMC는 애리조나 공장 건설 지연의 주요 원인으로 숙련된 인력 부족을 들었습니다. 류더인 회장은 현지에 첨단 장비를 설치할 만큼 숙련된 인력이 부족하여 대만에서 전문 인력을 추가로 파견해 현지 근로자들을 훈련시키고 있다고 밝혔습니다. 이로 인해 애리조나 공장에서 생산된 칩을 사용할 예정이었던 애플의 계획도 차질을 빚게 되었습니다. 애플은 현재 TSMC로부터 아이폰과 아이패드 등에 들어가는 최신 칩을 공급받고 있으나, 대부분의 생산은 대만 현지 공장에서 이루어지고 있습니다.

  • 6-3. 애플의 대응 및 계획 변경

  • 애플의 팀 쿡 최고경영자(CEO)는 TSMC 애리조나 공장의 장비 반입식에서 공장에서 생산된 반도체를 사용할 계획을 발표한 바 있습니다. 그러나 건설 지연으로 인해 애플의 계획에도 일정 부분 차질이 불가피해졌습니다. 애플은 앞으로도 TSMC로부터 반도체 칩을 공급받겠지만, 애리조나 공장에서의 생산이 늦어짐에 따라 대만 현지 공장에 대한 의존도가 계속될 것으로 보입니다.

7. 시장 영향 및 경쟁 상황

  • 7-1. TSMC와 삼성의 경쟁 상황

  • 삼성전자는 3나노미터(㎚·10억분의 1m) 공정으로 양산한 모바일 애플리케이션프로세서(AP) '엑시노스 2500'의 대량 양산 준비에 총력을 기울이고 있습니다. 삼성전자는 게이트올어라운드(GAA) 기술을 적용하여 3나노 제품을 설계하고, 수율 향상에 집중하고 있습니다. 반면, TSMC는 3나노 2세대(N3E) 기술을 포함한 다양한 3나노 파생 공정을 도입하여 고객사 확대를 목표로 하고 있으며, 3나노 공정의 매출 비중을 빠르게 늘리고 있습니다. 이에 삼성전자는 3나노 AP 시장에서 TSMC를 따라잡기 위해 엑시노스 2500의 성능 개선과 양산을 목표로 하고 있습니다.

  • 7-2. 엔비디아 및 다른 주요 기업들의 반응

  • TSMC는 AI 칩 시장 점유율 90% 이상을 장악하며 엔비디아, AMD, 인텔 등의 주요 고객사를 보유하고 있습니다. 엔비디아는 새로운 AI 칩을 TSMC의 3나노 공정으로 생산하려 했으나, TSMC의 생산 라인이 가득 차서 4나노 공정을 선택했다는 분석이 있습니다. 애플은 지난해 TSMC의 3나노 공정을 사용하여 A17 칩을 양산했고, 최신 아이폰 모델에도 3나노 칩을 적용할 예정입니다. 따라서, TSMC의 3나노 공정 수요가 계속해서 증가하고 있습니다.

8. 결론

  • 애플과 TSMC의 협력은 양사의 기술 발전과 시장 경쟁력 강화에 중요한 역할을 하고 있습니다. 특히 3나노 공정 및 자체 AI 칩 개발을 통한 시너지가 기대되며, 이에 따른 시장의 반응과 향후 기술 발전 동향을 주의 깊게 관찰할 필요가 있습니다.

9. 출처 문서