삼성전자의 AI 혁신과 반도체 파운드리 전략: TSMC와의 경쟁에서의 도전과 해법

1. 요약

• 삼성전자는 AI 기술과 반도체 시장에서의 경쟁 우위를 확보하기 위해 다양한 전략과 기술 로드맵을 구체화하고 있습니다. 2024년에 개최된 삼성 파운드리 포럼에서는 고객의 AI 기반 응용 수요를 충족하기 위한 고성능 및 저전력 반도체 설계를 지원하는 최첨단 기술이 소개되었습니다. 이 포럼의 핵심 주제는 'AI 혁명을 지원하는 기술'로, 삼성전자는 메모리와 어드밴스드 패키지 분야와의 협업을 통해 Ai 반도체 생산 공정 최적화를 추진하고 있습니다. 특히 GAA(Gate-All-Around) 공정 기술의 도입은 고성능 및 저전력 반도체의 개발을 가능하게 하여 AI 응용에 대한 고객의 다양한 요구를 충족시키는 데 중점을 두고 있습니다.

• 삼성전자의 AI 반도체 시장 내 역할은 기존 메모리 사업에서의 기술적 우위를 바탕으로 확장되고 있습니다. 특히, 2027년부터 도입할 예정인 2나노 공정 기술인 SF2Z는 기존의 전압강하 문제를 해결하며, AI 반도체의 성능을 극대화하기 위한 중요한 전략적 투자로 평가받고 있습니다. 시장 내에서 삼성전자의 점유율을 높이기 위해서는 고객 요구에 부응하는 맞춤형 솔루션과 차별화된 기술력을 지속적으로 강화해야 합니다.

• 결과적으로, 삼성전자는 AI 기술의 발전과 함께 반도체 산업에서도의 시장 점유율 확대를 목표로 집중하고 있으며, 이에 따라 다양한 기술 혁신과 투자 전략을 통해 경쟁력을 높여갈 것으로 차후 예상됩니다. 이러한 과정에서 고객의 비즈니스 혁신을 지원하고 새로운 시장을 창출하는 데 중점을 두고 있습니다.

2. 삼성전자의 AI 반도체 파운드리 확대 전략

• 2-1. 삼성 파운드리 포럼 개요

• 삼성전자는 매년 개최하는 '삼성 파운드리 포럼'을 통해 최신 반도체 공정 기술 로드맵을 소개하고 있습니다. 최근 2024년 포럼에서는 'AI 혁명을 지원하는 기술'이라는 주제로 고객들에게 인공지능(AI) 칩 생산에 최적화된 공정 기술과 AI 솔루션을 제공하기 위한 방향성을 제시했습니다. 포럼에서 발표된 전략은 고객의 AI 아이디어를 현실로 구현하기 위해 메모리와 어드밴스드 패키지 분야와의 긴밀한 협업을 강조하였습니다. 특히 최시영 삼성전자 파운드리사업부장은 AI 반도체에 적합한 GAA(Gate-All-Around) 공정 기술을 강조하며, 고성능·저전력 반도체 개발의 중요성을 언급했습니다.

• 삼성전자는 이 포럼을 통해 고객들에게 제공하는 원스톱 턴키(One-Stop) 서비스의 강점을 부각시키고 있습니다. 이 서비스는 파운드리, 메모리 및 패키징 사업의 통합적인 제공을 통해 고객의 공급망을 간소화하여 제품 출시에 소요되는 시간을 단축하는 데 기여할 것입니다.

• 2-2. AI 반도체 시장에서의 삼성의 위치

• AI 반도체 시장에서 삼성전자는 기존의 메모리 사업에서 확보한 기술적 우위를 바탕으로 AI 칩 생산으로의 확대를 모색하고 있습니다. 최근 AI 기술의 발전은 반도체 산업에도 큰 변화를 가져오고 있으며, 이에 삼성전자는 고객의 요구에 대응하기 위해 최첨단 기술을 지속적으로 개발하고 있습니다. 특히, 고객의 다양한 AI 응용 요청에 적합한 고성능·저전력 반도체 솔루션을 제공하는 것이 목표입니다.

• 삼성전자는 2027년까지 2나노 공정 기술인 SF2Z를 도입할 예정이며, 이는 PPA(전력, 성능, 면적)의 개선뿐만 아니라 기존의 전압강하 문제를 해결할 수 있는 기술로 평가받고 있습니다. 이는 AI 반도체의 성능을 극대화하여 경쟁업체와의 격차를 줄이는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

• 2-3. AI 기술의 중요성

• AI 기술은 오늘날의 반도체 산업에서 점점 더 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 향후 AI가 통합된 시스템은 더욱 고도화된 데이터 처리와 분석이 가능해질 것으로 예상되며, 이를 지원하기 위한 반도체 기술 개발이 필수적입니다. 삼성전자는 이러한 변화에 발맞추어 AI 반도체의 상용화를 통해 새로운 시장을 창출하고 고객의 비즈니스 혁신을 이끌 것으로 기대됩니다.

• AI 기술의 발전은 데이터의 양이 폭발적으로 증가하는 지금, 이를 처리할 수 있는 능력과 효율성이 높은 반도체의 필요성을 불러오고 있습니다. 삼성전자는 이러한 요구를 충족시키기 위해 지속적인 연구개발과 기술 혁신을 추진하고 있으며, 특히 새로운 공정 기술 도입과 함께 고객 맞춤형 솔루션 제공을 통해 시장에서의 경쟁력을 높여 나가고 있습니다.

3. TSMC와의 시장 점유율 격차 분석

• 3-1. 현재 TSMC의 시장 점유율

• 2025년 1분기 데이터에 따르면, 대만의 TSMC는 반도체 파운드리 시장에서 61.7%의 점유율을 기록하며 압도적인 위치를 차지하고 있습니다. 이는 전분기보다 0.5%포인트 증가한 수치로, TSMC의 안정적인 성장을 나타냅니다. 반면, 삼성전자는 같은 기간 동안 매출이 33억5700만 달러로 줄어들며 시장 점유율이 11.0%로 감소하였습니다. 이러한 점유율 차이는 TSMC와의 격차가 50.7%포인트까지 확대된 것으로, 이로 인해 TSMC는 시장 내에서의 리더십을 더욱 굳건히 다지게 되었습니다. 이러한 상황에서 TSMC의 성공 비결 중 하나는 엔비디아와의 긴밀한 파트너십으로, 이는 AI 칩 주문을 통해 향후 몇 년간 안정적인 수익원을 제공할 것입니다.

• 3-2. 삼성전자와 TSMC의 경쟁 상황

• 삼성전자는 현재 TSMC와 격차를 줄이기 위해 다양한 전략을 구사하고 있습니다. 특히 최근 삼성 파운드리 포럼에서 발표된 신공정 개발 계획과 턴키 솔루션 도입은 TSMC의 시장 점유율에 도전하는 중요한 요소로 작용할 것으로 기대됩니다. 삼성전자는 오는 2027년까지 1.4나노 공정 양산을 계획하고 있으며, 이는 메모리와 파운드리, 시스템 반도체를 통합한 경쟁력이 있는 솔루션으로 고객의 니즈에 부응하는 전략입니다. 또한, AI 반도체의 고속 데이터 처리와 전력 효율성을 고려한 공정 기술 개발은 삼성만의 차별화된 경쟁력을 높이는데 중점을 두고 있습니다.

• 3-3. 시장 점유율 변화의 원인

• 시장 점유율 변화의 주요 원인은 TSMC가 엔비디아와의 협력으로 안정적인 수익 모델을 확보하고 있는 반면, 삼성전자는 이러한 전략적인 파트너십에서 뒤처지고 있기 때문입니다. TSMC는 기술력, 생산 유연성, 그리고 전문성을 바탕으로 AI 칩 주문을 전적으로 확보하여 향후 몇 년간의 성장 가능성을 극대화하고 있습니다. 이에 반해 삼성전자는 시장 점유율 회복을 위한 지속적인 투자와 기술 혁신이 필요한 상황입니다. 또한, 삼성전자의 파운드리 포럼에서 제시된 새로운 비즈니스 모델인 '턴키' 솔루션은 고객의 공급망을 단순화하고 제품 출시 시간을 단축시키기 위한 노력으로, 이는 시장 점유율 회복을 위한 전략으로 작용할 것입니다.

4. AI 혁명을 위한 삼성전자의 기술 로드맵

• 4-1. 차세대 공정 기술 소개

• 삼성전자는 AI 혁명의 중심에서 자사의 차세대 공정 기술을 통해 반도체 산업의 선두주자로 자리매김하고자 합니다. 최근 열린 '삼성 파운드리 포럼 2024'에서는 'Empowering the AI Revolution'을 주제로, AI 기술을 지원하기 위한 다양한 방안을 공개하였습니다. 이 포럼에서 삼성전자는 고성능 및 저전력 반도체 설계를 가능하게 하는 최첨단 파운드리 기술을 소개하고, 메모리 및 어드밴스드 패키지(Advanced Package) 분야와의 협력을 통한 시너지 창출 전략을 강조했습니다. 특히 반도체 분야에서 필수적인 후면전력공급 기술(BSPDN)을 적용한 2나노 공정(SF2Z)과 기존 공정 대비 성능을 크게 향상시킬 수 있는 4나노 공정(SF4U)에 대한 계획이 주목받고 있습니다.

• 삼성전자는 SF4U 공정을 2025년부터 양산할 예정이며, 기존 4나노 공정의 광학적 축소(optical shrink)를 통해 성능의 경쟁력을 더욱 강화할 것으로 기대하고 있습니다. 이러한 차세대 공정 기술들은 AI 애플리케이션의 성능을 극대화하여, 고객이 요구하는 고성능 컴퓨팅 환경을 조성하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

• 4-2. 1.4나노 공정 단기 목표

• 삼성전자의 1.4나노 공정은 반도체 업계에서 중요한 이정표로 자리매김할 것입니다. 삼성전자는 2027년까지 1.4나노 공정을 상용화할 계획을 세우고 있으며, 이는 '비욘드 무어(Beyond Moore)' 시대의 기술 혁신을 이끌어내기 위한 전략입니다. 1.4나노 공정은 GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터 기술을 기반으로 하여, 전력 소비를 최소화하면서도 고속 데이터 처리가 가능하도록 설계될 것입니다.

• 삼성전자는 이번 포럼에서 1.4나노 공정이 AI와 고성능 컴퓨팅(HPC) 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 기술적 요건을 충족할 수 있도록 개발 중이라고 밝혔습니다. 이러한 기술 혁신은 반도체 시장에서의 경쟁력을 강화하는 데 기여할 것으로 기대되며, 삼성전자가 AI 반도체에서의 승부수를 던지고 있다는 점에서 의미가 깊습니다.

• 4-3. AI 칩과의 연계 전략

• 삼성전자는 AI 혁명을 지원하기 위해 AI 칩과의 연계 전략을 일원화하고 있습니다. 이번 파운드리 포럼에서 최시영 사장은 AI 구현을 가능하게 하는 고성능 저전력 반도체의 중요성을 강조하며, 모든 기술이 AI를 중심으로 혁신적으로 변화하는 시점에서 삼성전자의 역할이 중요하다고 설명했습니다. 삼성전자는 AI 반도체에 최적화된 GAA 공정 기술과 저전력으로 고속 데이터 처리를 가능하게 하는 광학 소자 기술을 통해 원스톱 AI 솔루션을 제공할 것입니다.

• 이를 통해 삼성전자는 고객이 필요로 하는 사용자 맞춤형 솔루션을 제공하고, 더욱 간편한 제품 개발을 지원하여 시장 출시 시간을 단축할 수 있을 것으로 기대됩니다. AI 칩과의 통합된 접근 방식은 고객의 요구에 신속하게 반응하고, 고성능 및 저전력 특성을 모두 충족함으로써 새로운 시장 기회를 마련하는 데 큰 도움이 될 것입니다.

5. 미래 예측 및 결론

• 5-1. 삼성전자의 기술 발전 방향

• 삼성전자는 AI 반도체 및 파운드리 분야에서의 기술 발전을 통해 시장 경쟁력을 극대화하고 있습니다. 특히, 삼성은 최근 열었던 '삼성 파운드리 포럼 2024'에서 고객의 AI 기반 응용 수요에 봉사하기 위해 자사의 최선단 공정 기술을 지속적으로 강화할 예정입니다. 2027년까지 1.4나노 공정 양산을 목표로 삼고 있으며, 이와 같은 혁신적인 공정 기술을 통해 고객들이 필요로 하는 AI 칩의 성능을 극대화하고 있습니다.

• 또한, 고객사에 맞춤형 솔루션을 제공하기 위한 '턴키 서비스' 전략을 채택하여 설계부터 생산까지 통합된 서비스를 제공하고 있습니다. 이러한 원스톱 서비스는 제조 공정을 단순화하고 시장 진입 속도를 높여 경쟁 우위를 강화하는 데 기여할 것입니다. 삼성전자는 메모리 및 기타 첨단 패키징 기술과의 협력을 통해 더욱 다양한 응용처에 대응할 수 있는 역량을 확보하고 있습니다.

• 5-2. 향후 AI 및 반도체 시장 전망

• AI 기술의 발전과 함께 반도체 시장은 급격한 변화를 맞이하고 있습니다. TSMC의 지배적 시장 점유율에도 불구하고, 삼성전자는 AI 반도체 시장에서의 입지를 강화하기 위해 다양한 기술적 혁신을 선보일 것입니다. 특히, AI 시스템이 더욱 저전력으로 고성능의 컴퓨팅을 가능하게 할 반도체를 요구함에 따라, 삼성전자의 접근 방식이 시장에서 통할 가능성이 매우 큽니다.

• AI 반도체의 수요는 계속해서 증가할 것으로 보이며, 이는 특히 고성능 컴퓨팅(HPC), 자율주행 자동차, IoT(사물인터넷) 등 다양한 응용 분야에서 더욱 두드러질 것입니다. 삼성전자는 이러한 흐름을 반영하여 AI 솔루션의 포트폴리오를 다각화하고, 고객사의 요구에 적시에 대응할 수 있는 능력을 갖출 것입니다.

• 5-3. 삼성의 지속 가능한 경쟁력 구축 방안

• 삼성전자는 파운드리 사업 부문에서의 지속 가능한 경쟁력을 구축하기 위해 여러 전략을 마련하고 있습니다. 첫째, 차세대 공정 기술과 AI 칩 개발에 대한 지속적인 투자입니다. 이를 통해 반도체의 성능과 에너지 효율성을 모두 갖춘 제품을 시장에 공급할 수 있도록 목표하고 있습니다.

• 둘째, 글로벌 파운드리 시스템을 위한 안정적인 공급망을 구축하는 것입니다. 특히, 메모리와 시스템 반도체를 통합한 서비스를 통해 고객에게 더욱 효과적이고 효율적인 문제 해결을 제공할 수 있을 것입니다. 셋째, AI 관련 기술의 발전에 발맞춰 삼성의 기술 솔루션이 고객의 요구대로 진화할 수 있는 기반을 마련할 것입니다. 이는 단순한 기술적 대응이 아닌, 보다 포괄적이고 체계적인 접근을 통해 이루어질 것입니다.

결론

• 삼성전자는 AI 및 반도체 파운드리 분야에서의 다양한 도전 과제를 인지하고 이를 해결하기 위한 통합적이고 지속 가능한 전략을 수립하고 있습니다. TSMC와의 시장 점유율 격차가 계속해서 커지고 있는 가운데에서도 삼성전자의 차세대 공정 기술과 AI 칩 개발이 중요한 경쟁력이 될 것으로 기대됩니다. AI 혁명이 산업 전반에 걸쳐 일어나고 있는 이 시점에, 삼성전자는 반도체 기술을 혁신하여 고객이 필요로 하는 변화에 발 빠르게 대응하고 있습니다.

• 앞으로 삼성전자가 추구해야 할 혁신은 단순히 시장 점유율 회복을 넘어 고객의 다양한 요구에 부응하는 지속 가능한 발전 담보가 될 것입니다. 이러한 접근 방식은 삼성전자가 고객과의 신뢰를 더욱 굳건히 다지는 동시에 기술적 우위를 확보하는 기반이 될 것입니다. 향후 AI 기술과 관련된 솔루션이 더욱 다양화되고 발전할 것으로 보이며, 삼성전자는 이러한 흐름에 맞춰 끊임없는 연구와 혁신에 힘쓰며 시장에서의 주도권을 확립할 것입니다.

• 결국, AI 반도체의 수요가 폭발적으로 증가하는 만큼, 삼성전자는 차세대 기술을 바탕으로 고객 맞춤형 솔루션을 가속화하여 새로운 시장 기회를 창출하고 글로벌 경쟁에서 우위를 점할 준비가 되어 있어야 할 것입니다. 이러한 비전과 접근 방식은 삼성전자가 AI 혁명의 선두주자로 자리매김하는 데 필수적입니다.

용어집

• GAA (Gate-All-Around) [기술]: 트랜지스터 구조의 하나로, 전극이 모든 방향에서 채널을 감싸는 형식을 취하여 성능과 전력 효율성을 크게 향상시키는 기술.

• PPA [지표]: Power, Performance, Area의 약자로, 반도체 설계의 전력 소비, 성능, 면적을 평가하는 지표.

• 턴키 서비스 (One-Stop Service) [서비스]: 고객의 요구에 따라 설계부터 생산까지 통합적인 지원을 제공하여 생산 과정의 효율성을 높이는 서비스.

• 후면전력공급 기술 (BSPDN) [기술]: 반도체의 성능을 높이기 위해 필요한 전력을 후면에서 공급하는 기술로, 높은 전력 성능을 유지하는 데 중요함.

• AI 반도체 [제품]: 인공지능(AI) 연산에 최적화된 장치로, AI 알고리즘을 효율적으로 처리하는 전자 회로를 포함한 반도체.

• 고속 데이터 처리 [기술]: 데이터를 신속하게 저장, 전송 및 분석하는 능력을 의미하며, AI 애플리케이션에서 중요한 요소.

• 2나노 공정 기술 (SF2Z) [기술]: 2나노미터 스케일에서 반도체를 제조하는 공정으로, 기존의 기술에 비해 성능과 전력 효율성을 개선함.

• 4나노 공정 기술 (SF4U) [기술]: 4나노미터로 반도체를 제조하는 공정으로, 적은 면적에서 더 높은 성능을 제공하기 위해 설계됨.

• AI 솔루션 [제품]: 인공지능 기술을 활용하여 특정 문제를 해결하거나 효율성을 높이는 응용 프로그램이나 시스템.

• 비욘드 무어 (Beyond Moore) [개념]: 상대적으로 전통적인 반도체 기술이 한계에 달한 이후, 새로운 기술적 접근을 통해 반도체의 성능을 개선하려는 노력.

출처 문서

• 삼성 AI 기술 총망라… 내달 파운드리 포럼 | Save Internet 뉴데일리https://biz.newdaily.co.kr/site/data/html/2024/06/28/2024062800031.html
• 전세계 10대 부자 눈앞 ‘젠슨 황’의 동맹을 잡는다...삼성이 꺼낸 신무기 2개는? [위클리반도체] - 매일경제https://www.mk.co.kr/news/business/11041318
• 삼성전자, '파운드리 포럼 2024' 개최… 최선단 기술 공개https://www.ngetnews.com/news/articleView.html?idxno=507429
• "2027년 1.4나노 양산"… 삼성전자, TSMC 추격 승부수 | Save Internet 뉴데일리https://biz.newdaily.co.kr/site/data/html/2024/06/13/2024061300010.html