3나노 모바일 AP 시대 본격화…파운드리, 고객사 확보에 사활

애플·미디어텍 3나노 AP 발표...내년 삼성·퀄컴도 공개 전망

모바일 애플리케이션 프로세서(AP)가 3나노미터(mn) 공정 시대를 맞이했다. 애플이 어제(13일) 공개한 AP 'A17 프로'를 시작으로 내년부터 미디어텍, 퀄컴, 삼성전자 등도 본격적으로 3나노 공정 기반 AP를 공급할 예정이다.

모바일 AP는 스마트폰의 두뇌 역할을 하는 핵심 반도체다. 전체 스마트폰 부품원가(BoM)에서 모바일 AP는 약 20%로 가장 높은 비중을 차지하는 반도체인 만큼, 값비싼 반도체에 속한다. 특히 최첨단 3나노 공정 칩은 제조 비용이 더 비쌀 수밖에 없다. 업계에 따르면 TSMC 3나노 공정은 웨이퍼 당 2만 달러(한화 약 2700만원)로 7나노 공정(웨이퍼 당 1만 달러) 보다 2배 이상 비싼 것으로 파악된다.

이에 3나노 공정 칩을 유일하게 생산하는 삼성전자와 TSMC 등 파운드리(위탁생산) 업체는 수익성이 높은 모바일 AP 물량 확보에 사활을 걸 것으로 보인다.

트랜지스터 190억 개를 내장한 애플 A17 프로 칩. 대만 TSMC 3나노급 공정에서 생산된다. (사진=애플)

TSMC, 애플·미디어텍 3나노 AP 물량 확보 

애플은 13일(한국시간 새벽) 미국 캘리포니아주 쿠퍼티노 소재 애플파크에서 진행한 신제품 발표회에서 아이폰15 프로·프로맥스에 탑재된 'A17 프로' 칩을 공개했다. A17 프로는 애플의 AP 중 처음으로 TSMC 3나노(3N) 공정에서 생산된 칩이다.

A17 프로에 내장된 트랜지스터는 총 190억개로 작년에 발표한 A16 바이오닉(160억 개) 대비 18.75% 늘어났다. CPU는 전작과 동일한 총 6개 코어로 구성됐고, GPU 코어는 기존 5개에서 6개로 늘어나면서 성능이 20% 향상됐다.

대만의 미디어텍은 지난 7일 TSMC 3나노 공정 기술을 사용해 첫 번째 칩을 개발했다고 공식 발표했다. 미디어텍의 3나노 공정 기반 AP 신제품 ‘디멘시티’는 내년 하반기에 대량 생산돼 주요 플래그십 스마트폰 고객사에 공급될 예정이다.

이렇듯 TSMC는 모바일 AP 시장에서 애플과 미디어텍 물량을 확보한 성과를 냈다. 두 업체는 TSMC의 최대 고객사에 속한다. TSMC의 전체 매출에서 스마트폰이 차지하는 비중은 올해 1분기 27%, 올해 2분기 33%에 달한다.

TSMC 3N은 지난해 말 양산을 시작한 첨단 공정이다. TSMC의 3나노 공정은 기존 5나노 공정보다 속도가 10~15%, 전력 효율성은 30~35% 개선, 로직 밀도는 60% 증가했으며, 3차원 구조의 핀펫(FinFET) 방식의 기술을 사용한다.

삼성·퀄컴, 내년에 3나노 AP 출시 전망...삼성 파운드리 수주 기대 

퀄컴과 삼성전자 시스템LSI는 아직 공식적으로 3나노 공정 기반 AP 출시 계획을 밝히지 않았지만, 업계에서는 내년 말에 출시할 것으로 내다보고 있다.

퀄컴은 오는 10월 24일 연례행사인 ‘스냅드래곤 서밋’에서 4나노 공정 기반의 ‘스냅드래곤8 3세대(가칭)’를 발표하고, 내년 행사에서는 3나노 공정 기반의 스냅드래곤8 4세대(가칭)’를 발표할 예정이다.

스냅드래곤8 3세대는 TSMC 4나노 공정에서 생산될 것으로 관측된다. 다만, 내년에 발표하는 3나노 공정 4세대는 삼성전자 또는 TSMC가 수주할 가능성이 열려있다. 앞서 퀄컴 스냅드래곤8 1세대는 전량 삼성전자에서 생산된 바 있다. 

스냅드래곤8 2세대. (사진-퀄컴)

삼성전자도 내년에 갤럭시S24에 탑재하는 4나노 공정 엑시노스2400(가칭)에 이어 내년 말에 3나노 공정 엑시노스2500(가칭)을 출시한다는 전망이 나온다. 엑시노스 AP는 자사 파운드리에서 생산된다.

삼성전자 파운드리는 퀄컴의 물량을 확보하는 것이 중요하다. 지난해 6월 삼성전자는 TSMC보다 먼저 게이트올어라운드(GAA) 공정으로 첫 3나노 1세대(SF3E) 칩 양산을 개시했으며, 현재 초창기보다 상당 부분의 수율을 개선한 것으로 알려져 있다. 

최근 삼성전자는 3나노 2세대(SF3) 공정 개발을 완료했으며, 이 공정은 엑시노스2500과 퀄컴의 스냅드래곤8 4세대 생산에 적용될 것으로 업계는 전망한다. 3나노 2세대는 삼성전자의 이전 4나노 핀펫(FinFET) 공정 대비 성능이 22% 빨라지고, 전력 효율은 34% 향상됐으며, 로직 면적은 21% 더 작은 크기를 제공한다.

박상욱 하이투자증권 연구원은 "삼성 파운드리의 최근 4나노(1나노는 10억분의 1m) 수율은 75% 이상, 3나노 수율은 60% 이상인 것으로 추정된다"며 "3~5나노 파운드리 수율을 개선한 데다 3나노에서 차세대 가펫(GAAFET) 기술을 경쟁사보다 먼저 도입해 초미세공정에서 신규 고객사를 확보할 가능성이 높다"고 했다.

한편, 시장조사업체 카운터포인트에 따르면 올해 2분기 세계 AP 시장 점유율은 미디어텍(30%), 퀄컴(29%), 애플(19%), 유니SoC(15%), 삼성전자(7%) 순으로 기록했다.