올해 5나노 이하 첨단 공정 기반 AP 출하량 비중 51%
3나노 AP 상용화…중가 스마트폰에도 5·4나노 AP 탑재 확대
TSMC 점유율 약 75%…퀄컴·미디어텍·애플 등 고객사 확보
삼성, 엑시노스 2600 양산 시작…2나노 공정 성패 실험대

삼성전자 엑시노스. <사진제공=삼성전자>

글로벌 모바일 애플리케이션프로세서(AP) 시장이 5나노(nm·10억분의 1m) 이하 첨단 공정 시대로 접어든 가운데, 삼성전자가 차세대 ‘엑시노스 2600’을 앞세워  재기에 나선다. 특히 엑시노스 2600은 업계 최초로 2나노 미세 공정이 적용되는 AP로, 삼성 2나노 파운드리 공정의 성패를 가늠할 시험대가 될 전망이다.

올해 5나노 이하 AP 제조 시장에서는 삼성전자의 파운드리 경쟁사인 TSMC가 약 75%의 점유율을 차지할 것으로 예상된다. TSMC는 3나노 공정에서 우위를 점하며 시장 독점체제를 구축하고 있다.

7일 시장조사업체 카운터포인트리서치에 따르면, 올해 전체 모바일 AP 출하량에서 5나노 이하 공정으로 생산된 AP의 비중은 51%에 달할 전망이다. 이는 지난해 43%에서 8%p 증가한 수치다.

모바일 AP는 스마트폰과 태블릿PC의 두뇌 역할을 하는 반도체 칩셋이다. 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 신경망처리장치(NPU) 등이 하나로 결합된 형태로, 기기의 성능을 결정하는 핵심 부품으로 꼽힌다. 대표적인 모바일 AP 제품으로는 퀄컴의 스냅드래곤, 삼성전자의 엑시노스, 미디어텍의 디멘시티, 애플의 A 시리즈 등이 있다.

5나노 이하 첨단 공정을 활용한 AP 비중이 높아진 것은 3나노 기반 AP가 본격적으로 상용화되고, 중저가 스마트폰에도 5나노, 4나노 기반 AP가 두루 탑재됐기 때문으로 분석된다. 지난 2023년 아이폰 15 프로 시리즈에 탑재된 애플의 ‘A17 프로’를 시작으로 퀄컴, 미디어텍, 애플 등 주요 AP 제조사는 3나노 기반 AP 신제품을 연이어 내놓고 있다. 올해 9월 퀄컴이 공개한 ‘스냅드래곤 8 엘리트 5세대’와 미디어텍의 ‘디멘시티 9500’, 애플의 ‘A19 프로’도 모두 TSMC의 3나노 공정으로 생산됐다.

AP 시장 중심이 5나노 이하 첨단 공정으로 기울면서 파운드리 주도권을 쥔 곳은 TSMC다. TSMC는 3나노 공정에서 삼성전자 등 경쟁사 대비 우위를 점하면서 주요 AP 제조사 물량을 확보했다. TSMC와 협력하고 있는 미디어텍과 퀄컴, 애플의 AP 시장 합산 점유율은 지난 2분기 기준 77%에 달한다.

올해 TSMC의 첨단 공정 모바일 AP 출하량은 전년 대비 27% 증가할 것으로 예상된다. 아카쉬 자트왈라 카운터포인트리서치 연구원은 “올해 첨단 공정 기반 모바일 AP 출하량에서 TSMC 점유율은 4분의 3 수준을 뛰어넘을 것”이라고 분석했다.

업계에서는 내년부터 차세대 2나노 공정 기반 AP 시장 경쟁이 격화될 것으로 내다보고 있다. 현재 삼성전자와 TSMC가 동시에 2나노 상용화를 앞두고 있는 상태다.

삼성전자는 차세대 AP ‘엑시노스 2600’을 앞세워 2나노 경쟁 신호탄을 쏠 방침이다. 삼성전자 시스템LSI사업부는 지난달 엑시노스 2600 개발을 마무리했으며, 이달 양산 공급을 시작한 것으로 알려졌다. 해당 칩셋은 갤럭시 S26 시리즈에 적용될 예정이다. 최상위 라인업인 ‘울트라’ 모델에도 4년 만에 진입할 것으로 예상되고 있다.

특히, 엑시노스 2600은 삼성 파운드리에서 2나노 GAA(게이트올어라운드) 공정 기반으로 양산되는 첫 제품으로, 삼성 파운드리의 2나노 공정 완성도를 살펴볼 수 있는 시금석이 될 것이라는 게 업계의 중론이다. 엑시노스 2600에 적용된 삼성 2나노 공정 성능은 현재 목표치의 85%를 달성한 것으로 전해진다.

삼성전자의 내부테스트 결과 엑시노스 2600은 애플의 A19 프로 대비 대규모언어모델(LLM) 등 생성형 인공지능(AI)에 중요한 NPU 성능이 6배 이상 높게 측정됐다. 퀄컴의 스냅드래곤8 엘리트 5세대와 비교하면 NPU 성능은 30%, GPU 성능은 최대 29% 높았다.

삼성전자가 엑시노스 2600을 기점으로 2나노 기반 AP 시장을 선점할 경우, 분기 적자를 이어가고 있는 파운드리 사업부의 실적에 긍정적인 영향을 미칠 것이란 기대감이 나온다. 아울러 엑시노스 부진으로 AP 시장 입지를 넓히지 못하고 있는 시스템LSI 사업부와 AP 매입액 부담이 확대된 MX(모바일경험) 사업부의 수익성에도 도움이 될 전망이다. 지난 2분기 삼성전자 엑시노스의 AP 시장 점유율은 6%에 불과했다.

TSMC의 2나노 공정 기반 AP 핵심 고객은 애플이 될 것으로 점쳐진다. 내년 출시 예정인 아이폰 18 시리즈에 탑재되는 ‘A20’ 칩셋에 TSMC의 2나노 공정이 적용될 것이란 관측이다. TSCM는 해당 제품을 기점으로 대형 고객군을 확대해나갈 것으로 전망된다.

카운터포인트리서치는 “2026년에는 첨단 공정 기반 AP 비중이 전체 출하량의 60%에 이를 것”이라며 “2나노 공정 양산이 본격화되면서 퀄컴, 미디어텍, 애플, 삼성전자가 2나노 기반 플래그십 AP를 선보일 것”이라고 밝혔다.

[CEO스코어데일리 / 김은서 기자 / keseo@ceoscore.co.kr]