[반차장보고서] 수율⋅수주 빨간불 삼성전자 타개안은?…...'CXL 3.0' 개발 '감감 무소식'

[소부장반차장] 10월 첫째주 반도체·부품 소식 한눈에 살펴보기

반도체⋅부품 관련 정책 동향과 현장의 목소리를 전달하기 위해 한 주 동안 열심히 달린 <소부장반차장>이 지난 이슈의 의미를 되새기고, 차주의 새로운 동향을 연결해 보고자 주간 보고서를 올립니다. <반차장보고서>를 통해 한 주를 정리해보시길 바랍니다. <편집자주>

수주 난항에 수율 문제까지…삼성 파운드리의 위기 타개안은

삼성전자 파운드리가 경쟁사의 추격과 더딘 공정 개선 속도에 따라 난항을 겪고 있다. 새롭게 시작할 3나노미터(㎚) 2세대 공정(SF3)의 첫 단추로 여겨졌던 '엑시노스 2500'에 대한 수율이 여전히 저조한 가운데, 신규 고객사 유치 소식도 잠잠하면서 위기론이 커지고 있는 탓이다. 업계에서는 삼성 파운드리의 경쟁력 제고를 위해 개발 인력의 집중과 타 부서와의 조직적 분리가 필요하다는 지적을 내놓고 있다.

업계에 따르면 삼성전자는 최근 텍사스 오스틴 파운드리 공장에 파견된 인력을 일부 철수시키는 등 인력 재배치 및 조정에 나섰다. 정확한 이유는 알려지지 않았으나, 파운드리사업부의 수주 활동의 성과가 저조하면서 적자가 지속될 기미가 보이자 투자 비용 줄이기에 나섰다는 것이 업계의 중론이다.

텍사스주 테일러시에 짓기로 한 신규 파운드리 공장 투자도 영향을 받았다. 삼성전자는 현재 짓고 있는 테일러시 공장에 대한 팹 설비 발주 등을 올해 하반기부터 순차적으로 시작할 예정이었으나, 현지 공사 일정 지연 등의 영향으로 내년 초로 일정을 수정한 바 있다.

고객 수주 확대를 위한 파운드리 포럼 행사도 비용이 축소되는 형태로 진행될 예정이다. 삼성전자는 독일, 일본, 중국 등에서 개최할 '삼성 파운드리 포럼 2024(SFF 2024)' 행사를 기존 오프라인에서 온라인으로 전환하기로 했다. 미국과 한국에서는 오프라인 행사가 유지됐지만 이후 행사는 온라인으로 진행하겠다는 의미다.

반도체 업계는 삼성전자가 차세대 주력 공정인 SF3에서 수율·성능 난항을 겪는 것이 투자 지연과 비용 절감의 계기가 됐다고 보고 있다. SF3 라인을 가동할 대규모 수주를 아직 확보하지 못한 가운데, 갤럭시S25 등 내부 물량에 탑재할 '엑시노스 2500'마저 궤도에 오르지 못하며 투자를 늦추게 됐다는 의미로 해석된다.

한 시스템반도체 업계 관계자는 "삼성 파운드리가 TSMC와 경쟁해 수주를 따내려면 납품 이력 확보를 통한 신뢰성이 받쳐줘야 하는데, 이를 위한 엑시노스 2500 생산이 지연되면서 모바일 비중을 확대하고 있지 못한 것"이라며 "GAA 공정이 비용적으로도 기존 대비 크기 때문에 속도 조절을 진행하고 있는 것으로 안다"고 전했다.

한편으로는 삼성전자 내 성과·결과주의가 심화되면서 부서 간 협력이 약해진 결과라는 의견도 적지 않게 나오고 있다. 완제품으로의 완성도보다 특정 분야를 담당하는 조직 내의 성과를 우선시하는 성향이 짙어지면서 수주 성과가 점점 낮아지고 있다는 지적이다. 아울러 지난해 고대역폭메모리(HBM)의 급부상 이후 잦아진 조직개편과 인력 재배치 등이 영향을 줬다는 평가도 심심찮게 나온다.

삼성 내부 소식에 능통한 또다른 반도체 고위 업계 관계자는 "파운드리사업부 내부뿐 아니라 DS부문 부서 간 이슈에 대한 책임을 전가하는 양상이 이어지고 있다. 고객사 대응이 가장 중요한 파운드리 사업에 있어서 큰 약점이 될 수밖에 없는 것"이라며 "공정 기술력이 중요한 메모리 시장에서 대응이 늦어지게 된 것도 이같은 내부 문제가 한몫하고 있다"고 꼬집었다.

삼성전자도 이러한 문제를 인식하고 조직문화 혁신을 비롯한 개선 방안을 검토하고 있다. 40여년 간 유지해왔던 반도체인의 신조를 개편하기 위해 이달 'DS인의 일하는 방식'에 들어갈 의견을 수렴한 것도 유사한 취지다.

'CXL 메모리' 연말 출시 임박했지만…핵심 'CXL 3.0' 개발 '감감'

차세대 반도체 연결 표준으로 꼽히는 컴퓨트익스프레스링크(CXL) 생태계가 확장 가능성을 내비치고 있다. 삼성전자, SK하이닉스가 올해 말부터 CXL 메모리 양산에 돌입하겠다는 계획을 내놓으면서다. 다만 현재 상용화될 기술 수준이 CXL의 온전한 강점을 살리지 못하는 만큼, 이를 가속하기 위한 메모리 업계의 빠른 제품 개발이 필요하다는 관측이 나오고 있다.

업계에 따르면 삼성전자는 CXL 2.0 기반 256GB 모듈인 'CMM-D'를 하반기 양산할 계획이다. CMM-D는 CXL 2.0을 기반으로 메모리 풀링(Pooling)을 지원하는 D램 모듈로, 이를 활용하면 호스트 프로세서가 풀(Pool) 형태로 구축된 대용량의 메모리를 자유롭게 활용할 수 있게 된다. CPU 옆에 개수가 한정된 DIMM 장치에 꽂아야만 했던 D램을 용량 제한·유휴 영역 발생 없이 활용할 수 있다는 것이 최대 강점이다. 경쟁사인 SK하이닉스 역시 올해 하반기 상용화를 목표로 96GB·128GB 용량의 CXL 2.0 모듈에 대한 고객사 인증 절차를 밟고 있다.

CXL은 핵심 프로세서와 GPU·AI가속기·메모리 등 장치를 연결하는 차세대 프로토콜이다. 기존 PCI익스프레스(PCIe)를 기반으로 하면서도 낮은 지연시간과 높은 대역폭을 제공하는 것이 특징이다. 특히 프로세서와 여러 개 메모리를 묶어 사용하는 메모리 풀링(Pooling) 기능과 데이터 이동속도를 급격히 높이고 실시간으로 여러개 자원을 활용하는 캐시 일관성(Cahce Coherency)을 제공할 수 있다. 구조적으로 보면 프로세서가 CXL 스위치를 통해 여러개의 전자장치와 연결하고 데이터를 주고 받는 형태다.

이러한 패브릭(Fabric) 구조 덕분에 데이터센터의 랙(Rack) 운용성이 높아진다는 장점도 있다. 원래는 특정 용도로 설계된 랙을 다른 용도에 맞게 사용하려면 다시 설계하거나 구축하는 난이도가 높아 막대한 비용이 들었지만, CXL 시스템은 장치만 교체해 용도를 바꿀 수 있어 구축 비용을 크게 줄일 수 있다. 신규 CPU가 출시되면 CPU와 메모리, 네트워크 장치 등으로 구성된 랙을 다시 만들어 기존 랙을 대체하는 형태였다면, CXL이 도입되면 랙 교체가 아닌 CPU 교체만으로도 같은 효과를 볼 수 있다는 의미로 풀이된다.

아울러 엔비디아를 중심으로 하는 인공지능(AI) 생태계의 판도를 뒤흔들 수 있다는 점에서도 의의가 있다. 현재 주류인 초거대언어모델(LLM) 구동용 서버는 엔비디아의 GPGPU와 NV링크(NVlink)를 중심으로 한 고속 인터커넥트 시스템이 안착된 상황이다. 따라서 다른 AI가속기를 채택하더라도 이를 연결하는 인터커넥트 시스템을 구축하기가 어려워, 엔비디아의 가격 주도권이 높아지는 독점 체제가 굳혀져 있다. 반면 CXL은 저렴한 비용과 칩으로도 고속 인터커넥트 환경을 구축할 수 있어, 소형언어모델(sLM)과 같은 특화 모델 구동에 적합한 플랫폼이 될 것으로 점쳐진다.

반도체 업계에서는 올해 하반기 CXL 메모리 양산이 시작될 경우 우선 범용 데이터센터를 중심으로 관련 상용화 사례가 늘 것으로 보고 있다. CXL 2.0이 스위치 없이 랙 구조를 변경하고 메모리 용량을 넓히는 과정만이 포함된 만큼, 이 기능을 필요로 하는 일부 서버에만 탑재될 수 있다는 이유에서다. 특히 CXL 2.0까지는 메모리 풀 내 이미 프로세서가 할당받은 영역을 타 프로세서가 접근할 수 없어 효율성이 떨어진다는 한계가 있는 상황이다.

이에 따른 본격적인 CXL의 개화 시기는 2026년 이후가 꼽힌다. CXL 3.1 등 데이터 공유를 기반으로 한 장치와 소프트웨어가 본격화되고, 이에 걸맞는 CXL 스위치칩이 양산되는 시기여서다. 특히 서버용 CPU 시장의 선두주자인 인텔이 내년 하반기에 CXL 3.0을 지원하는 신규 제품 '다이아몬드래피즈' 출시를 계획하고 있어, 이를 시작으로 속도가 빨라질 것으로 예상된다.

다만 인텔이 최근 위기를 맞이한 것은 여러 변수 중 하나로 꼽힌다. 다수의 빅테크가 LLM 중심 AI 투자에 집중하면서 CXL에 대한 관심도가 낮아진 가운데, CXL 컨소시엄을 이끄는 인텔이 구조조정 등에 나서면서 계획에 대한 속도가 늦춰질 수 있다는 우려가 나오고 있어서다.

삼성전자, SK하이닉스를 포함한 메모리 업체들이 CXL 메모리 개발 속도가 현저히 떨어지고 있는 게 아니냐는 지적도 나온다. 현재 양사는 올해 말 기준으로 CXL 2.0 메모리 양산을 위한 검증 절차를 밟고 있다. 하지만 핵심 표준인 3.0 이상의 모듈에 대한 개발은 CPU·스위치 개발 시기 대비 더딘 것으로 알려졌다. 통상 차세대 제품 개발과 양산에 1~2년 이상이 소요되는 만큼, 현 시점에서 관련 구상이 확정돼야만 한다는 의미로 해석된다.

삼성전자, AI PC용 'SSD PM9E1' 양산 시작…PCle 5.0 기반 '업계 최고 성능'

삼성전자가 업계 최고 성능∙최대 용량의 PC용 SSD PM9E1 양산을 시작했다.

삼성전자는 8채널 PCIe 5.0 기반 PM9E1에 8세대 V낸드와 자체 설계한 5나노 기반 컨트롤러를 탑재해 업계 최고 수준의 성능을 구현했다.

이번 제품은 연속 읽기⋅쓰기 속도가 각각 초당 최대 14.5GB(기가바이트), 13GB로, 전작 'PM9A1a' 대비 2배 이상 향상됐다.

14GB 크기의 대형 언어 모델(LLM)을 SSD에서 D램으로 1초 만에 로딩할 수 있어 AI 서비스를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.

이번 제품은 업계 최대 용량 4TB(테라바이트) 포함 512GB, 1TB, 2TB 4가지 용량을 제공한다.

특히, 4TB 제품은 ▲AI 생성 콘텐츠 ▲고해상도 이미지∙영상 ▲게이밍 등 고용량과 고성능이 요구되는 작업에도 적합하다.

PM9E1은 전작 대비 전력 효율이 50% 이상 크게 개선돼 배터리 사용량이 중요한 온디바이스 AI PC에 최적인 제품이다.

또한 이번 제품은 데이터 보안이 중요해지고 있는 시장 트렌드에 맞춰 SPDM 1.2 버전을 적용해 보안 솔루션을 한층 강화했다.

'디바이스 인증(Authentication)', '펌웨어 변조 탐지(Attestation)', '보안 채널(Secure Channel)' 등의 기술을 통해 생산이나 유통 과정에서 제품 내 저장된 데이터를 위∙변조하는 공급망 해킹(Supply Chain Attack)을 방지할 수 있다.

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