【뉴스퀘스트=김민우 기자】 'AI 원년'을 선언한 삼성전자가 인공지능(AI) 기술 고도화에 사활을 걸고 있다. 

주요 사업 부문에 AI 관련 수요가 폭발적으로 증가한 상황에서 시장 주도권을 잡기 위해선 기술 경쟁력을 키워야 한다는 판단에서다.

이와 관련해 업계에서는 삼성전자가 가전 및 모바일 분야에서는 '비스포크 AI'와 '갤럭시 S24' 판매 호조로 주도권을 확보했으나, 파운드리와 HBM(고대역폭메모리) 등의 반도체 분야에선 경쟁사인 TSMC와 SK하이닉스를 따라잡기가 쉽지 않을 것이라는 평가다.

◇삼성전자, 스마트폰·생활가전에서 'AI 전략' 대성공...향후 시장 주도권 확보도 '맑음'

20일 관련 업계에 따르면,  삼성전자는 사업 전 분야에서 AI 기술 광폭 개발에 나서고 있다. 

한종희 삼성전자 부회장은 지난 1월 열린 'CES 2024'에서 "올해가 AI 스크린 시대를 열기 위해 AI를 적극 도입하는 원년이 될 것"이라며 "AI를 기반로 진일보한 커넥티드 리빙을 구현할 계획"이라고 강조한 바 있다.

'AI 원년'의 첫 스타트는 지난 1월말 출시된 전세계 최초 '온디바이스 AI폰' 갤럭시 S24 시리즈였다. 신제품 내에 탑재된 통번역, 텍스트 변환, 사진·영상 편집 등의 AI 기능은 소비자에 많은 호평을 받았다.

갤럭시 S24 시리즈를 내세운 삼성전자는 지난 1분기 스마트폰 출하량 6100만대를 기록하며 2개 분기만에 애플을 제치고 글로벌 스마트폰 시장 1위를 차지했다. 

'삼성 AI폰'의 전망도 밝다. 김동원 KB증권 연구원은 "향후 2년간 삼성전자는 갤럭시 S24를 기반으로 온디바이스 AI폰 점유율 55%을 차지할 것으로 추정된다"며 "특히 온디바이스 AI폰 글로벌 출하량은 삼성전자 주도 속에 연평균 83% 성장할 것"이라고 분석했다. 

생활 가전 분야에서도 AI 기능을 탑재한 비스포크 라인업을 잇달아 내놓으며 '삼성 AI 가전 생태계 확장'에 힘쓰고 있다.

실제 세탁건조기 '비스포크 AI 콤보'나 로봇청소기 '비스포크 AI 스팀' 등은 판매량이 시장 예측을 웃도는 성과를 내고 있다.

삼성전자는 사용자들의 편리성 극대화를 목표로 하면서 자사가 자체 개발한 소프트웨어와 반도체를 적극 활용한다는 계획이다.

특히 올해는 유럽과 미국에서도 동시에 가전 사업 전략을 알리며 글로벌 시장에서 압도적인 성과 의지를 드러냈다. 

한종희 삼성전자 대표이사는 "이전과 같이 특정 지역에서 제품 하나만을 언급하는 것이 아니라 전세계에 동시에 전략을 공개하는 원론칭 방식"이라며 "올해 연말에 좋은 소식을 전할 수 있을 것 같다"고 설명했다.

◇DS 부문 약세...HBM에선 SK하이닉스, 파운드리는 TSMC와 1위 격차 줄여야

반면 삼성전자는 반도체 설계, 제조 등을 맡고 있는 디바이스솔루션(DS) 부문에선 경쟁사인 SK하이닉스(HBM), TSMC(파운드리)를 따라잡아야 하는 상황이다. 

AI 반도체의 핵심칩인 HBM 시장 점유율은 현재 SK하이닉스가 약 50%, 삼성전자가 약 40%, 미국의 마이크론이 10% 차지하고 있다.

3세대 HBM 제품까지는 삼성전자가 50% 이상의 점유율을 확보해왔으나 4세대 들어서부터 SK하이닉스에 1위 자리를 내줬다. 특히, HBM 최대 구매 기업인 '엔비디아'의 물량을 SK하이닉스가 독점하고 있는 상황이다.

삼성전자는 기술 고도화와 생산능력 확대로 5세대 HBM(HBM3E)부터 SK하이닉스와의 점유율 격차를 좁힌다는 방침이다. 

이에 따라 업계 최초로 개발에 성공한 12단 HBM3E를 올 2분기에 양산한다는 계획과 함께 HBM 공급 규모를 전년 대비 3배 이상 확대한다.

다만, 최근 TSMC가 SK하이닉스와 6세대 HBM을 공동 개발할 것으로 알려지며, 시장 경쟁에서 삼성전자가 입지를 강화하기란 쉽진 않을 것이란 전망이다.

앞서 TSMC는 지난 14일 네덜란드 암스테르담에서 열린 ‘TSMC 유럽 기술 심포지엄’ 행사에서 HBM4의 베이스 다이(기판)에 12나노급 공정과 5나노급 공정 기술을 적용하기로 했다. 

HBM은 베이스 다이라고 불리는 기판에 D램 반도체를 적층시키는 형태로 제작되는데, 현재는 D램과 베이스 다이를 SK하이닉스가 모두 생산하고, TSMC가 이를 받아 다른 부품과 함께 패키징(조립)해왔다. 

하지만 6세대 HBM부터는 TSMC가 베이스 다이까지 직접 제작해 SK하이닉스에 납품할 것으로 알려졌다.

HBM과 함께 삼성전자는 파운드리 시장에서도 TSMC와 경쟁력 격차 줄이기에 필사적인 상황이다.

파운드리는 반도체 제조 설비가 없는 고객사가 의뢰한 반도체를 제작하는 것을 말한다. 위탁 제조라고 할 수 있는데, 현재까지 TSMC의 독주가 이어지고 있다. 

시장조사업체 트렌드포스에 따르면 TSMC는 지난해 4분기 기준 세계 파운드리 시장에서 61.2%의 점유율을 기록했다. 2위인 삼성전자는 점유율 11.3%로, 양사의 격차는 50%포인트가 넘는다. 

삼성전자는 기술 혁신으로 반전을 꾀하고 있다. 파운드리 기술의 핵심은 나노 공정이다.

머리카락의 '10만분의 1' 크기인 나노 공정은 반도체 생산의 원재료인 '웨이퍼'에 새긴 회로의 선폭을 의미한다. 이 선폭이 좁을수록 집적도가 높아지는데, 집적도가 높아지면 칩 안에 반도체 소자를 많이 넣을 수 있어 성능 개선에 유리하다. 

삼성전자는 지난 2022년 업계 최초로 GAA(게이트올어라운드) 공정을 파운드리에 적용하며 기술 초격차 의지를 드러냈다.

GAA 공정은 전류의 스위치 역할을 하는 게이트의 4면을 감싸는 기술을 말한다. 기존 3면만을 감싸는 핀펫 공정보다 전류 흐름을 더욱 세밀하게 제어할 수 있다.

업계에서는 GAA 공정이 파운드리 공정의 '게임체인저'가 될 것으로 평가한다.

아울러 삼성전자는 ▲3나노 이하 초미세공정 기술 우위 지속 ▲고객사 다변화 ▲선제적 연구개발(R&D) 투자 ▲과감한 국내외 시설투자 ▲반도체 생태계 육성을 통해 파운드리 사업을 미래 핵심 성장동력으로 키워나간다는 계획이다.

업계 관계자는 "경쟁사인 SK하이닉스와 TSMC 역시 대대적인 투자에 나서며 기술 고도화에 나서고 있다"며 "시장 경쟁력이 한번에 바뀌는 상황이 생기기는 쉽지 않다"고 설명했다

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