[서울=뉴스핌] 조민교 기자 = 삼성전자가 퀄컴의 차세대 모바일 애플리케이션프로세서(AP) 2나노 물량을 TSMC에 내줬지만, 정작 미국 테일러 공장의 2나노 생산능력은 인공지능(AI)·고성능컴퓨팅(HPC) 고객들로 채워지고 있다. 모바일 AP 수주가 선단공정 경쟁력을 가늠하던 파운드리 시장의 평가 기준이 AI칩으로 빠르게 이동하고 있는 것이다.

테슬라를 비롯해 AI·HPC 고객이 늘고 삼성전자도 2029년 HPC 사업 비중을 66%까지 높이겠다는 목표를 제시했다. 2나노 수율 개선과 테일러 팹 가동이 맞물리면서 삼성 파운드리가 '퀄컴 탈환'보다 대형 AI칩 양산을 통해 반등하는 새로운 경로가 열리고 있다는 평가가 나온다.

◆ 테일러 '완판'…AI·HPC가 2나노 채운다

1일 반도체 업계와 외신 등에 따르면 미국 텍사스주에 건설 중인 테일러 1공장의 2나노 생산능력은 본격 가동에 앞서 사실상 예약이 완료됐다. 테슬라의 차세대 AI5·AI6를 비롯해 브로드컴의 차세대 통신 반도체, Arm 관련 AI칩 등이 주요 물량으로 거론된다.

삼성도 파운드리 사업의 무게중심을 모바일에서 AI·HPC로 옮기겠다는 방향을 공식화했다. 노미정 삼성전자 파운드리사업부 상무는 지난달 29일 '코리아 프리미엄 위크 2026' 기업설명회에서 HPC 사업 비중이 2017년 5%에서 현재 28%로 높아졌으며 2029년에는 66%까지 확대될 것으로 전망했다. 같은 시기 HPC 고객도 전체 고객사의 절반을 넘어설 것으로 내다봤다. 모바일 중심이던 삼성 파운드리의 고객과 매출 구조를 AI·HPC 중심으로 바꾸겠다는 구상이다.

2나노 AI·HPC 수주는 이미 가시화되고 있다. 삼성전자는 지난 7월 2분기 실적 콘퍼런스콜에서 주요 클라우드서비스사업자(CSP)와 AI·HPC 고객으로부터 2나노 프로젝트를 확보해 설계 단계에 착수했다고 밝혔다. 브로드컴 등 대형 고객과도 추가 프로젝트를 논의하고 있다고 설명했다. 삼성은 이 같은 수주 흐름을 바탕으로 올해 2나노 프로젝트 수주가 전년의 두 배 이상으로 늘어날 것으로 전망했다.

◆ 수율 60% 근접…대형 AI칩 양산 기반 갖춘다

이는 삼성 2나노의 최대 약점으로 꼽혀온 수율이 개선되고 있기 때문이다. 대만 디지타임스는 지난달 29일 삼성전자의 1세대 2나노 공정인 SF2 수율이 최근 60%에 근접했다고 보도했다. 삼성은 수율을 높이는 동시에 전력 효율과 공정 안정성을 개선하는 작업을 진행하고 있는 것으로 전해졌다. 대형 고객이 본격적으로 양산을 맡길 수 있는 기반을 다져가는 단계다.

삼성은 늘어나는 AI·HPC 수요에 맞춰 생산능력도 확대하고 있다. 올해 말 테일러 1공장의 초기 가동을 시작하고 연내 테일러 2공장 착공에 들어가 2030년부터 양산한다는 계획이다. 2028년에는 3세대 2나노 공정, 2029년에는 1.4나노 공정 양산도 목표로 하고 있다. AI·HPC 고객 증가에 맞춰 선단공정 생산능력을 선제적으로 확보하겠다는 전략이다.

특히 대형 AI칩은 모바일 AP보다 웨이퍼 소비량이 많고 수율에 따른 수익성 차이도 크다. 삼성전자 입장에서는 2나노 수율 개선이 실제 AI칩 양산과 매출 확대로 이어질 경우 퀄컴 수주 여부와 별개로 파운드리 사업의 체질을 바꿀 수 있다. 결국 삼성 2나노의 다음 시험대는 '누구의 모바일칩을 만드느냐'가 아니라 '얼마나 많은 AI칩을 안정적으로 찍어내느냐'가 될 전망이다.

아직 글로벌 파운드리 시장에서 TSMC와의 격차는 여전히 크다. 퀄컴은 올해 공개한 스냅드래곤 8 엘리트 익스트림 Gen 6와 스냅드래곤 8 엘리트 Gen 6를 모두 TSMC 2나노 공정에서 생산하기로 했다. 올해 2분기 글로벌 파운드리 시장점유율도 TSMC가 72.5%, 삼성전자가 5.9%로 큰 차이를 보였다.

그럼에도 삼성 2나노의 경쟁력을 모바일 AP 수주만으로 판단하기는 어려워지고 있다. 퀄컴을 놓친 사이 테일러 2나노 생산능력은 AI·HPC 고객으로 채워지고 있고 삼성도 향후 파운드리 사업의 중심축을 HPC로 옮기고 있다. 앞으로 삼성 파운드리의 반등을 가를 핵심은 퀄컴을 다시 잡느냐보다 급증하는 AI칩 수요를 얼마나 안정적으로 양산해 실적에 연결하느냐가 될 전망이다.

한 업계 관계자는 "과거 선단공정 경쟁이 스마트폰 AP를 중심으로 이뤄졌다면 최근에는 AI와 HPC가 새로운 핵심 수요처로 떠오르고 있다"며 "AI칩은 모바일 AP보다 칩 크기가 크고 필요한 웨이퍼 물량도 많아 대형 고객 한 곳을 확보했을 때 파운드리에 미치는 영향도 더 클 수 있다"고 말했다.

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