엑시노스 2500, 갤럭시 S25 대신 'Z플립' 시리즈 탑재
GAA 공정 조기 도입으로 수율 확보 늦어져
퀄컴 스냅드래곤 시리즈 대비 부족한 성능

삼성전자가 내년 출시되는 플립형 스마트폰 ‘갤럭시Z플립 FE’, ‘갤럭시Z플립7′ 등에 자사 모바일 AP(애플리케이션 프로세서) ‘엑시노스 2500′을 탑재한다는 소식이 전해졌다. 게이트올어라운드(GAA) 공정을 적용한 파운드리(반도체 위탁 생산) 3나노 2세대 공정이 안정화하며 양산 조건이 갖춰졌다는 전언이다. 다만 시장은 엑시노스 2500의 부진한 성능 등을 우려하며 상품성에 대한 의구심을 드러내고 있다.

"엑시노스 2500 공정 안정화"

12일 업계에 따르면 삼성전자는 자사 모바일 AP 제품인 엑시노스 2500을 갤럭시 Z 플립 신제품에 적용하기로 결정했다. 당초 삼성전자 시스템LSI 사업부는 내년 출시를 앞두고 있는 갤럭시S25 시리즈에 탑재하는 것을 목표로 엑시노스 2500을 설계해 왔으나, △삼성전자 파운드리 사업부의 저조한 3나노미터(㎚·10억분의 1m) 공정 수율 △퀄컴의 스냅드래곤 시리즈 대비 부진한 성능 등의 영향으로 상품성 확보에 난항을 겪은 바 있다.

이와 관련해 삼성전자 고위 관계자는 “파운드리 3나노 2세대 공정에서 최초로 GAA 공정을 적용하게 되면서 그동안 양산에 어려움을 겪었던 것이 사실”이라며 “하지만 이제 공정이 안정화됐고 양산에 돌입하는 것은 시간문제”라고 밝혔다. 이어 “갤럭시 S25 시리즈에는 물량 확보가 안 돼 탑재가 어려울 것으로 보이지만, Z플립 시리즈 프리미엄 모델에는 충분히 탑재가 가능할 것”이라고 덧붙였다. 당초 엑시노스 2500이 탑재될 예정이던 '갤럭시 S25' 시리즈를 건너뛰고 수율을 안정화한 후 공급을 재타진한다는 전략이다.

무리한 'GAA 공정' 도입이 발목

삼성전자 모바일 AP 양산의 '장애물'로 작용한 GAA는 공정 미세화에 따른 트랜지스터의 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도·전력 효율을 높일 수 있어 차세대 반도체 기술로 각광받는 공정이다. 기존 핀펫 구조가 게이트와 채널이 3면에서 맞닿는 구조라면 GAA는 게이트가 채널 4면을 모두 감싸고 있는 구조다. 게이트와 채널이 접하는 면이 넓을수록 반도체 성능이 향상되고 동작 전압이 낮아지게 된다.

문제는 삼성전자가 GAA 공정 도입 이후 수율을 확보하지 못했다는 점이다. 삼성전자는 2022년 6월 업계 최초로 GAA 기반의 3나노 양산을 시작했고, 올해 7월 업계 최초로 3나노 공정 기반의 웨어러블용 프로세서(AP) '엑시노스 W1000'을 공개했다. 통상적으로 제품 양산이 진행할 때는 60% 이상의 수율이 확보돼야 하는 만큼, 업계에서는 W1000 공개 이후 삼성전자의 3나노 GAA 1세대 수율이 60%가 넘었을 것이라는 분석이 나오기도 했다. 

하지만 최근 삼성전자가 수율 문제로 엑시노스 2500 양산에 난항을 겪고 있다는 사실이 밝혀지면서 3나노 공정의 수율과 품질 문제가 재차 수면 위로 떠올랐다. 이와 관련해 한 업계 관계자는 "삼성전자의 3나노 공정 수율은 2분기 기준 20% 수준인 것으로 전해진다"며 "본격적으로 양산에 돌입하기에는 턱없이 모자란 수준"이라고 전했다. 이어 "삼성전자가 경쟁사인 TSMC를 의식해 무리하게 신기술과 선단 공정을 도입하면서 수율을 해치고 있다"고 지적했다.

일각에서는 삼성전자가 메모리 부문에서의 '오판'을 파운드리 부문에서도 반복하고 있다는 비판도 나온다. 앞서 삼성전자는 메모리 부문에서 원가 경쟁력 강화를 위해 극자외선(EUV) 공정(5개 레이어)을 조기 도입했으나 기술 안정화에 실패했다. 이에 따라 삼성전자 D램 10나노 1a(4세대) 공정, 1b(5세대) 수율은 여전히 부진한 수준에 머물고 있다. 1c(6세대)의 경우 경쟁사인 SK하이닉스가 삼성전자에 앞서 세계 최초 타이틀을 거머쥔 상태다.

엑시노스 2500, 성능 부진하다?

주목할 만한 부분은 3나노 GAA 공정의 안정화 소식이 전해졌음에도 불구, 시장이 엑시노스 2500의 상품성에 대한 우려를 좀처럼 지우지 못하고 있다는 점이다. 엑시노스 2500의 성능이 여전히 퀄컴의 스냅드래곤 8 시리즈를 밑돌고 있기 때문이다. IT 매체 안드로이드헤드라인의 보도에 따르면, 최근 IT 팁스터 주칸로스레브(@Jukanlosreve)는 긱벤치6에서 삼성 엑시노스 2500 칩이 탑재된 갤럭시S25 플러스 시제품의 벤치마크 테스트 결과를 포착했다. 엑시노스 기반 갤럭시S25+ 글로벌 모델이 긱벤치에서 발견된 것은 이번이 두 번째다. 

긱벤치 자료상 엑시노스 2500 칩이 탑재된 갤럭시S25+는 싱글 코어, 멀티 코어 테스트에서 각각 2,358점, 8,211점을 기록했다. 이는 지난달 긱벤치에서 최초 발견된 엑시노스 기반 갤럭시S25+가 기록한 점수(2,359점, 8,141점)와 거의 동일한 수준이다. 퀄컴의 스냅드래곤 8 엘리트와 비교하면 싱글 코어 성능은 약 37%, 멀티 코어 성능은 약 29% 떨어진다.

해당 매체는 엑시노스 2500 칩과 스냅드래곤 8 엘리트 칩의 성능 차이로 인해 삼성전자가 갤럭시S25 일부 모델에 엑시노스 2500 칩을 탑재하는 것은 사실상 어려울 것으로 보인다고 전했다. 삼성은 예전에도 성능 차이가 있는 엑시노스 칩과 스냅드래곤 칩 기반 모델을 교차 출시한 적이 있으나, 엑시노스 2500과 스냅드래곤 8 엘리트의 격차는 그 어느 때보다 크다는 분석이다.