삼성전자, 4년 만에 갤럭시26 전 모델에 자체 AP 탑재, 수익성 개선 '청신호'

최상위 라인업인 울트라 모델에도 탑재 예정
당초 30% 수준이던 수율 50%까지 끌어올려
시스템 반도체와 스마트폰 사업 호재로 작용

삼성전자가 4년 만에 자체 모바일 AP인 엑시노스 2600을 자사 플래그십 스마트폰 갤럭시S26 시리즈에 탑재하며 시스템 반도체 경쟁력 강화에 나선다. 수율 개선에 더해 AP와 모뎀 분리 설계 등으로 성능을 끌어올린 엑시노스 2600은 내년 시스템LSI 사업부의 실적 반전을 이끌 주요 변수로 떠오르고 있다. 나아가 스마트폰 사업에서는 자사 AP 탑재로 퀄컴 의존도를 낮춤으로써 MX사업부의 경쟁력 강화에도 기여할 것으로 보인다.

11월 엑시노스 2600 대량 생산 돌입

21일 반도체업계에 따르면 삼성전자 시스템LSI사업부는 엑시노스 2600 개발을 마무리하고 오는 11월부터 자사 플래그십 스마트폰 갤럭시S26 시리즈 탑재를 위한 대량 생산을 시작한다. 이에 따라 최상위 라인업인 울트라 모델에도 4년 만에 자체 AP가 적용될 전망이다. 엑시노스는 삼성전자의 DS(디바이스솔루션) 부문 시스템LSI사업부가 설계하고, 파운드리(반도체 위탁생산) 사업부가 양산하는 자체 모바일 AP로, 스마트폰의 두뇌 역할을 하며 전체 성능을 좌우한다.

삼성전자는 지난달 엑시노스 2600 양산을 위해 웨이퍼 투입을 시작했다. 이후 파운드리 공정에서 실리콘 칩의 기본 회로를 형성하는 팹 아웃이 진행됐고, 이후 협력사의 웨이퍼 테스트 과정이 이어졌다. 패키징과 패키지 테스트는 삼성전자 내부에서 수행됐다. 이번 양산에는 삼성전자의 최선단 공정으로 3세대 게이트올어라운드(GAA) 기술이 적용된 SF2 공정이 사용됐다. 이전 세대인 SF3 대비 성능과 전력 효율 모두 향상된 것으로 알려졌다.

통합 SoC서 설계 변경, AP·모뎀 분리

삼성전자가 지난달 엑시노스 2600 양산에 착수할 수 있었던 배경에는 예상보다 빠르게 개선된 수율이 큰 역할을 했다. 당초 30% 수준에 머물렀던 SF2 공정 수율이 3분기 들어 50% 안팎까지 상승했기 때문이다. 앞서 삼성전자는 이전 모델인 엑시노스 2500이 낮은 수율 문제로 자사의 플래그십 스마트폰 갤럭시 S25에 탑재되지 못하면서 시스템 반도체 사업 부문에서 큰 손실을 입었다. 이후 이를 만회하기 위해 엑시노스 2600 개발과 양산에 회사의 역량을 집중해 왔다.

수율뿐 아니라 성능도 상당한 수준에 도달한 것으로 확인된다. 내부 테스트 결과, 엑시노스 2600은 애플의 자체 모바일 AP인 A19 프로와 비교해 대규모언어모델(LLM) 등 생성형 인공지능(AI)에 중요한 신경망처리장치(NPU) 성능이 6배 이상 높았다. 중앙처리장치(CPU) 멀티코어 성능은 A19 프로보다 15%, 그래픽처리장치(GPU) 성능은 75% 우수했다. 특히 멀티미디어 재생 성능은 A19 프로뿐 아니라 퀄컴의 스냅드래곤8 엘리트 5세대도 넘어선 것으로 알려졌다.

처음으로 시스템 온 칩(SoC)에서 AP와 모뎀을 분리한 것도 성능 향상에 기여했다. 삼성전자는 지금까지 갤럭시S 시리즈에 AP와 모뎀을 통합한 SoC 솔루션을 제공해 왔지만, 갤럭시S26 시리즈부터는 모뎀을 분리해 탑재했다. 덕분에 기존 모뎀 공간만큼 AP의 CPU와 GPU 면적을 확장할 수 있어 성능 개선 효과를 얻었다. 업계에서는 현재 SF2 공정 성능이 목표치의 85% 수준임을 감안할 때 향후 공정이 개선되면 엑시노스 2600의 주요 성능도 더 향상될 것으로 기대한다.

퀄컴 의존도 줄여 스마트폰 원가 낮춰

엑시노스 2600의 갤럭시S26 시리즈 탑재가 현실화되면서 내년 삼성전자 시스템LSI 사업부의 실적 반전 가능성에도 관심이 쏠린다. 이와 함께 자사 AP를 확보한 삼성전자 모바일경험(MX) 사업부의 스마트폰 경쟁력 강화 여부도 관전 포인트가 될 것으로 보인다. 올해 2월 선보인 갤럭시S25 시리즈는 갤럭시AI와 새로워진 운영체제(OS) 등으로 시장에서 호평을 받았지만, 스마트폰 제조 원가 부담이 높은 상황에서 퀄컴 스냅드래곤8 엘리트만을 탑재하면서 수익성 측면에서는 부담 요인으로 작용해 왔다.

삼성전자 사업보고서에 따르면 올해 1분기 삼성전자 DX부문의 모바일 AP 매입 비용은 4조7,891억원에 달했다. 이는 지난해 1분기 3조4,915억원보다 37.16% 늘어난 수치다. DX 부문 전체 원재료 비용 가운데 모바일 AP가 차지하는 비중도 지난해 1분기 18.7%에서 올해 1분기 22.5%까지 증가했다. 퀄컴의 AP를 제작하는 대만 TSMC가 첨단 공정 가격을 계속 인상하고 있는 만큼, 퀄컴의 AP 가격도 함께 오르고 있다. 지난해 모바일 AP 매입 비용은 전년 대비 약 19% 증가한 것으로 파악됐다.

업계에서는 D램에 이어 시스템 반도체까지 회복세를 보이면서 삼성전자의 턴어라운드 속도가 한층 빨라질 것으로 보고 있다. 특히 엑시노스 2600 출하가 본격화되는 4분기에는 적자 폭이 더 감소할 것으로 예상한다. 내년 이후 전망도 밝다. 이르면 내년부터 테슬라의 자율주행용 칩인 AI6와 애플의 이미지센서 생산에 들어가기 때문이다. 삼성전자는 지난 7월 테슬라와 165억 달러(약 22조8,000억원) 규모의 파운드리 생산 계약을 체결했고, 8월에는 애플 아이폰과 아이패드에 이미지센서를 공급하는 계약을 체결한 상태다.