[반도체 승부처] 삼성 2나노 '엑시노스 2600', 갤S26 탑재…CPU 퀄컴 밀리고 GPU 역전 직전

세계 반도체 업계가 주목하는 질문 하나가 다시 수면 위로 떠올랐다. "미세 공정을 먼저 가져가면 시장도 따라오는가." 삼성전자가 세계 최초로 2나노(nm) GAA(게이트-올-어라운드) 공정 양산이라는 이정표를 세우고도, 정작 자사 스마트폰의 핵심 칩 성능 경쟁에서 고전하는 역설적인 상황이 연출되고 있다.
IT 전문 매체 가가젯(Gagadget)이 지난 26일(현지시각) 공개한 벤치마크 측정치에 따르면, 삼성전자 차기작 '엑시노스 2600'과 퀄컴 '스냅드래곤 8 엘리트 5세대'가 벌인 긱벤치(Geekbench) 연산 대결에서 뚜렷한 격차가 확인됐다. 단일 핵심(싱글코어) 연산에서 엑시노스 2600이 3,105점을 기록하는 동안, 퀄컴 칩셋은 3,670점을 끌어냈다. 두 칩의 차이는 18.2%에 달한다. 다중 핵심(멀티코어) 환경에서는 각각 1만444점 대 1만981점으로 격차가 5.1%로 좁혀졌다.


수치만 보면 엑시노스 2600의 열세가 분명해 보이지만 이야기는 단선적이지 않다. 인공지능(AI) 처리 속도를 가늠하는 'MLPerf 모바일 v5.0' 테스트에서는 두 칩의 격차가 오차 범위 안으로 좁혀진 것으로 복수의 외신이 전했다. 그래픽 성능에서는 오히려 반전이 일어나고 있다. 삼성전자가 미국 AMD의 최신 RDNA4 아키텍처를 바탕으로 독자 설계한 'Xclipse 960' GPU를 장착한 결과, 불칸(Vulkan) API 기준 2만7,478점을 기록했다. 퀄컴(2만7,875점)과의 간격이 1.4%에 불과하다. 베이스마크 레이 트레이싱 부문에서는 퀄컴을 제치고 1위에 올랐다는 결과도 나왔다.

발열 제어 역시 이번 엑시노스 2600이 공들인 부분이다. 삼성전자는 새로운 패키징 기술(FOWLP-HPB)과 '히트 패스 블록' 방식을 결합한 냉각 구조를 적용했다. 성능 변동 폭이 3.4%에 그쳐 퀄컴 대비 안정성이 높다는 자체 측정치도 공개했다. 고사양 게임이나 영상 편집처럼 지속적인 부하가 걸리는 환경에서 성능 저하를 억제하는 것이 목표다.
본지 취재를 종합하면, 반도체 업계에서는 이번 결과를 예상된 수순으로 받아들이는 기류가 강하다. 업계 관계자는 "공정 미세화가 성능을 자동으로 보장해 주던 시대는 지나갔다"라며 "반도체 설계 자산(IP) 최적화와 소프트웨어 제어 능력이 받쳐주지 않으면 하드웨어 사양만으로는 격차를 메우기 어렵다"고 분석했다.


오는 3월 11일 출시 예정인 갤럭시 S26 시리즈의 칩셋 배분 구조에도 이 격차가 고스란히 반영됐다. 삼성전자는 갤럭시 S26과 S26+에 한국·유럽 등 시장에는 엑시노스 2600을, 미국·중국 등 주요 시장에는 스냅드래곤 8 엘리트 5세대를 이원화해 탑재하기로 했다. 반면 최상위 모델인 '갤럭시 S26 울트라'는 전 세계 모든 시장에서 스냅드래곤 단독 체제를 유지한다. 최고 사양 제품의 심장 자리를 자사 칩이 아닌 경쟁 칩에 내어준 셈이다.

증권가 일각에서는 이 구조가 삼성전자 수익성에 이중 부담을 준다고 지적한다. 퀄컴 칩셋 구매 단가가 높아질수록 스마트폰 사업부의 원가 부담이 커지고, 동시에 파운드리 사업부는 외부 고객 수주 없이 내부 물량에 의존하는 악순환이 이어질 수 있다. 트렌드포스(TrendForce)는 엑시노스 2600의 수율 문제로 갤럭시 S26 전체 물량의 약 30%만 자사 칩으로 채워질 수 있다고 전망했다.

삼성전자 파운드리 사업부가 2나노 GAA 공정 양산에 세계 최초로 성공한 것은 엄연한 기술적 성취다. 초기 30% 수준에 불과했던 수율은 현재 50%대로 개선됐으며, 연내 70% 달성을 목표로 하고 있다. 반면 업계 1위 TSMC는 이미 60%를 웃도는 수율을 기록 중이며, 애플 A시리즈에 이어 엔비디아와 AMD의 차세대 칩 수주를 잇따라 확보했다. 격차를 메우는 속도가 관건이다.

삼성 파운드리 2나노 성패는 스마트폰 너머 반도체 판도까지 흔든다. 엑시노스 2600의 성능 논란은 삼성 파운드리 2나노 생태계 전반에 즉각적인 파급력을 미친다. 외부 고객사(팹리스)가 파운드리 위탁처를 결정할 때 가장 먼저 확인하는 것이 '레퍼런스 칩'의 실제 성능이기 때문이다. 삼성의 2나노 GAA 공정이 자사 칩에서조차 퀄컴의 4나노 설계를 앞서지 못한다면, 외부 고객의 신뢰를 얻기 어렵다. 수율이 70% 안팎으로 안정되고 GPU·AI 등 특화 영역에서 뚜렷한 우위를 입증하는 것이 삼성 파운드리의 외부 수주 확대와 흑자 전환(목표: 2027년)을 위한 선결 조건이다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com