[하루한짠 5기] 12월 5주차 - 자율과제 (엑시노스 이야기: GPU 내재화에 대한 이해)

https://n.news.naver.com/article/015/0005229120

[단독] 삼성, AI 성능 가르는 'GPU 내재화'…엑시노스 경쟁력 높인다

 
금주는 위 기사를 간단하게 정리하고, 엑시노스에 대해 이해하는 시간을 가져보려고 합니다.
 
GPU 자체 개발을 위한 기술제휴

• 최근 2~3년간 삼성전자 미국 반도체 법인은 GPU 전문가를 가장 공들여 채용함
  최는 GPU 분야 전문가로 꼽히는 존 레이필드 전 AMD 사장도 이렇게 삼성에 합류하게 됨.
• GPU는 생성형 AI에서 중요도가 점점 높아지고 있음. 
  이에 핵심 기술을 외부 업체에 의존할 수 없다는 판단에 미국 AMD와 기술제휴에 나섰고, 최근 GPU 기술의 핵심인 '밑그림 설계' (아키텍처) 기술을 확보함
• 이를 토대로 자체 개발한 GPU를 2027년에 나올 스마트폰 애플리케이션프로세서(AP) '엑시노스 2800'(가칭)에 적용할 예정

GPU 자체 개발의 배경 이해

• GPU는 크게 AI 데이터센터에 들어가는 서버용 
  PC에 들어가는 테스크톱용
  스마트폰에 들어가는 모바일용으로 나뉜다.
• 서버용은 엔비디아가 전체시장의 90%를 장악했고, 스마트폰 등 모바일용 제품은 애플, 궐컴 등이 과점하고 있음
• 삼성이 GPU 내재화에 나선 건 범용 GPU로는 갤럭시 시리즈 등 삼성 정보기술(IT) 제품의 AI 기술을 온전히 구현할 수 없다고
  봤기 때문
  범용 GPU는 그 자체로 성능이 뛰어나도 여러 브랜드와 기기에서 작동해야 해 삼성 소프트웨어에 최적화 하기 어려움
  기능이 여러 작업에 맞춰진 탓에 칩 구동 과정에서 전력 소모 필요이상, 연산능력 저하
• 엔비디아의 서버용 AI 가속기를 사용하던 구글, 아마존, 메타 등이 AI 가속기 내재화에 나선 것도 같은 이유
• 모바일 GPU는 배터리로 구동되기 때문에 저전력 + 실시간 이미지 처리 등 고난도 기술이 필요함
  특히 이미지처리, 게임구동, AI 연산 등 다양한 기능을 쌀알 2~3개 크기의 칩에 담아내야 함.

모바일 GPU의 확장성

• 모바일 GPU는 인터넷 연결 없이 자체적으로 구동하는 모든 종류의 AI 디바이스에 적용될 수 있음.
• 예컨대 자율주행 차는 5~6대 카메라와 10~20개 센서에서 들어오는 실시간 정보를 최대 100fps(초당 프레임)로 처리해야 하는데, 이걸 GPU가 담당.
• 휴머노이드도 마찬가지. GPU는 휴머노이드에서 카메라로 들어온 정보를 이미지로 변환하는 인지기능을 맡기 때문.
  
  
• 삼성은 AI폰을 시작으로 자체 GPU 칩을 적용한 AP를 삼성이 그리는 AI 생태계의 주요 플랫폼인 스마트글라스, 자율주행차용 인포테인먼트시스템, 휴머노이드 등에 공급할 계획
• 실적을 쌓은 뒤엔 고객사의 주문을 받아 '맞춤형 칩'을 만들어주는 주문형반도체(ASIC) 사업에도 뛰어들 예정
  삼성전자 시스템 LSI사업부가 '제2의 브로드컴', '제2의 마벨'이 되는 것
  **브로드컴이 어떤 사업을 맡고있는지 정리가 필요할 것 같아 찾아봤음

1. "연결(Connectivity)의 제왕" 브로드컴은 데이터를 주고받는 모든 곳에 존재합니다. 스마트폰: 여러분이 쓰는 아이폰이나 갤럭시의 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 칩의 상당수가 브로드컴 제품입니다. (애플의 아주 오래된 대형 고객사죠.) 통신 인프라: 가정용 공유기부터 전 세계 데이터센터를 연결하는 거대한 네트워크 스위치, 라우터 칩 시장에서 압도적인 1위입니다. 한 줄 요약: "브로드컴 없이는 인터넷도, 와이파이도 안 된다"고 해도 과언이 아닙니다. 2. "맞춤형 AI 칩(ASIC)의 강자" (엔비디아의 대항마) 최근 브로드컴이 엔비디아만큼 주목받는 이유입니다. 엔비디아는 누구나 사서 쓸 수 있는 기성품(범용 GPU)을 팔지만, 브로드컴은 구글, 메타 같은 빅테크 기업들이 "우리 서비스에 딱 맞는 우리만의 AI 칩을 만들어줘"라고 할 때 그걸 설계해 주는 ASIC(주문형 반도체) 분야의 세계 1위입니다. 구글의 AI 칩인 'TPU'를 설계하는 파트너가 바로 브로드컴입니다. 3. "반도체를 넘어 소프트웨어까지" 브로드컴은 다른 반도체 회사들과 달리 소프트웨어 기업들을 공격적으로 인수해 몸집을 불렸습니다. 최근에 클라우드 소프트웨어로 유명한 **VM웨어(VMware)**를 610억 달러(약 80조 원)에 인수하며 화제가 되었습니다. 하드웨어(칩)뿐만 아니라 그걸 운영하는 소프트웨어까지 팔아서 수익성을 극대화하는 전략을 씁니다. 영업이익률이 엄청나게 높은 '돈 잘 버는 회사'로 유명하죠.

 
 
삼성전자 설계분야에 대한 평가

• 업계에선 삼성 반도체가 메모리와 파운드리에 이어 상대적으로 약했던 설계분야에서도 성과를 내기 시작했다고 평가함
• 삼성 파운드리는 지난 7월 테슬라로부터 22조원 규모 AI 칩 공급 계약을 따낸 데 이어 10월 애플과 최신 이미지센서 공급 계약까지 체결함
• 메모리 분야에선 최근 5세대 고대역폭메모리 (HBM3E)를 엔디비아에 납품하기 시작함.
  차세대 제품인 HBM4도 양산 준비를 마치고 엔비디아 품질검증을 진행하고 있음.
• "GPU 독자 개발 성공은 시스템LSI사업부가 세계적인 팹리스 반열에 오르는 시작점이 될 것"

 
 
기사를 다 읽고

• 스마트폰 시장은 이미 성숙기 라고 생각하는데 GPU내재화 기술이 완성되면 자동차, 로봇 등 성장산업에서도 두각을 보일 듯
• 자율주행차와 휴머노이드에도 적용가능하다는 게 인상깊었음
• 과거 엑시노스의 발열, 성능 문제를 해결하는 게 중요할 듯

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기타 궁금했던 부분들

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🏆 글로벌 팹리스 TOP 5 (2025년 기준)

1위. 엔비디아 (NVIDIA) 🇺🇸 - AI 반도체의 절대 강자

• 주요 분야: GPU(그래픽 처리 장치), AI 가속기
• 특징: 과거에는 게임용 그래픽 카드로 유명했지만, 지금은 전 세계 AI 데이터센터에 들어가는 칩 시장의 90% 이상을 장악하고 있습니다. 현재 전 세계에서 가장 가치 있는 반도체 기업이자 팹리스의 제왕입니다.

2위. 브로드컴 (Broadcom) 🇺🇸 - 네트워크 및 커스텀 칩의 강자

• 주요 분야: 통신 칩, 네트워크 장비용 반도체, 커스텀 AI 칩(ASIC)
• 특징: 우리 눈에 잘 보이진 않지만, 구글이나 메타 같은 빅테크 기업들이 자신들만의 맞춤형 AI 칩을 만들 때 브로드컴과 손을 잡습니다. 매우 탄탄한 수익 구조를 가진 알짜 기업입니다.

3위. 퀄컴 (Qualcomm) 🇺🇸 - 모바일 칩의 제왕

• 주요 분야: 스마트폰 AP (스냅드래곤), 5G 모뎀 칩
• 특징: 삼성 엑시노스의 가장 큰 경쟁자입니다. 전 세계 안드로이드 스마트폰의 두뇌를 책임지고 있으며, 최근에는 PC용 칩과 차량용 반도체 시장으로 영역을 공격적으로 넓히고 있습니다.

4위. AMD 🇺🇸 - 인텔과 엔비디아의 유일한 대항마

• 주요 분야: CPU (라이젠), GPU (라데온), AI 가속기
• 특징: PC와 서버용 CPU 시장에서 인텔을 맹추격하고 있으며, AI 칩 시장에서도 엔비디아의 독주를 막을 유일한 대안으로 꼽힙니다.

**AMD에 대한 추가 스터디
  - 반도체 전문가들 사이에서 AMD를 주목하는 이유 3가지

1. 하드웨어 스펙의 '압도적 가성비' (더 많은 메모리) AI 칩(GPU)에서 가장 중요한 건 데이터를 얼마나 많이, 빨리 처리하느냐입니다. 2025년 현재 AMD의 최신 칩(인스팅트 MI350 시리즈 등)은 엔비디아의 최고 사양 제품과 비교해도 하드웨어 성능상 뒤처지지 않거나, 오히려 앞서는 부분들이 있습니다. 메모리 용량: AI 모델(LLM 등)이 커질수록 칩의 메모리가 커야 합니다. AMD는 엔비디아보다 **더 많은 HBM(고대역폭 메모리)**을 탑재하여, 한 번에 더 큰 AI 모델을 돌릴 수 있게 설계합니다. 가격 경쟁력: 엔비디아 칩은 현재 부르는 게 값일 정도로 비싸고 구하기도 힘듭니다. 반면 AMD는 비슷한 성능을 내면서도 가격은 더 합리적으로 책정하여 **'가성비'**로 시장을 공략하고 있습니다. 2. '반(反) 엔비디아 동맹'의 구심점 (개방형 생태계) 엔비디아의 무서운 점은 칩 자체가 아니라 **'쿠다(CUDA)'**라는 독점 소프트웨어 생태계입니다. 개발자들이 엔비디아 칩에만 익숙해지도록 만든 것이죠. 하지만 빅테크 기업(구글, 메타, 마이크로소프트 등)들은 엔비디아 한 곳에 너무 의존하는 것을 극도로 경계합니다. 오픈소스 전략 (ROCm): AMD는 누구나 자유롭게 수정하고 쓸 수 있는 개방형 소프트웨어인 **'ROCm'**을 밀고 있습니다. 공급망 다변화: 기업들 입장에서는 엔비디아와 협상할 때 **"너네 너무 비싸면 AMD 거 쓸 거야"**라고 말할 수 있는 '카드'가 반드시 필요합니다. 그래서 오픈AI나 메타 같은 큰 손들이 AMD를 적극적으로 지원하며 키워주고 있는 것입니다. 3. 검증된 설계 능력 (CPU와 GPU를 다 잘하는 회사) 전 세계에서 고성능 **CPU(컴퓨터의 뇌)**와 **GPU(그래픽의 뇌)**를 모두 최고 수준으로 만들 수 있는 회사는 AMD가 거의 유일합니다. 기술적 노하우: 인텔을 CPU 시장에서 위협했던 저력이 GPU 시장에서도 나타나고 있습니다. 특히 여러 개의 작은 칩을 하나로 묶는 '칩렛(Chiplet)' 기술은 AMD가 엔비디아보다 먼저 상용화해서 앞서나간 분야이기도 합니다. ⚠️ 하지만 넘어야 할 산은 있습니다 하드웨어는 훌륭하지만, 여전히 소프트웨어의 안정성과 개발자 커뮤니티의 규모에서는 엔비디아를 따라가는 단계입니다. 2025년 현재, AMD는 "기계는 좋은데 소프트웨어 지원을 얼마나 더 완벽하게 해주느냐"가 엔비디아를 꺾을 수 있는 마지막 열쇠가 될 것입니다. 정리해보면 기술력, 공급능력(TSMC의 최점단 공정을 엔비디아만큼이나 우선적으로 사용할 수 있는 파워가 있음), 개방성(오픈소스 전략으로 엔비디아의 폐쇄적인 정책에 지친 개발자들을 끌어보으고 있음) 이 3가지 장점으로 엔비디아에 도전중

 

5위. 미디어텍 (MediaTek) 🇹🇼 - 물량 공세의 달인

• 주요 분야: 중저가형 스마트폰 AP (디멘시티)
• 특징: 대만 기업으로, 전 세계 스마트폰 칩 점유율(수량 기준)로는 종종 퀄컴을 제치고 1위를 차지하기도 합니다. 가성비 좋은 칩으로 유명하지만, 최근에는 프리미엄 시장에서도 선전하고 있습니다

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SoC(System on Chip)에 대한 이해

📱 엑시노스는 '스마트폰의 두뇌'입니다

스마트폰 안에는 아주 작은 칩 하나가 들어가는데, 이 칩이 연산도 하고, 그래픽도 처리하고, 5G 통신도 담당합니다. 이걸 전문 용어로 SoC(System on Chip)라고 불러요.
엑시노스는 바로 삼성전자가 직접 설계한 스마트폰의 두뇌(SoC) 브랜드 이름입니다.

왜 엑시노스가 중요할까요?

보통 안드로이드 스마트폰 두뇌는 미국의 '퀄컴(Snapdragon)'이라는 회사가 꽉 잡고 있습니다. 하지만 삼성 입장에선 남의 칩만 사서 쓰면 몇 가지 문제가 생기죠.

• 가격 협상력: 퀄컴이 "칩 가격 올릴게"라고 하면 속수무책입니다. 하지만 우리도 엑시노스가 있으면 "우리 거 쓸 거야"라고 협상할 수 있죠.
• 최적화: 삼성 갤럭시 휴대폰에 가장 딱 맞는 기능을 직접 넣고 뺄 수 있습니다.
• 기술 독립: 반도체 설계 능력을 키워야 미래 산업(AI, 자동차 등)에서 주도권을 잡을 수 있습니다.

 

🏗️ 1. PC는 '팀'이고, AP는 '슈퍼맨'이다

우리가 쓰는 데스크톱 PC를 떠올려 보세요. 본체 안을 열면 여러 부품이 흩어져 있죠?

• CPU: 머리 (연산)
• 그래픽카드: 눈 (이미지 처리)
• 통신 카드: 귀와 입 (인터넷)
• 메모리: 작업대

하지만 스마트폰은 아주 작고 얇아야 합니다. 그래서 이 모든 부품을 손톱보다 작은 칩 하나에 다 때려 넣었습니다.
이걸  SoC(System on Chip)라고도 부르는데, 스마트폰에서는 특별히 AP라고 부르는 것이죠.

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🧠 2. AP 안에는 어떤 '능력'들이 들어있을까?

AP라는 칩 하나를 현미경으로 들여다보면, 여러 구역으로 나뉘어 각자 다른 일을 합니다.

• CPU (중앙처리장치): 스마트폰의 전체적인 명령을 내립니다. "앱을 켜라!", "터치를 인식해라!" 같은 일을 하죠.
• GPU (그래픽처리장치): 화려한 게임 화면을 그리거나 영상을 매끄럽게 보여줍니다.
• NPU (신경망처리장치): 요즘 핫한 AI 전용 뇌입니다. 사진 속 인물을 인식해서 배경을 흐리게 하거나, 실시간 통역을 담당합니다.
• Modem (통신): 5G나 와이파이 신호를 주고받아 인터넷을 하게 해줍니다.
• ISP (이미지처리장치): 카메라 렌즈로 들어온 빛을 우리가 보는 예쁜 사진으로 변환해 줍니다.

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💡 3. 왜 AP가 스마트폰의 '계급'을 결정할까?

우리가 스마트폰을 살 때 "이 폰 성능 좋아?"라고 묻는 건, 사실 **"이 폰에 들어간 AP가 뭐야?"**라고 묻는 것과 같습니다.

성능 지표

AP가 하는 일

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🚀 전문가의 비유: "AP는 스마트폰의 엔진이자 운전사다"

자동차가 잘 달리려면 강력한 엔진이 필요하듯, 스마트폰이 똑똑하게 작동하려면 성능 좋은 AP가 필수입니다.
삼성이 아까 기사에서 **"GPU를 직접 만들겠다"**고 한 이유는, 남의 엔진(퀄컴이나 ARM)을 사다 쓰는 게 아니라 우리 차(갤럭시)에 딱 맞는 '세상에서 제일 빠른 엔진'을 직접 깎아서 만들겠다는 의지인 거죠.

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현재 엑시노스 성능은 어느정도이고, GPU 내재화 성공시의 기대효과는 뭘까?

1. 엑시노스가 들어간 폰 vs 안 들어간 폰, 무엇이 다른가?

보통 삼성 갤럭시 S 시리즈를 보면, 어떤 나라에는 엑시노스를 넣고, 어떤 나라(미국 등)에는 퀄컴의 스냅드래곤을 넣습니다. 사용자 입장에서 느끼는 차이는 크게 세 가지입니다.

• 성능과 효율 (두뇌의 힘): 과거에는 엑시노스가 발열이 심하거나 게임 성능이 떨어진다는 평가가 많았습니다. 하지만 최신 **엑시노스 2400(S24 탑재)**에 와서는 그 격차가 매우 좁혀졌어요. 미세하게 스냅드래곤이 연산 속도나 전력 효율에서 앞선다는 벤치마크 결과가 나오기도 하지만, 일반적인 사용자가 체감하기는 어려운 수준까지 올라왔습니다.
• 그래픽 및 게임 (GPU): 삼성은 AMD와 협력하여 그래픽 성능을 강화하고 있습니다. 빛의 반사를 실감 나게 표현하는 '레이 트레이싱' 같은 기술은 엑시노스가 강점을 보이기도 합니다. 반면, 여전히 많은 모바일 게임들이 스냅드래곤에 최적화되어 있어 게임 호환성 면에서는 스냅드래곤이 조금 더 유리한 편입니다.
• 이미지 처리 (ISP): 사진을 찍었을 때 색감이나 질감을 처리하는 방식이 칩셋마다 다릅니다. 그래서 같은 카메라 렌즈를 써도 엑시노스 모델과 스냅드래곤 모델의 사진 느낌이 미묘하게 다를 수 있습니다.

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2. 삼성은 왜 굳이 힘들게 칩을 직접 만들려 할까?

돈도 많이 들고 개발도 어려운 이 일을 삼성이 포기하지 않는 이유는 **'생존'**과 '주도권' 때문입니다.

• 가격 협상력 (Bargaining Power): 만약 삼성이 엑시노스를 포기하면, 퀄컴은 부르는 게 값이 됩니다. "칩 가격 20% 올릴게, 싫으면 사지 마"라고 할 때, 삼성은 "우리 엑시노스 쓸 거야"라고 대답할 수 있어야 퀄컴과 가격 협상을 유리하게 이끌 수 있습니다. 이는 결국 스마트폰의 원가를 낮추는 핵심 전략입니다.
• 수직 계열화 (Vertical Integration): 애플이 아이폰에 들어가는 칩(A시리즈)을 직접 만들기 때문에 소프트웨어와 하드웨어가 완벽하게 맞물리는 것과 같은 이치입니다. 삼성이 원하는 기능(예: 특정 AI 기능)을 가장 잘 구현할 수 있는 칩을 직접 설계함으로써 타사 제품과 차별화된 성능을 낼 수 있습니다.
• 파운드리(공장) 가동률: 삼성은 반도체를 설계하기도 하지만, 직접 만드는 공장(파운드리)도 가지고 있습니다. 엑시노스를 많이 만들수록 삼성 파운드리 공장이 쉼 없이 돌아가며 돈을 벌게 됩니다. '설계-생산-제품 판매'로 이어지는 거대한 반도체 생태계를 완성하는 조각인 셈이죠.
• 미래를 향한 포석 (AI와 자동차): 스마트폰 칩 설계 기술은 곧 자율주행차 칩, 서버용 AI 칩 설계 기술로 이어집니다. 스마트폰 시장에서 쌓은 노하우로 미래의 더 큰 시장을 장악하려는 계산이 깔려 있습니다.

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팹리스와 파운드리, 그 사이의 종합반도체 기업(IDM)에 대한 이해

1. 설계의 주체: 각각 자기 전공을 설계합니다

• 엔비디아: **GPU(연산 장치)**를 설계합니다. (예: "우리 칩은 초당 100조 번 계산할 거야!")
• 삼성전자: **HBM(고성능 메모리)**을 설계합니다. (예: "우리 메모리는 데이터를 1초에 1TB씩 전달할 수 있게 설계할 거야!")

엔비디아가 삼성의 메모리 내부 회로까지 설계해주지는 않습니다. 메모리 설계는 삼성전자가 전 세계에서 제일 잘하는 전공 분야니까요.

2. "협의"의 과정: 규격(Standard)을 맞춥니다

하지만 두 제품이 나중에 **'합체'**되어야 하므로, 설계 단계에서 긴밀하게 소통합니다.

• 엔비디아: "삼성아, 내가 이번에 만드는 GPU(블랙웰 등)는 다리가 1,000개고 이런 신호를 보낼 거야. 여기에 딱 붙을 수 있는 HBM을 만들어줘."
• 삼성전자: "오케이! 그럼 우리가 그 규격에 맞춰서 최고 속도를 내는 HBM을 설계해서 가져갈게."

즉, **엔비디아의 설계도(GPU)**와 **삼성의 설계도(HBM)**가 서로 '아귀가 맞도록' 조율하는 과정이 반드시 필요합니다.

3. 최종 완성은 누가 하나요? (패키징의 마법)

이제 각자 만든 결과물을 합쳐야 합니다.

1. 삼성전자: 자기들이 설계하고 생산한 HBM 칩을 완성합니다.
2. TSMC: 엔비디아가 설계한 도면을 받아 GPU 칩을 찍어냅니다.
3. 합체(패키징): TSMC 공장에서 엔비디아의 GPU 옆에 삼성의 HBM을 아주 가깝게 나란히 붙여서 하나의 판 위에 올립니다.