자율 주행 기술 개발과 반도체 칩
자율주행 칩은 설계를 전문으로 하는 팹리스 기업이 도면을 그리면, 이를 실제로 찍어내는 파운드리 기업이 최첨단 초미세 공정을 사용하여 생산한다.
자율주행 칩 생산의 핵심 지형은 다음과 같다.
1. 주요 칩별 생산 기업 및 공정
자율주행 칩은 전력 효율과 연산 속도를 극대화하기 위해 3~5 나노 급의 최선단 공정에서 주로 생산된다.
NVIDIA의 주요 칩 모델은 DRIVE Thor이며 생산 파운드리는 TSMC/삼성전자이며 적용 공정 기술은 3~4 나노급 Blackwell 아키텍처를 사용한다.
Tesla는 AI5 (HW5.0)이며 제조사는 TSMC/삼성전자이며 3~4 나노급으로 이원화해서 생산한다.
Qualcomm은 Snapdrogon Ride Elite를 사용하며 TSMC를 사용하며 3 나노급 (GAA/FinFET)을 사용한다.
Mobilleye는 EyeQ6 High 칩을 사용하며 TSMC/Intel을 사용하며 5~7 나노급을 사용한다.
엔비디아는 전통적으로 TSMC의 핵심 고객이었으나, 공급 안정성을 윟 삼성전자 파운드리에 일부 물량을 맡기는 등 협력을 확대하고 있다.
테슬라는 양산되는 AI5은 삼성전자(미국 텍사스 테일러 공장)와 TSMC(미국 애리조나 공장 등)에서 나누어 생산하는 전략을 취하고 있다.
2. 사용되는 핵심 생산기술
자율주행 칩 생산에는 일반 가정용 칩보다 훨씬 까다로운 기술이 적용된다.
EUV(극자외선) 노광 공정 : 7 나노 이하의 미세한 회로를 그리기 위한 필수 기술이다. 삼성과 TSMC가 이 분야에서 가장 앞서 있다.
차량용 반도체 신뢰성 표준 : 영하 40도 ~ 영상 150도까지 극한 환경에서도 칩이 타버리거나 멈추지 않도록 보장하는 특수 패키징 및 테스트 기술이 들어간다.
GAA (Gate All Around) : 삼성전자가 주도하는 차세대 트랜지스터 구조로 전력 소모는 줄이면서 성능은 높여 전기차 기반 자율주행차에 최적화된 기술이다.
3. 생산 거점의 변화
최근에는 지정학적 리스크를 피하기 위해 생산 거점이 다변화되고 있다.
미국 내 생산 : 삼성전자의 테일러 공장과 TSMC의 애리조나 공장이 가동되면서 테슬라나 엔비디아 같은 미국 기업들의 칩이 Made in USA로 생산되는 비중이 늘고 있다.
공급망 다변화 : 특정 회사에만 의존하던 방식에서 벗어나 삼성과 TSMC를 동시에 활용하는 기업이 많아지는 추세이다.
자율주행 칩은 엔비디아, 테슬라, 퀄컴 등이 설계하고, 이를 실제 제품으로 만드는 곳은 세계 최고의 미세공정 기술을 가진 TSMC와 삼성전자이다.
그렇지만 자율주행 칩 생산 시장은 기본적으로 대만의 TSMC가 압도적이 점유율로 시장을 주도하는 가운데 삼성전자가 기술적 승부수와 미국 현지 생산 거점을 앞세워 맹렬히 추격하는 형국이다.
파운드리 시장 자체가 TSMC가 약 70%에 육박하는 점유율을 기록하며 독주 체제를 공고히 하고 있다.
반면 삼성전자는 약 6~7% 수준의 점유율로 격차가 벌어져 있으나, 자율주행차와 같은 최첨단 3~4 나노 공정 분야에서는 수주 경쟁이 매우 치열하다.
파운드리 기준으로 자율 주행차 칩 제조 현황을 정리해 보자.
TSMC는 압도적 1위로 2 나노 공정 양산 속도를 높이며 시장 독점을 강화하고 있고 애리조나 제2공장에 3 나노 장비 반입을 시작하고 있으며 주요 고객사는 NVIDAI, 애플, 퀄컵, 구글이다.
삼성전자는 세계 최초 3 나노 GAA공정을 통해 기술 반전을 노리고 있다. 미국 테일러 공정에서 테슬라 차세대 칩 (AI5) 양산 준비 중에 있으며 주요 고객사는 테슬라, 퀄컴(일부)이 있다.
삼성전자의 승부수는 테슬라와 GAA 기술로 요약이 된다.
테슬라와의 전략적 동맹 : 삼성은 테슬라와 약 23조 원 규모의 장기 공급 계약을 맺었다.
26년 하반기부터 미국 텍사스 테일러 공장에서 테슬라의 차세대 자율주행 칩인 AI5를 본격적으로 찍어낼 예정이다.
GAA (Gate All Around) 공정 : 삼성전자가 세계 최초로 도입한 차세대 트랜지스터 구조이다.
기존 방식 (FinFET) 보다 전력 효율이 높고 크기를 줄이기 유리해, 배터리 효율이 중요한 전기차 기반 자율주행 칩에 최적화되어 있다.
현재는 TSMC가 규모와 신뢰도 면에서 유리한 고지에 있다.
하지만 삼성전자가 3 나노 GAA 수율(양품률) 안정화에 성공하고, 테슬라의 AI5 칩을 성공적으로 양산한다면 26년 하반기 파운드리 시장의 지각변동이 일어나는 시점이 될 것이다.