온디바이스 AI시대 패권 노리는 삼성전자 [D램 넘어 삼성전자 ② 시스템LSI]

[한국금융신문 곽호룡 기자] 삼성전자 시스템LSI 사업부가 온디바이스 AI 시대 ‘통합 솔루션’ 강자로 도약을 꾀하고 있다. 스마트폰 두뇌 역할을 하는 ‘엑시노스’ 기술 경쟁력 회복과 이미지센서 고객사 다변화가 발판이다.

삼성전자 시스템LSI 사업부는 연산·추론 등 논리적 정보처리 기능을 하는 시스템(비메모리) 반도체를 전문으로 개발하는 부서다. 시스템LSI 산하 사업팀은 △모바일·자동차용 애플리케이션 프로세서(AP) 엑시노스 개발을 진두지휘하는 SoC사업팀 △카메라 내 영상정보를 디지털 정보로 변환하는 반도체인 이미지센서 브랜드 아이소셀을 맡고 있는 센서사업팀 △디스플레이 구동칩(DDI) 등을 개발하는 LSI사업팀 등 크게 3개 팀으로 구성됐다.

19일 삼성전자 사업보고서에 따르면 시스템LSI 사업부 전체 임원은 45명으로, 이 가운데 절반가량인 22명이 SoC사업팀에 배치됐다.
조직 구성과 매출 구조 등을 보면 자사 MX(모바일경험) 사업부 ‘갤럭시 시리즈’에 대한 의존도가 크다. 안정적 판매 기반을 바탕으로 사업을 육성하기에 유리하지만, 외부 고객사 유치에는 불리하게 작용하는 것도 사실이다. 이를 극복하기 위해 자동차 시장에 진출하고 네이버와 AI 가속기 개발에 나서기도 했으나 큰 성과를 거두지는 못했다.

게다가 지난해 갤럭시 S25 시리즈 ‘엑시노스 2500’ 탑재에 실패하며 자존심을 구겼다. 파운드리 수율 부진이 주된 원인으로 지적되지만 엑시노스 브랜드 신뢰도와 사업부 실적에 적지 않은 타격을 입혔다. 2021년 상반기 12%였던 삼성전자 모바일 AP 점유율은 지난해 상반기 5~6%로 하락해 세계 5위에 머물렀다.

올해는 절치부심한 끝에 ‘엑시노스 2600’을 한국·유럽용 갤럭시 S26 플러스 및 일반 모델에 탑재하는 데 성공했다. 여전히 절대적 비중은 갤럭시 S26 울트라에 들어간 퀄컴 스냅드래곤이 높지만, 기술 경쟁력을 재증명했다는 의미가 있다.

시스템LSI 사업부는 특히 AI 성능을 높이는 데 집중했다. 엑시노스 2600에는 자체 개발한 신경망처리장치(NPU) ‘32K MAC’가 탑재된다. 생성형 AI 성능이 전작 대비 113% 향상됐다는 설명이다.

삼성전자가 모바일 AP에 집중하는 것은 단순히 점유율을 높이거나 사업부 단기 수익성을 개선하겠다는 목적에 그치지 않는다. 궁극적으로 온디바이스 AI 시장 패권을 선점하기 위한 전략적 포석이다.
거대 언어모델 처리 과정에서 데이터를 매번 외부 클라우드나 데이터센터로 전송할 경우 필연적으로 발생하는 데이터 병목 현상과 지연 시간 문제를 해결하려면 기기 자체에서 데이터를 즉각 처리하는 능력이 필수적이다.

따라서 CPU, GPU, NPU 등 여러 기능이 하나의 칩에서 구현되는 고도화한 통합칩 SoC 기술력이 스마트폰을 넘어 자율주행차나 지능형 로봇 등 모든 하이테크 기기 두뇌 역할을 수행하는 핵심 경쟁력이 될 전망이다.

박용인 삼성전자 시스템LSI사업부장(사장)은 “데이터센터 등 인프라 구축이 완료되면 온디바이스 AI 시대가 펼쳐질 것”이라며 “온디바이스 AI 시대 완성은 개별 부품이 아닌 통합기술에 있는데, 삼성전자는 SoC, 카메라 센서, DDI 등 토탈 솔루션 공급 능력을 갖춘 유일한 회사”라고 강조했다.

당장 삼성전자는 올해 말과 내년 말 순차적으로 공개할 ‘엑시노스 2700’과 ‘엑시노스 2800’ 성능 최적화에 집중할 것으로 보인다.

엑시노스는 벤치마크 테스트에서 퀄컴 최신 스냅드래곤 8 엘리트와 거의 동급 성능을 구현했다. 다만 전력 효율성 면에서 여전히 스냅드래곤과 큰 격차를 보이고 있다는 지적이 있다.

‘GPU 자립’도 관전 포인트다. 현재 엑시노스에는 AMD 아키텍처를 기반으로 삼성전자 시스템LSI가 설계한 GPU ‘엑스클립스’가 탑재됐다. 삼성전자는 자체 IP를 통한 GPU 개발도 검토 단계에 있는 것으로 알려졌다.

박용인 사장은 지난 2021년 12월부터 삼성전자 시스템LSI 사업부를 이끌고 있다. 삼성전자 반도체(DS) 경영진 가운데 가장 오래 자리를 지키고 있다.

DS부문장과 메모리사업부장을 겸임하고 있는 전영현닫기전영현기사 모아보기 부회장, 파운드리사업부장 한진만 사장은 지난 2024년 임명됐다. 지난 2020년부터 MX사업부장을 맡고 있는 노태문닫기노태문기사 모아보기 DX부문장 사장을 제외하면 삼성전자 전체에서도 최장기다.

1964년생인 박용인 사장은 전영현 부회장과 마찬가지로 삼성 ‘진골’이 아니다. 연세대 전자공학과 학사·석사를 졸업하고 첫 직장은 LG반도체(현 SK하이닉스)다.

텍사스 인스트루먼트, 동부하이텍(현 DB하이텍) 대표이사를 거쳐 지난 2014년 삼성전자에 합류했다. 삼성전자에서는 시스템LSI사업부 차세대제품개발팀장, 센서제품개발팀장, LSI개발실장, 센서사업팀장 등을 역임했다.

시스템LSI사업부 내에서 꾸준한 실적을 내고 있는 이미지센서(CIS) 성과가 연임 비결로 꼽힌다.

지난해 시스템LSI사업부는 애플 아이폰 이미지센서 수주에 성공한 것으로 전해진다. 그간 아이폰 이미지센서는 일본 소니가 독점해왔다. 삼성전자는 오는 2027년경 출시할 아이폰18부터 이미지센서를 납품할 것으로 보인다.

시장조사업체 옴디아에 따르면 지난해 기준 글로벌 이미지센서 점유율은 소니가 52%로 1위고, 삼성전자는 15.4%로 2위를 달리고 있다.

곽호룡 한국금융신문 기자 horr@fntimes.com