“혁신 기술·전력 소비·성능 최적화?” 애플·삼성의 차세대 칩 협업 예상도

IT동아 · 2025.08.19 15:04:08

팀 쿡 애플 최고경영자(우측 두 번째)가 도널드 트럼프 미국 대통령(가운데)을 만나 미국에 1000억 달러(약 139조 1000억 원) 규모 추가 투자를 발표했다 / 출처=백악관

[IT동아 강형석 기자] 2025년 8월 6일(미국 현지 기준), 팀 쿡(Tim Cook) 애플 최고경영자는 도널드 트럼프 미국 대통령을 만나 미국에 1000억 달러(약 139조 1000억 원) 를 추가 투자하겠다고 발표했다. 애플은 2025년 2월, 5000억 달러(약 695조 4500억 원) 투자 계획을 발표한 바 있다. 미국 내 제조 시설을 건설하고 인공지능 데이터센터 구축 및 인공지능 교육 시설 등을 설립한다는 게 주 내용이었다. 이번 발표로 애플의 미국 내 투자 금액은 6000억 달러(약 834조 5400억 원)가 되었다.

애플의 1000억 달러(약 139조 1000억 원) 추가 투자 발표의 핵심은 ‘미국 제조 프로그램(American Manufacturing Program)’이다. 미국 내 부품 제조업체들과 협력을 확대해 미국 제조업 생태계를 강화하겠다는 것이다. 애플은 이에 따라 코닝과 텍사스 인스트루먼트, TSMC 등 미국 내 부품, 반도체 생산 기업과 협업을 확대할 방침이다.

흥미로운 부분은 이 과정에서 삼성전자가 언급됐다는 점이다. 애플은 삼성전자 미국 텍사스 테일러 팹(반도체 생산공장)을 활용해 차세대 칩을 생산할 예정이다. 애플은 “세계 어느 곳에서도 사용된 적 없는 혁신적인 신기술 칩 생산을 위해 협력하고 있다. 전 세계에 출하되는 아이폰 및 애플 제품의 전력 소비와 성능을 최적화하는 칩을 공급하게 될 것”이라고 언급했다.

업계는 대체로 스마트폰 카메라에 쓰이는 이미지 센서가 차기 애플 제품에 쓰일 것으로 보고 있다. 애플 제품의 핵심 반도체인 애플리케이션 프로세서(AP, 중앙처리장치 역할)는 전량 TSMC를 통해 생산되고 있다는 게 이유다.

이미지 센서에 시선이 집중되는 이유는 또 있다. 애플 카메라용 이미지 센서 대부분은 소니 제품을 사용한다. 하지만 소니 이미지 센서 생산 거점 대부분이 일본, 동남아 국가여서 미국의 관세를 피할 수 없는 상황이다. 미국은 일본에 15%, 동남아 국가에 20%~40% 수준의 관세를 부과했다. 소니 이미지 센서가 미국에 수입되면 가격 인상이 불가피하다. 애플은 제품 가격을 인상하거나 손해를 감수할 수밖에 없는데 미국 내 거점을 활용하면 관세 관련 문제들이 대부분 해결된다.

이미지 센서라면 무엇을 쓸까?

삼성전자는 아이소셀(ISOCELL)이라는 이미지 센서를 개발, 스마트 기기와 차량 등 다양한 환경에 적용하고 있다. 주력 스마트 기기에 쓰이는 아이소셀 이미지 센서는 2억 화소 사양의 HP2다. 갤럭시 S23 울트라 이후 여러 갤럭시 스마트폰에 쓰였다. 이 외에 5000만 화소 사양의 JN3도 쓴다.

애플용 아이소셀 이미지 센서는 기존 갤럭시 스마트폰에 쓰는 게 아닌 5000만 화소 사양에 수광 능력을 극대화한 형태가 될 것으로 예상된다 / 출처=삼성전자

애플이 삼성과 협력해 새 이미지 센서를 개발한다면 삼성 스마트 기기처럼 1억 화소~2억 화소 구성의 이미지 센서 개발은 아닐 것으로 예상된다. 애플은 아이폰 후면 카메라에 4800만 화소 사양의 이미지 센서를 쓰는데 화소보다 수광 능력을 확보하는 방향으로 개발하기 때문이다. 애플이 추구하는 방향으로 아이소셀 기반 이미지 센서를 개발한다면 5000만 화소 사진, 8K(7680 x 4320) 영상 기록이 가능한 사양으로 구성할 가능성이 높다.

아이폰 16 프로 이상 제품에 탑재된 4800만 화소 이미지 센서는 쿼드 픽셀(Quad Pixel) 기술이 적용됐다. 쿼드 픽셀 기술은 상황에 따라 화소 4개를 하나로 합친다. 광량이 충분할 때는 4800만 화소로 기록했다가 빛이 부족하면 화소 4개를 합쳐 1200만 화소로 기록하는 식이다. 화소 수는 줄지만 센서가 받는 빛의 양은 증가해 어두운 곳에서도 고화질 사진영상 기록이 가능하다. 화소 중앙의 1200만 화소만 사용해 망원 효과를 낼 수도 있다.

스마트폰 카메라 이미지 센서는 작은 면적에 따른 수광 능력의 한계를 화소 조합 기술로 극복했다 / 출처=삼성전자

삼성 아이소셀 이미지 센서도 아이폰에 적용된 쿼드 픽셀 센서와 유사한 기능을 제공한다. 인접한 4개 화소를 하나로 합쳐주는 테트라픽셀(Tetrapixel)이 대표적이다. 밝기(노출)가 다른 3가지 장면을 합쳐 화사한 사진을 만드는 노출조정형 광색역(Staggered HDR) 기술도 갖췄다.

기존 이미지 센서 활용 여부를 두고 애플이 “혁신적인 신기술 칩 제조”라 언급할 이유는 없다. 현재 스마트 기기에 적용 중인 이미지 센서의 한계를 극복한 신기술이 있어야 한다는 이야기다.

2025년 2월, 삼성전자는 국제고체회로학회(ISSCC)에서 3-적층형 하이브리드 셔터 이미지 센서 기술을 공개했다. 화소 행렬에 따라 신호가 순차 기록되는 롤링 셔터와 화소 전체가 동시에 신호를 기록하는 글로벌 셔터를 합친 형태다. 포토다이오드(수광 장치), 아날로그 회로(신호 처리), 디지털 처리(후처리) 레이어를 각 층에 배치한 적층형 회로 구성으로 크기를 줄였다.

롤링 셔터와 글로벌 셔터를 설명한 이미지. 빛을 순차 처리하는 롤링 셔터와 달리 글로벌 셔터는 빛 정보를 한 번에 처리한다 / 출처=소니코리아

롤링 셔터는 일반적인 이미지 센서 처리 방식이다. 사진영상을 기록할 때 이미지 센서 내 화소가 차례대로 신호를 기록하는 구조다. 일반적인 촬영 환경에서는 문제가 없지만 빠르게 움직이는 피사체를 담는 과정에서 결과물이 휘어지거나 출렁이는 듯한 젤로 현상(Jello Effect)이 발생한다. 직선이 기울거나(슬랜팅) 영상 전체가 흔들린(워블) 듯한 형태로 기록되기도 한다. 반면, 글로벌 셔터는 화소 전체가 동시에 기록하기 때문에 왜곡 문제가 발생하지 않는다.

기술적으로 글로벌 셔터가 사진영상 촬영에 유리하지만 칩 제조 과정이 복잡해 비용 상승으로 이어진다. 이미지 센서의 빛 신호를 저장하는 커패시터 배치 및 고성능 신호 처리 장치가 필요하기 때문이다. 화소 전체를 처리하는 과정에서 발생하는 전압 과부하를 제어하는 능력도 필수다.

좌측 비행기 프로펠러와 달리 우측은 젤로 현상에 의해 휜 것처럼 기록됐다. 글로벌 셔터를 쓰면 젤로 현상을 최대한 억제할 수 있다 / 출처=어도비

하이브리드 셔터 기술은 두 기술의 장점을 합쳤다. 일반적인 촬영 환경에서는 롤링 셔터를 쓰고 빠른 피사체를 인지하면 글로벌 셔터로 전환하는 형태다. 글로벌 셔터가 작동하면 화소 4개가 하나로 뭉치게 되는데 이는 삼성전자의 테트라픽셀 기술과 동일하다. 글로벌 셔터가 작동하거나 저조도 환경을 인지해 화소 4개가 뭉치면 화소는 5000만에서 1250만으로 줄어든다.

문제는 1250만 화소로 줄어들 경우, 8K 영상 촬영은 불가능하다는 점이다. 8K 해상도를 기록하려면 약 3320만 화소가 필요하기 때문이다. 대신 약 830만 화소가 필요한 4K(3840 x 2160) 촬영은 가능하다. 애플이 차기 아이폰에 8K 영상 기록 성능을 요구한다면 화소 증가 또는 이미지 센서 면적 확대 등 추가 개발이 필요한 상황이다.

정말 이미지 센서일까? 다른 반도체 생산 가능성은?

현재 애플의 핵심인 애플리케이션 프로세서는 TSMC에서 생산된다. 아이폰에 탑재되는 A 시리즈 및 맥에 탑재되는 M 시리즈 모두 해당된다. 여러 이유가 있지만 TSMC의 반도체 패키징 능력 및 미세 공정 효율이 뛰어난 게 이유로 꼽힌다. 하지만 초창기 아이폰에 탑재되는 애플리케이션 프로세서는 삼성전자를 통해 생산된 바 있다. 아이폰4에 쓰인 A4 칩 외에 A7 칩까지 삼성전자가 생산을 맡았다. 이후 공급망 다변화를 이유로 TSMC에 생산 물량을 확대하면서 지금에 이르렀다.

애플 A 시리즈 칩 사용 범위를 넓히려면 공급망 확대가 필수다 / 출처=애플

팀 쿡 최고경영자는 삼성전자와 협력에 대해 “혁신적인 신기술 칩 제조”라 언급했을 뿐 추가적인 내용은 없었다. 따라서 혁신적인 신기술 칩 개발에 대한 방향성은 예측하기 어렵다.

먼저 애플의 애플리케이션 프로세서(중앙처리장치) 생산 가능성이 있을까? 애플의 주요 처리장치는 모두 TSMC에서 생산된다. 하지만 공급망 확보를 이유로 삼성전자에 일부 제품 생산을 의뢰할 가능성이 있다. 아이폰에 탑재될 차세대 A 시리즈 칩 생산분 일부를 삼성 테일러 팹에 맡기고 맥 제품군에 탑재되는 M 시리즈 칩은 TSMC에서 생산하는 구조다.

이런 예상이 가능한 이유는 애플이 A 시리즈 칩 활용 범위를 확대할 움직임을 보여서다. 애플 전문가로 유명한 궈밍치(Ming-Chi Kuo) 홍콩 톈펑국제증권 애널리스트는 소셜 미디어를 통해 “A18 프로 칩을 활용한 맥북을 개발 중이며 2026년 출시할 것으로 예상된다”고 언급했다. 아이폰과 보급형 맥 제품을 활용한 저변 확대를 노린 전략이라면 TSMC와 삼성전자 반도체 생산 공장을 활용해 A 시리즈 칩을 다수 확보할 수 있다.

스마트폰만 해도 부품 단위 전력관리 기술이 사용 경험에 큰 영향을 준다 / 출처=삼성전자

A 시리즈 칩이 아닌 전력 관리 칩(Power IC)은 어떨까? 스마트 기기 속 한정된 공간을 차지하는 배터리를 효율적으로 관리하려면 최적의 전력 설루션이 필요하다. 디스플레이, 시스템 칩, 메모리, 카메라 등 전력 관리 분야도 다양하다. 애플 측이 언급한 “전력 소비와 성능의 최적화” 측면에서 접근한다면 전원 관리 칩 분야의 협력도 예상해 볼 수 있다.

테슬라에 이어 애플까지, 삼성전자 트럼프 정책 덕 볼까?

앞서 2025년 7월 28일, 테슬라는 삼성전자와 165억 달러(약 22조 9168억원) 규모의 반도체 위탁생산(파운드리) 공급 계약을 체결했다고 발표했다. 생산하게 될 칩은 AI6로 테슬라 완전자율주행(FSD) 기능 외에도 휴머노이드 로봇 옵티머스, 슈퍼컴퓨터 도조 등 테슬라의 인공지능, 데이터센터 생태계 전반에 활용될 가능성이 높다.

테슬라에 이어 애플과의 협업은 삼성전자 파운드리(반도체 위탁 생산) 부문 영향력 확대에 긍정적으로 작용할 전망이다. 삼성전자 파운드리 사업 부문은 대형 고객사 확보에 어려움을 겪어왔다. 반도체 생산량 및 품질에 영향을 주는 수율 때문이다. 그 결과 전 세계 시장 점유율도 TSMC에 크게 뒤처진 상태다. 시장조사기업 카운터포인트 리서치 자료에 따르면 2024년 4분기 파운드리 점유율(매출액 기준)은 TSMC 67%, 삼성전자 11%다. 두 빅테크 기업의 반도체 생산 계약이 삼성전자의 파운드리 점유율 상승에 얼마나 영향을 줄지 미지수다. 하지만 미국이 자국 내 반도체 공급망 강화 정책을 추진하는 상황 속에 체결된 계약이어서 전략적 가치가 있다.

IT동아 강형석 기자 (redbk@itdonga.com)

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