인공지능(AI) 반도체 시장의 절대 강자인 엔비디아가 AI 하드웨어 스택 전반으로 지배력을 확대하기 위해 삼성전자와 손을 잡았다. 엔비디아는 지난 10월 13일(현지 시간) 공식 블로그를 통해 삼성전자가 자사의 개방형 인터커넥트 생태계인 'NVLink 퓨전(NVLink Fusion)'의 맞춤형 CPU 및 XPU(통합처리장치) 개발 파트너로 공식 합류했음을 발표했다.

삼성전자는 엔비디아를 위한 비(非)x86 기반의 맞춤형 중앙처리장치(CPU)와 특수 목적의 XPU 설계·생산을 지원, 양사 간 'AI 반도체 동맹'이 가속화될 전망이다. 이번 협력은 AI 반도체 생태계 확대의 핵심 단계로, 삼성은 설계부터 생산까지 전 과정을 지원하는 유일한 국제 파운드리 협력사로 자리매김했다.

이번 협력은 엔비디아가 최근 인텔과 체결한 x86 기반 CPU 연동 파트너십의 연장선에 있다. 엔비디아는 인텔과의 협력으로 x86 CPU 연결을, 삼성과의 제휴로 비(非)x86 CPU/XPU 통합을 추진해 하드웨어 전 계층을 아우르는 AI 플랫폼 완성을 목표로 한다. 

비(非)x86 CPU/XPU는 전통적인 인텔(혹은 AMD)의 x86 아키텍처를 기반으로 하지 않는 중앙처리장치(CPU) 또는 확장처리장치(XPU, eXtended Processing Unit)를 뜻한다. 이 개념은 최근 AI·고성능 컴퓨팅(HPC) 시장의 확장과 함께 빠르게 부상하고 있다. 현재 데이터센터의 약 90%가 x86 기반이지만, 2028년에는 암(ARM, 영국 반도체 설계 기업) 및 RISC-V가 전체 서버 시장의 35~40%를 점유할 것이라는 예측이 나오고 있다.

엔비디아는 인텔에 이어 삼성 파운드리까지 활용, 자사의 'NVLink 퓨전 생태계'를 비x86 영역까지 확장하는 전략을 본격화한 것이다. 이 생태계는 GPU 간 초고속 연결 기술(NVLink)을 기반으로 CPU, XPU 등 이종 칩 간 연결까지 확장한 개념으로, 인텔, 미디어텍, 마벨, 시높시스 등 20여 개 국제 기업이 참여한다. 삼성은 엔비디아의 이 같은 AI 하드웨어 구상에서 핵심 역할을 맡는다.

삼성전자는 엔비디아의 요구에 부응할 최적의 파트너로 꼽힌다. 맞춤형 반도체 설계부터 대량 생산까지 전 범위의 서비스를 일괄 제공(원스톱 솔루션)할 수 있는 역량을 갖췄기 때문이다. 구체적으로 삼성의 시스템 반도체 설계팀은 엔비디아와 함께 Arm 기반과 맞춤형 비x86 칩 설계를 지원한다.

또한 삼성 파운드리 사업부는 3나노(GAA) 공정을 중심으로 엔비디아의 차세대 XPU 생산을 맡으며, 엔비디아의 비공개 ASIC형 AI 연산 칩 시험 생산도 진행할 예정이다. 설계(IP), 구현, 생산 단계를 모두 통합 제공하는 '맞춤형 파운드리' 서비스를 통해 엔비디아가 필요로 하는 맞춤형 칩을 가장 효율적으로 공급받을 수 있는 길이 열린 셈이다.

엔비디아, 'AI 팩토리' 표준화로 구글·AWS 견제

엔비디아가 이처럼 맞춤형 칩 개발에 속도를 내는 배경에는 구글, 오픈AI, 메타(Meta), 아마존웹서비스(AWS), 브로드컴 등 거대 기술 기업들의 '반(反) 엔비디아' 전선이 자리한다. 이들 기업은 엔비디아의 AI 하드웨어 의존도를 낮추기 위해 자체 칩 개발에 막대한 투자를 쏟아붓고 있다. 

엔비디아의 전략은 AI 개발에 자사 하드웨어를 '필수불가결'한 요소로 만드는 것이다. 거대 데이터센터와 학습 클러스터를 뜻하는 'AI 팩토리(AI Factory)'의 기반 기술을 독점적으로 통합해, 경쟁사들이 어떤 방향으로 움직이든 결국 엔비디아의 기술이나 제품을 구매할 수밖에 없는 생태계를 구축하겠다는 복안이다.

삼성, '원스톱 파운드리'로 TSMC 독주 깬다

삼성전자에게도 이번 파트너십은 중요한 성과로 평가된다. 삼성은 그동안 엔비디아와 같은 '큰 손' 고객들을 유치하기 위해 파운드리(반도체 위탁생산) 부문에 막대한 투자를 단행해왔다. 삼성전자는 이번 합류로 TSMC가 주도하는 AI 반도체 파운드리 시장에서 강력한 견제 효과를 얻으며, AI 칩 수주 확대의 결정적인 전환점을 마련했다. 

특히 올해 테슬라와의 23조 원 규모 계약, 애플로의 이미지센서 공급에 이어 엔비디아까지 핵심 고객으로 확보하며 파운드리 부문의 실적 호전(적자 절반 감소)을 이끌 가능성이 커졌다. 나아가 차세대 HBM4 메모리와 3나노 GAA 파운드리 공정의 기술 융합으로 엔비디아 AI 플랫폼의 완전한 수직 통합 공급사로 성장할 잠재력까지 확보했다.

업계에서는 이번 협력을 두고 엔비디아는 AI 생태계 주도권을 강화하고 칩을 다양화하는 성과를, 삼성전자는 AI 반도체 핵심 공급망에 진입하며 파운드리와 HBM의 동시 부활 기회를 잡았다고 평가한다. 더 나아가 'AI 팩토리' 시대의 국제 칩 동맹 재편과 TSMC 독점 구조에 균열을 내는 신호탄으로 풀이된다. 

삼성전자는 AI 반도체 전주기(설계-제조-패키징)를 모두 지원하는 핵심 동반자로서, AI 시대 반도체 패권 구도 변화의 분수령에 섰다.