AI 부족, CPU 로 번지다 — 삼성 파운드리의 갈림길

지난 3 년의 AI 사이클

세 번째 부족 — GPU, HBM, 그리고 CPU

AI 인프라의 부족은 한자리에 오래 머무르지 않는다. 가속기 자체에서 시작해 그 옆에 붙는 메모리로, 이번에는 가속기를 호출하는 호스트 CPU 와 그 CPU 를 찍어내는 선단공정 파운드리로 옮겨가고 있다.

2023 년에는 NVIDIA H100 의 lead-time 이 52 주를 넘기며 GPU 자체가 모자랐다. 2024 년이 되자 부족은 GPU 옆에 붙는 HBM (고대역폭메모리) 와 CoWoS (chip-on-wafer-on-substrate, TSMC 의 첨단 패키징 공정) 로 옮겨갔다. SK 하이닉스가 NVIDIA 에 HBM3E 12-Hi 를 단독 공급하면서 이 단계의 선두를 잡았고, 삼성은 후발 포지션에 묶였다.

2025 년 후반부터 다음 자리가 보인다. AI 서버 한 대는 GPU 8 장 외에도 호스트 CPU 2~4 개를 필요로 한다. 추론 워크로드가 늘어날수록 CPU 다이 (die, 칩의 실제 실리콘 단위) 면적과 코어 수가 함께 커진다. 가속기 옆이 아니라 가속기를 명령하는 칩이 다음 병목이라는 신호다.

이번 사이클의 특이점은 ARM 기반 커스텀 CPU 의 비중이 빠르게 늘었다는 사실이다. NVIDIA Grace, AWS Graviton, Microsoft Cobalt, Google Axion — 빅테크 4 사가 각자 자체 데이터센터 CPU 를 설계하고 있다. 이들 모두 3 나노 이하 선단공정과 첨단 패키징을 동시에 요구한다. 부족이 한 회사 (TSMC) 한 자리에 다시 모이는 셈이다.

TSMC 글로벌 파운드리 점유율

약 60~64%

2025 추정 · 매출 기준

삼성 파운드리 점유율

약 9~11%

TrendForce 류 추정

AI 서버 CPU TAM 성장률

연 25~35%

2025~2028 CAGR 추정

HBM 시장 규모 (2027)

약 500 억 USD+

2025 대비 약 2 배 추정

선단공정 (3nm 이하) 비중

약 15~20%

전체 파운드리 capa 중 · 2026

부족은 자리를 옮길 뿐 사라지지 않는다. 이번 자리는 호스트 CPU 와 선단공정 파운드리다.

삼성전자 294,750 +6.79% 3M

SK하이닉스 1,940,000 +11.17% 3M

코스피 7,736 +7.32% 3M

원/달러 환율 1,510 +0.39% 3M

삼성전자 (005930)

2026-02-18 ~ 2026-05-21 · +55.13% (190,000 → 294,750)

출처: KRX / 2026-02-18 ~ 2026-05-21 / 일간

Takeaway 삼성전자 기간 중 167,200~296,000 사이 상승 — 마지막 294,750 (+55.13%), 변동폭 77.0%

공급의 집중도

선단공정의 비대칭 — TSMC 가 한자리에 너무 많다

파운드리 시장의 점유율 분포는 한쪽으로 크게 기울어 있다. TSMC 한 곳이 전체의 6 할대. 2025 년 추정으로 약 60~64%. 삼성 파운드리는 9~11% 로 두 번째이지만 한 자릿수 후반대에 머문다 (아래 차트).

선단공정 (3 나노 이하) 에서 비대칭은 더 가파르다. NVIDIA·AMD·Apple·Qualcomm 의 최신 칩 거의 전부가 TSMC 의 N3 또는 N2 노드에서 생산된다. 삼성의 SF3·SF2 GAA (Gate-All-Around, 게이트가 채널을 사면에서 감싸는 차세대 트랜지스터 구조) 는 양산 진입 시기에서 한두 분기 늦었고, 수율도 시장이 만족할 수준에는 도달하지 못한 것으로 알려져 있다.

5 년 전과 비교하면 흐름은 분명하다. 한쪽은 7%p 가까이 늘었고, 다른 한쪽은 같은 폭만큼 줄었다. 단순한 점유율 게임이 아니라 노드 경쟁 격차가 누적된 결과다. 외부 빅테크 입장에서 선단공정이 필요할 때 갈 곳이 사실상 한 곳뿐인 상태가 된다.

글로벌 파운드리 점유율

한 회사가 6 할 — 단일 공급선 의존이 극단으로

출처: TrendForce 류 / 2025 매출 기준 추정

Takeaway 선단공정으로 갈수록 TSMC 의 비중은 더 크게 잡힌다

5 년 사이 파운드리 점유율 변화

TSMC 는 7%p 늘고 삼성은 7%p 줄었다

출처: TrendForce 류 · 매출 기준 추정 / 정확한 값은 분기·집계법에 따라 변동

Takeaway 노드 격차가 점유율 격차로 누적되는 5 년

재무 구조 분해

삼성 파운드리는 어디서 매출이 나오나

삼성전자의 반도체 (DS) 부문은 메모리가 절대다수다. 분기마다 차이는 있으나 최근 분기 기준 DS 매출의 6 할대 후반이 메모리에서 나오고, 파운드리는 약 3 할, 시스템 LSI 는 한 자릿수다 (아래 매출 흐름 차트).

파운드리 안을 들여다보면 캡티브 비중이 외부 고객보다 크다. 캡티브는 사내 수주 — 삼성 시스템 LSI 의 Exynos 모바일 AP (Application Processor, 스마트폰의 두뇌 칩), 삼성 SSD 컨트롤러, 삼성 디스플레이 드라이버 등이다. 외부 빅테크 수주는 NVIDIA·Apple 같은 1 군 (Tier-1) 고객은 사실상 없고, Tesla·Qualcomm 일부 라인 정도로 알려져 있다. 사내 일감에 절반 이상 기대고 있는 구조.

이 구조가 시장의 분사론을 불러온다. 메모리 사이클 (호황·불황 주기 4~5 년) 과 파운드리 capex 사이클 (장비 투자 회수 기간 3~5 년) 의 박자가 어긋날 때, 두 사업이 한 손익계산서 안에 묶여 있으면 양쪽 모두 평가에서 손해를 본다는 논리다. 회사 공식 분리 공시는 없으나, 시장은 파운드리 단독으로 손익이 BEP (Break-Even Point, 손익분기점) 근방이거나 일부 적자 상태일 것으로 보고 있다.

파운드리 매출의 절반 이상이 사내에서 나온다. 외부 고객을 잡는다는 말이 곧 캡티브 의존을 줄인다는 뜻이다.

삼성전자 DS 매출 흐름

파운드리는 DS 의 3 할, 그중 2/3 가 캡티브 수주

출처: 삼성전자 사업보고서·시장조사 류 추정 / DS 매출 100 기준

Takeaway 외부 빅테크 수주는 DS 매출의 한 자릿수 — 분사 후 채워야 할 자리

공식 분리 공시 부재 · 비중은 분기마다 변동. 캡티브:외부 비율은 시장 추정

수요 곡선의 가속

CPU 가 합류한 부족 — 추론 영역의 다이 면적 폭발

HBM 시장은 메모리 안의 다른 종목이다. 2023 년 약 120 억 USD 였던 시장이 2025 년 250 억 USD 안팎으로 두 배가 됐고, 2027 년에는 500 억 USD 를 넘을 가능성이 거론된다 (아래 차트).

이 흐름이 의미하는 바는 메모리 회사들의 매출 mix 가 바뀐다는 사실이다. 메모리 전체 매출에서 HBM 한 종목이 30% 를 넘기 시작했다. SK 하이닉스가 이 사이클의 선두에 있고, 삼성은 HBM3E 8-Hi 의 NVIDIA 퀄리피케이션 (성능·신뢰성 인증 절차) 이 늦어지면서 후발 포지션에 묶여 있는 것으로 알려져 있다.

CPU 쪽 사정은 메모리보다 빠르다. AI 서버용 데이터센터 CPU TAM (Total Addressable Market, 잠재 시장 규모) 은 2025~2028 연 25~35% 성장이 전망된다. 같은 기간 일반 서버 CPU 가 연 3~5% 성장에 머무는 것과 대비된다. 이 차이가 곧 파운드리 선단공정 capa 의 수요·공급 격차로 옮겨온다. NVIDIA Grace 와 AWS Graviton 시리즈는 이미 데이터센터 CPU 출하의 한 축을 차지했고, Microsoft Cobalt 와 Google Axion 도 2026 년 본격 양산 단계로 들어선다.

호스트 CPU 의 다이 면적이 커지면 같은 웨이퍼 한 장에서 나오는 칩 수가 줄어든다. 같은 capa 로 만들 수 있는 칩이 줄어든다는 뜻이다. 부족이 자연스럽게 깊어진다.

HBM 시장 규모 추정

2 년마다 두 배 — 메모리 안에서 HBM 비중이 30% 를 넘는다

출처: 각종 시장조사 류 추정 / 단위 십억 USD

Takeaway 신뢰구간 하단으로도 2027 년 400 억 USD — 메모리 사이클의 비중심이 흔들린다

구조 개편의 선택지

분사 시나리오 — 다섯 갈래 길

분사 (또는 분리 운영) 시나리오는 크게 다섯 갈래로 거론된다 (아래 차트).

첫째는 현상 유지. 가장 확률이 높지만 변화도 가장 적다. 분기마다 파운드리 손익을 별도 공시로 강화하는 정도로 시장 요구를 무마하는 길이다. 둘째는 물적분할 — 파운드리를 100% 자회사로 떼어 별도 법인화하되 삼성전자가 지분을 모두 보유한다. 회계 분리는 가능하지만 자본 조달 측면에서는 한계가 있다.

셋째는 인적분할 + 별도 상장. 주주들이 삼성전자 주식과 파운드리 주식을 각각 받는 구조다. 시장의 멀티플 (PER·PBR 등 평가 배수) 재평가 가능성이 가장 크지만, 메모리·파운드리 IDM (Integrated Device Manufacturer, 종합 반도체 회사) 의 통합 강점을 잃는다. 임팩트가 가장 큰 길이자 가장 되돌리기 어려운 길이다.

넷째는 외부 자본 유치형 JV (Joint Venture, 합작 회사). Apple·NVIDIA·Qualcomm 중 한 곳이 지분을 잡고 캡티브 수요를 보장하는 형태. 들어가는 외부 자본의 조건이 까다롭다. 다섯째는 합작 매각 — Intel 이 글로벌파운드리를 매각했던 모델. 한국에서는 정치·산업 정책상 가장 받아들이기 어려운 길로 평가된다.

분사 시나리오 — 확률 × 임팩트

현상 유지가 우세하나 분사 경로의 합이 절반을 넘는다

출처: 본 리포트 추정 / x: 확률 (%), y: 임팩트 (1~10), size: 변화 깊이

Takeaway 확률은 현상 유지가 높지만, 인적분할의 임팩트가 단연 크다

반대 가설 표면화

모순 — 분사가 정답이라는 가설의 약점

분사가 정답이라는 가설에는 약점이 있다. TSMC 가 파운드리 전업으로 성공한 것은 사실이지만, TSMC 는 처음부터 외부 고객 전용 모델로 시작했다. 캡티브 출신 파운드리가 TSMC 모델로 옮겨가는 것은 다른 게임이다. 외부 고객의 신뢰는 분사 공시 한 줄로 즉시 회복되지 않는다.

또 한 가지. 메모리와 파운드리는 같은 팹 (fab, 반도체 공장) 의 EUV (극자외선 노광 공정) 장비·세정·검사 인프라를 공유하는 부분이 있다. IDM 으로 묶여 있을 때만 가능한 비용 분담이 분사 후에는 사라진다. 단기 멀티플 재평가가 장기 운영비 증가를 상쇄하느냐는 별개의 질문이다.

반면 외부 고객 유치 측면에서 분사는 명백히 유리하다. NVIDIA 와 Apple 입장에서 삼성 파운드리에 일감을 맡기는 것은 삼성 시스템 LSI 와 같은 지붕 아래 정보 누설 우려가 있는 한 어려운 결정이다. 분사가 이 신뢰 벽을 일부 허문다. 어느 쪽 손익이 큰지는 향후 12~24 개월의 외부 수주 가시화 정도에 달려 있다.

앞으로 12~24 개월

감시 신호 — 갈림길이 결정되는 지점

앞으로 1~2 년 사이에 갈림길이 보일 지점은 몇 군데가 있다.

먼저 삼성전자 분기 실적발표에서 파운드리 손익을 어디까지 떼어 보여주는지가 가장 빠른 신호다. 별도 공시 강화가 분사 사전 정지작업이라는 시장 해석은 이미 2025 년 3 분기부터 돌고 있다. 다음은 NVIDIA·Apple 의 차세대 칩 다중 소싱 (multi-sourcing, 두 곳 이상 파운드리에 동일 칩을 발주하는 전략) 발표 여부. TSMC 단일 의존을 외부 빅테크 스스로 풀어내야 삼성에 기회가 열린다.

셋째는 TSMC 2 나노 (N2) / A16 양산 일정과 삼성 SF2 양산 일정의 격차다. 두 분기 이내로 좁혀지면 외부 수주 게임이 다시 가능하고, 격차가 더 벌어지면 분사 명분만 강해진다. 그 외에 Intel 파운드리 서비스 (IFS) 의 분기 손익은 같은 Tier-2 파운드리 경쟁자의 체력을 가늠하는 지표가 된다.

한국 정부의 반도체 특별법·분사 인센티브 같은 정책 트리거도 변수다. 시장 단독의 결정이 아니라 정치 사이클 위에서 움직인다.

신호는 분기 실적발표의 한 줄 표 안에 먼저 나타날 가능성이 높다.

반대 관점 / 모순

봉합하지 않은 충돌

분사 = 외부 빅테크 신뢰 회복 + 멀티플 재평가 반면 분사 = 메모리·파운드리 IDM 통합 시너지 손실 + 자본 조달 약화 TSMC 는 처음부터 외부 전용으로 시작했고, 캡티브 출신 파운드리가 같은 모델로 옮겨간 사례는 드물다 현 시점은 (B) 통합 강점 보존 손을 들기 어려운 단계 — 외부 수주가 한 자릿수에 머무는 한 시너지의 실체가 흐릿하다. (B) 가 살아나는 조건은 메모리-파운드리 공통 EUV 인프라의 비용 분담이 정량으로 확인될 때.

TSMC 모델 카피 가능 (인적분할 + 외부 전용 선언) 반면 한국형 IDM 강점 유지 (메모리 + 선단공정 통합) TSMC 의 외부 신뢰는 30 년 누적 / 한국형 IDM 은 메모리 사이클 현금흐름을 capex 로 돌려쓸 수 있다는 장점 단기적으로 (B) 한국형 IDM 의 자본 조달력이 우위. (A) TSMC 모델은 외부 빅테크 1 군 (Tier-1) 수주가 가시화될 때 살아난다 — Apple 또는 NVIDIA 의 다중 소싱 발표가 그 시점.

분사 = 주가 업사이드 트리거 (멀티플 재평가) 반면 분사 = 다운사이드 리스크 (수율·지정학·캡티브 손실) 별도 상장 시 파운드리 단독 멀티플은 TSMC 수준에 못 미칠 가능성. 메모리는 IDM 자본 분담 사라져 capex 부담 가중 두 입장 모두 절대 가설은 아니다. 현 시점 시장 컨센서스는 (A) 가 우세 — 분사 보도가 나올 때마다 주가가 반응. 패배 입장 (B) 는 분사 후 첫 1~2 년의 자본 조달 비용과 외부 수주 실적이 기대를 밑돌 때 살아난다.

본 분석의 가정이 다음 5개 지점에서 시험된다. 한 곳이라도 반대 방향으로 움직이면 결론은 다시 작성되어야 한다.

2026-07 분기 실적발표

📊 삼성전자 파운드리 별도 공시 강화

분기 실적발표에서 파운드리 손익을 메모리와 분리해 어디까지 보여주는지

현상 유지 → 물적분할·인적분할 경로 전환

2026-12

🔀 NVIDIA·Apple 차세대 칩 다중 소싱 발표

TSMC 단일 의존을 외부 빅테크가 풀어내는 신호

외부 고객 유치 시나리오 (JV·인적분할) 활성화

2026-Q4 ~ 2027-Q2

⏱️ TSMC N2 vs 삼성 SF2 양산 격차

두 노드의 리스크 생산·양산 시점 차이가 두 분기 이내로 좁혀지는지

외부 수주 게임 부활 여부

🏭 Intel 파운드리 서비스 (IFS) 분기 손익

Tier-2 파운드리 경쟁자의 체력 — 외부 수주 풀의 경쟁 강도

삼성 외부 수주의 가격 결정력 변화

🏛️ 한국 정부 반도체 특별법·분사 인센티브

정치권의 파운드리 분리 운영 지원 신호

정책 트리거 → 분사 시나리오 확률 상향