삼성전자 갤럭시 S26 출시…엑시노스가 돌아왔다

삼성전자가 25일 새로운 최상위급 스마트폰인 갤럭시 S26 시리즈를 출시한다. S26 일반·플러스 모델에는 삼성전자 시스템LSI사업부가 개발한 애플리케이션프로세서(AP) 엑시노스 2600이 들어간다. 갤럭시 S 시리즈에서 엑시노스 칩이 탑재되는 것은 2024년 이후 2년 만이다.

시스템LSI사업부는 스마트폰의 두뇌 역할을 하는 AP에서 다양한 변화를 시도했다. 최신 2㎚(나노미터·10억 분의 1m) 파운드리 공정을 적용해 제작하고, 발열을 최소화하기 위해 패키징 구조를 혁신적으로 개선했다. 통신 모뎀을 별도로 분리한 전략이 6G 통신 시대에도 유리하게 작용할지 주목된다.

골칫거리 발열 잡는 구리 블록

삼성 엑시노스 2600 개발자들이 히트패스블록(HPB·Heat Path Block)이라는 소재를 공들여 개발했다. 열이 이동하는 블록이라는 뜻이다. AP의 가장 큰 문제는 열(Heat)이다. AP는 많은 양의 정보를 빠르게 처리해야 한다. 고성능을 내려면 전력 소비가 늘어나는 것은 필연적이다. 하지만 전력을 많이 투입할수록 발열도 심해진다. 사용자가 ‘스마트폰이 뜨겁다’고 느끼는 순간이기도 하다. 열이 심하면 성능도 떨어진다. 열을 어떻게 관리하느냐도 성능 유지에 중요한 변수다.

이 문제를 해결하기 위해 시스템LSI사업부는 AP 패키지 형태에서 변화를 줬다. 기존에는 AP 바로 위에 저전력(LPDDR) 메모리만 얹어서 패키징했지만, 엑시노스 2600은 메모리 비중을 절반으로 줄이고 그 자리에 직사각형으로 만든 HPB를 얹는다.

지난해 5월 미국에서 열렸던 ‘ECTC 2025’ 학회에서 삼성전자가 발표했던 논문을 살펴보면 HPB의 소재는 구리(Cu)다. 구리는 열전도율이 상당히 뛰어난 금속이다. 구리의 열전도율이 400W/m·K 정도라면 실리콘의 열전도율은 130~150W/m·K다. 반도체 칩의 주재료인 실리콘보다 약 3배 정도 열이 잘 빠진다는 얘기다.

구리 블록을 얹으면서 패키징 설계에도 많은 변화가 있었다. AP와 메모리를 연결하기 위해 AP 양쪽으로 세워둔 구리 회로(Cu Post)를 한쪽으로 몰았다. 메모리 패키징 면적이 절반으로 줄었다. 삼성전자는 HPB 구조로 전작 대비 열 저항이 16%나 개선됐다는 결과를 공개했다.

6G 저궤도 위성 시대 달아오른다

엑시노스 2600에선 모뎀 칩이 AP에서 분리된다. 모뎀은 스마트폰이 외부와 통신하기 위해 반드시 필요한 칩이다. 삼성전자의 모뎀 설계 기술은 세계 최고 수준이다. 삼성전자는 2021년 개발한 엑시노스 2100부터 SoC와 모뎀을 합쳤지만 5년 만에 다시 분리했다.

이번 엑시노스 2600에서 모뎀을 분리한 데는 다양한 이유가 있다. 우선 모뎀을 엑시노스 SoC 안에서 빼고 나면 유휴 면적이 생긴다. 그 부분에 중앙처리장치(CPU), 인공신경망처리장치(NPU), 그래픽처리장치(GPU) 같은 주요 코어를 넣어 칩의 연산 능력을 극대화할 수 있다.

독립한 모뎀 칩은 새로운 사업 기회를 창출할 수 있을 것으로 전망된다. 특히 6세대(6G) 이동통신 시대에는 모뎀의 기능이 더 고도화할 것으로 예측된다. 저궤도 위성 통신은 보통 300~2000㎞ 상공에 있는 인공위성이 모바일 기기와 직접 통신하는 기술을 뜻한다. 스마트폰·모바일 IT 기기가 기존의 기지국이 아닌 인공위성으로 통신하려면 이동하는 위성의 움직임에 유연하게 대응하면서 신호를 교환할 수 있는 똑똑한 모뎀 칩이 필요하다.

삼성전자는 이 흐름에 맞춰 NPU 기능을 탑재한 모뎀 칩을 개발하고 있다. 당장 엑시노스 2600에는 구현하지 않지만 SoC와 모뎀을 분리한 것이 6G 시대에 합리적인 전략이 될 것이라는 평가가 나온다. 갤럭시 스마트폰처럼 엑시노스AP를 쓰는 기기뿐 아니라 6G 모뎀이 필요한 모든 곳에 별도의 모뎀 칩을 공급하면서 독자적인 매출을 올릴 기회라는 것이다. 6G NTN(비지상 네트워크) 사업에 본격적으로 시동을 건 스페이스X, 아마존 등 우주 빅테크와의 협업이 가시화할 수도 있다.

삼성전자가 개발하고 있는 차기작인 엑시노스 2700, 코드명 ‘율리시스’ 개발도 순항 중인 것으로 알려졌다. 2나노의 업그레이드 버전인 SF2P(performance)로 양산할 예정이다. 현재 시스템LSI 사업부가 파운드리 사업부와 협업해 테스트 웨이퍼를 제조해 각종 성능을 점검하는 단계다.

강해령 기자 hr.kang@hankyung.com