삼성전자가 메모리 반도체 산업에서 지배적인 위치를 차지하고 있다는 것은 널리 알려진 사실이지만, 미래 기술 리더십의 진정한 척도는 시스템 LSI 사업부에 달려 있다. 이 부서는 기업의 두뇌 역할을 하며, 현대 전자 기기의 실제 두뇌와 눈 역할을 하는 논리 반도체를 설계하는 전문적인 '팹리스' 조직으로 운영됩니다. 시스템 LSI의 전략적 로드맵은 두 가지 핵심 축으로 정의됩니다. 하나는 온디바이스 AI 시대를 위해 고성능 신경 처리 장치(NPU)를 통합하도록 적극적으로 발전하고 있는 Exynos 모바일 AP이고, 다른 하나는 인간의 눈에 필적할 정도로 빛 흡수 능력의 물리적 한계를 끊임없이 뛰어넘고 있는 ISOCELL 이미지 센서 기술입니다. 이 기사는 시스템 LSI 사업부가 이러한 컴퓨팅 및 광학 기술 간의 시너지를 어떻게 조율하여 삼성을 단순한 하드웨어 제조업체에서 향후 10년간 사용자 경험을 정의할 수 있는 종합 시스템 솔루션 제공업체로 변모시키고 있는지에 대한 세부적인 분석을 제공합니다.
시스템 LSI 사업부의 핵심 역할 및 비전 내면의 패러다임
삼성전자 시스템 LSI 사업부는 자체 공장을 보유하지 않은 "내부 팹리스" 조직으로서, 퀄컴이나 미디어텍과 같은 순수 설계 전문 기업과는 차별화되는 전략적 위치를 차지하고 있습니다. 제조는 파운드리 사업부에서, 저장 장치는 메모리 사업부에서 담당하는 반면, 시스템 LSI 사업부는 최종 장치의 실제 성능과 기능을 결정하는 논리적 아키텍처를 설계하는 중요한 책임을 맡고 있습니다. 이 조직은 현재 단순한 부품 공급업체에서 "플랫폼 솔루션 설계자"로의 근본적인 변화를 겪고 있습니다. 경영진은 개별 칩 공급에 그치지 않고, 애플리케이션 프로세서(AP), 통신 모뎀, 전력 관리 IC(PMIC)를 통합한 포괄적인 생태계를 제공하여 제조업체가 개발 시간을 최소화할 수 있도록 지원하는 비전을 명확히 제시했습니다. 이러한 변화는 변동성이 심한 상품 시장에서 벗어나 우수한 소프트웨어-하드웨어 최적화를 통해 고객을 확보하는 독자적인 기술 표준을 확립하기 위한 필수적인 조치입니다. 시스템 LSI 사업부의 기술 철학은 "휴머노이드"라는 개념에 깊이 뿌리내리고 있습니다. 이는 반도체 부품이 인체의 감각 및 처리 능력을 모방하는 비전입니다. 해당 사업부는 방대한 포트폴리오를 세 가지 생물학적 비유로 분류합니다. 연산용 Exynos 시스템 온 칩(SoC)으로 대표되는 "뇌", 시각 데이터 획득용 ISOCELL 이미지 센서로 대표되는 "눈", 그리고 신호 전송 및 보호용 디스플레이 드라이버 IC(DDI)와 보안 칩으로 대표되는 "신경"입니다. 이러한 전체론적 접근 방식을 통해 엔지니어링 팀은 "로직-센서 융합"이라는 최첨단 설계 방법론을 추구할 수 있습니다. 이 방법론에서는 이미지 센서가 단순히 원시 빛을 포착하는 데 그치지 않고 내장된 AI 엔진을 사용하여 처리한 후 메인 프로세서로 전송합니다. 삼성은 눈(센서)과 두뇌(AP) 사이의 데이터 트래픽 병목 현상을 줄임으로써 자율 주행 및 증강 현실(AR) 안경과 같은 미래 애플리케이션을 위한 실시간 저전력 처리를 구현하고, 단일 부품 최적화에만 집중하는 경쟁업체가 쉽게 넘을 수 없는 기술적 해자를 구축하는 것을 목표로 합니다. 또한 시스템 LSI 사업부는 삼성만이 누릴 수 있는 경쟁 우위인 "IDM(통합 디바이스 제조업체)" 모델의 시너지를 극대화하는 전략적 핵심 역할을 수행합니다. 이 사업부는 메모리 사업부와 적극적으로 협력하여 LPDDR5X 및 UFS 4.0과 같은 차세대 인터페이스를 공동 개발하고, 업계 표준이 확정되기 전에 최신 메모리 속도를 최대한 활용할 수 있도록 로직 칩을 완벽하게 최적화합니다. 동시에 로직 설계팀은 파운드리 사업부와 긴밀히 협력하여 3nm GAA와 같은 첨단 노드에 최적화된 설계-기술 공동 최적화(DTCO)를 구현합니다. 이러한 내부 피드백 루프를 통해 시스템 LSI 사업부는 "선구자" 역할을 수행하며, 외부 고객에게 제공하기 전에 엑시노스 시리즈와 같은 자사 제품을 통해 파운드리의 최첨단 공정을 테스트하고 안정화할 수 있습니다. 이러한 상호 협력 관계는 삼성 갤럭시 기기의 출시 기간을 단축할 뿐만 아니라, 시스템 LSI 제품 라인을 대규모 상업적 개념 증명으로 활용하여 파운드리 공정의 성숙도를 글로벌 시장에 입증하는 데에도 이바지합니다.
엑시노스 모바일 AP 반등 및 전략 실리콘 주권 확보를 향한 여정
엑시노스 브랜드의 전략적 부활은 시스템 LSI 로직 설계자와 모바일 경험(MX) 제품 팀 간의 운영 관계를 근본적으로 재편하는 데 크게 의존합니다. 과거 엑시노스 칩셋은 발열 관리 및 지속적인 성능 면에서 퀄컴 칩셋에 비해 뒤처진다는 비판을 자주 받았으며, 이러한 격차로 인해 갤럭시 S23 플래그십 시리즈에서 엑시노스 칩셋이 전 세계적으로 일시적으로 제외되는 사태가 발생하기도 했습니다. 하지만 개발팀은 이 공백기를 활용하여 SoC(시스템 온 칩)를 처음부터 다시 설계하고, 애플의 수직 통합 전략을 그대로 반영한 "갤럭시 우선" 설계 철학을 구현했습니다. 이러한 새로운 접근 방식에는 칩의 명령어 스케줄러를 갤럭시 섀시의 열 방출 프로파일에 맞게 최적화하는 전담 솔루션 팀이 포함되어 있으며, 이를 통해 전압 주파수 곡선을 세심하게 조정하여 이전 세대에서 문제가 되었던 갑작스러운 과열로 인한 성능 저하 현상을 방지합니다. 삼성은 칩과 스마트폰 본체를 별개의 부품이 아닌 하나의 통합 시스템으로 취급함으로써 소비자 신뢰를 회복하고, 자사의 독자적인 실리콘 칩이 스냅드래곤 "갤럭시용" 시리즈의 안정성에 필적하는 일관된 "플래그십 경험"을 제공할 수 있음을 입증하고자 합니다. 기술적인 측면에서 엑시노스 부활 전략의 핵심은 AMD와의 협력을 강화하여 Xclipse GPU를 통해 모바일 그래픽 생태계를 혁신하는 것입니다. 데스크톱급 AMD RDNA 아키텍처를 모바일 폼팩터에 직접 통합함으로써 삼성은 하드웨어 가속 레이 트레이싱 및 가변 레이트 셰이딩(VRS)과 같은 고급 기능을 스마트폰에서 보편화하고자 합니다. 이번 조치는 엑시노스 플랫폼을 미디어텍과 같은 경쟁업체가 사용하는 표준 ARM Mali GPU 설계와 차별화하고, 증가하는 모바일 게이머층의 취향에 맞는 독특한 시각적 품질을 제공하기 위한 계산된 전략입니다. 엔지니어링의 초점은 최신 3나노미터 GAA(Gate-All-Around) 공정 노드에서 확보한 열 관리 여유 공간을 활용하여 "와트당 성능" 비율을 개선하는 데 집중되었습니다. 이를 통해 고화질 그래픽 출력이 배터리 소모를 가속하지 않도록 했습니다. 궁극적인 목표는 Exynos 프로세서가 "주머니 속 콘솔급 게임"의 대명사가 되도록 그래픽 성능을 향상해, 기존의 약점을 시장 선도적인 강점으로 전환하는 것입니다. 엑시노스 로드맵은 순수한 게임 성능을 넘어, 온디바이스 AI의 확산에 가장 큰 전략적 투자를 하고 있으며, 신경 처리 장치(NPU)를 실리콘 레이아웃 내에서 가장 중요한 IP 블록으로 자리매김하고 있습니다. 삼성 가우스와 같은 생성형 AI 모델의 등장으로 엑시노스 프로세서는 지연 시간이 긴 클라우드 서버 연결에 의존하지 않고 대규모 추론 워크로드를 로컬에서 처리할 수 있도록 설계되고 있습니다. 최신 Exynos 아키텍처는 고성능 연산 작업을 위한 고성능 코어와 항상 작동하는 백그라운드 센싱을 위한 전력 효율적인 코어를 결합한 이기종 NPU 구조를 특징으로 하며, 초당 연산량(TOPS)을 극대화하고 에너지 소비를 최소화하는 것을 목표로 합니다. 이러한 기능은 실시간 통화 번역, 생성형 사진 편집, 개인 맞춤형 음성 비서와 같은 기능을 기기에서 직접 구현하는 데 필수적입니다. 삼성은 NPU 효율성에서 선도적인 위치를 확보함으로써 엑시노스를 단순한 연산 장치에서 "AI 폰" 시대의 필수 엔진룸으로 탈바꿈시키고, 최고의 갤럭시 AI 기능이 엑시노스 칩에서만 가장 원활하게 실행되도록 하여 벤더 종속 효과를 창출하고자 합니다.
ISOCELL 이미지 센서 초미세 화소 기술 빛 포착의 물리학
삼성의 끊임없는 초고해상도 센서 개발 노력은 근본적으로 광학적 및 전기적 크로스토크와의 전쟁입니다. 크로스토크란 특정 픽셀로 향하는 광자가 인접한 픽셀로 새어 들어가 색 정확도를 저하하고 노이즈를 발생시키는 현상입니다. 픽셀 크기가 0.7μm 이하로 작아짐에 따라 발생하는 물리적 한계를 극복하기 위해 엔지니어링 팀은 자체 개발한 ISOCELL 기술을 개발했습니다. 이 기술은 기존의 후면 조명(BSI) 구조와 근본적으로 다르며, 미세한 장벽으로 각 픽셀을 물리적으로 분리합니다. 최신 200MP 센서의 핵심적인 발전은 전면 심층 트렌치 절연(FDTI) 기술의 도입입니다. 이 고급 절연 방식은 실리콘 웨이퍼 전면의 포토다이오드 사이에 훨씬 더 깊은 트렌치를 식각하는 것을 포함합니다. 이 구조는 빛샘을 방지할 뿐만 아니라 각 초소형 픽셀의 "풀웰 용량"(FWC)을 극대화하여 가장 작은 0.56μm 픽셀조차도 밝은 환경에서 과다 노출을 방지하고 색상 재현성을 유지하는 데 필요한 충분한 전자 보유 용량을 확보합니다. 삼성의 초미세 화소 전략의 진정한 공학적 경이로움은 단순히 화소 밀도만이 아니라, 주변 조명 환경에 따라 하드웨어의 동작을 근본적으로 변화시킬 수 있는 "테트라 ²픽셀"(노나셀의 진화형)이라는 적응형 아키텍처에 있습니다. 이 센서들은 정적인 배열로 작동하는 대신, 역동적인 카멜레온처럼 작동합니다. 밝은 야외 환경에서는 최대의 디테일 포착을 위해 본래의 작은 픽셀을 활용하지만, 저조도 환경에서는 16개의 인접한 픽셀(4x4 격자)을 하나의 거대한 2.4μm 가상 슈퍼픽셀로 병합하여 빛 감도를 획기적으로 높이고 노이즈를 줄입니다. 이 과정은 실시간으로 "리모자이크" 알고리즘을 실행하고, 병합된 블록의 원시 색상 데이터를 눈에 띄는 셔터 지연 없이 일관된 고해상도 이미지로 변환하기 위해 엄청난 온칩 연산 능력이 필요합니다. 삼성은 이러한 복잡한 작업을 센서의 로직 레이어에 내장된 전용 하드웨어 블록에 직접 위임하는 방식을 점차 확대하고 있으며, 이를 통해 메인 모바일 애플리케이션 프로세서(AP)에 가해지는 엄청난 데이터 부하를 줄이고 최대 해상도 설정에서도 빠른 성능을 보장하고 있습니다. 단순히 메가픽셀 수를 늘리는 사양 경쟁을 넘어, 시스템 LSI 사업부는 특히 "센서 내 줌"과 같은 기능을 통해 초고해상도 센서를 컴퓨팅 사진 촬영을 위한 강력한 엔진으로 재정립하고 있습니다. 200MP 해상도를 활용한 "줌 애니플레이스(Zoom Anyplace)"와 같은 기술은 대용량 해상도 버퍼를 사용하여 사용자가 전체 시야각의 4K 비디오를 촬영하는 동시에 광학 렌즈의 움직임 없이 움직이는 피사체를 매끄럽게 확대할 수 있도록 합니다. 이는 고해상도 센서의 중앙 부분을 실시간으로 잘라내는 동시에 센서 인터페이스에 내장된 AI 기반 추적 알고리즘을 사용하여 피사체를 선명하게 초점을 유지함으로써 구현됩니다. 이러한 전략적 변화는 초고해상도 화소의 가치가 더 이상 단순히 대형 인쇄물을 제작하는 데 그치는 것이 아니라, 전용 망원 렌즈에 필적하는 무손실 디지털 줌 기능을 제공하는 데 있으며, 궁극적으로는 탁월한 해상도와 지능형 프로세싱을 통해 다양한 초점 거리를 처리할 수 있는 단일 "올인원" 메인 카메라를 구현하는 것을 목표로 한다는 것을 의미합니다.
