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▲ 사진=엔비디아
좀 더 구체적으로 말하면 RTX 3000 시리즈 최상위 그래픽 카드인 RTX 3090은 35.7테라플롭스(TFLOPs, 단정밀도 기준) 연산 능력을 지니고 있는데, 이는 전 세대 최상위 그래픽 카드인 RTX 2080 Ti의 13.4테라플롭스의 2.7배에 달합니다. 인공지능 관련 성능 척도인 텐서(Tensor) 연산 능력도 114테라플롭스에서 285테라플롭스로 역시 2.5배 정도 증가했습니다. 이런 성능 향상이 가능한 비결은 연산 유닛인 쿠다(CUDA) 코어 숫자를 두 배가 넘는 1만496개로 늘리고 동작 클럭도 높인데 있습니다. 흥미로운 부분은 트랜지스터 집적도는 186억 개에서 280억 개로 두 배 증가하지 않았다는 것입니다. 암페어 아키텍처에서 튜링 아키텍처보다 작고 효율적인 연산 유닛을 적용하고 클럭을 높였다는 해석이 가능합니다.
하지만 최상위 모델인 RTX 3090의 경우 성능만큼이나 가격도 범접하기 어려운 수준으로 올라갔습니다. RTX 2080 Ti의 출시 권장소비자가격(MSRP)은 999달러였으나 RTX 3090은 1499달러로 1.5배 정도 더 비싼 편입니다. 게임 용도로는 사실 선뜻 지불하기 어려운 가격입니다. 하지만 인공지능 연산 등 특수 목적에 사용할 때는 오히려 가성비가 우수한 제품으로 극소수의 하이엔드 게이머나 전문 작업용으로 수요가 있을 것으로 예상됩니다.
RTX 3090보다 더 현실적인 게임용 그래픽 카드는 RTX 3080입니다. 699달러의 가격 역시 절대 저렴한 건 아니지만, RTX 3090과 같은 GA102 GPU를 사용하면서도 가격은 절반 이하 수준입니다. 상대적으로 저렴한 가격의 비결은 GPU 일부를 잘라낸 컷 칩을 사용해 가격을 낮췄을 뿐 아니라 그래픽 메모리를 24GB에서 10GB로 줄였기 때문입니다. 하지만 아무리 컷 칩을 사용하고 메모리를 줄여도 제조 비용에서 가장 큰 비중을 차지하는 GPU 자체의 가격을 낮추지 못하면 전체 비용을 낮추기 어렵습니다. 바로 이 대목에서 삼성의 8N 공정이 해결책으로 등장했습니다.
2년 전 엔비디아는 RTX 2000 시리즈에 TSMC의 12nm (FFN) 공정을 채택했습니다. 당시 10nm 이하의 미세 공정을 채택하지 않은 이유는 비용 문제 때문이었습니다. 반도체 웨이퍼 제조 단가는 미세 공정일수록 급격히 높아집니다. 만약 186억 개의 트랜지스터를 지닌 거대 GPU를 10nm 이하 미세 공정으로 제조했다면 제조 단가가 비싸 많은 이윤을 남기기 어렵습니다. 따라서 엔비디아는 경쟁사인 AMD가 7nm 공정을 채택할 때도 꿋꿋이 12nm 공정으로 2년을 버틴 것입니다. 물론 그래도 성능으로 밀리지 않고 앞서 나갔기에 가능한 일이었습니다.
삼성의 8nm(8N) 공정은 10nm 공정의 개량형으로 알려져 있습니다. 따라서 삼성 파운드리나 TSMC의 최신 7nm 공정에 비해 성능은 낮지만, 제조 비용은 저렴합니다. 엔비디아가 542억 개의 트랜지스터를 집적한 고성능 인공지능 가속기인 A100 GPU에는 TSMC의 7nm (7N) 공정을 사용한 반면 RTX 3000 시리즈에는 삼성 8N 공정을 사용한 것은 게임용 그래픽 카드가 A100처럼 엄청나게 비싼 가격에도 판매할 수 있는 제품이 아니기 때문입니다. 280억 개의 트랜지스터를 집적해도 현실적인 가격에 판매할 수 있으려면 그만큼 타협이 필요합니다. 물론 비용만 낮추면 되는 것이 아니라 적어도 1-2년 정도 그래픽 카드 시장을 석권할 수 있는 강력한 제품도 만들 수 있어야 합니다. 엔비디아는 고심 끝에 삼성 파운드리가 최적의 조건이란 결론을 내렸을 것입니다.
삼성 파운드리가 적어도 600㎟가 넘는 대형 GPU 시장에 본격 진입했다는 것은 적지 않은 의미를 지닙니다. 이 분야에서 TSMC의 독점 구조가 깨진 것이기 때문입니다. 삼성은 GA102 칩 이외에도 RTX 3070에 사용된 좀 더 작은 GPU의 위탁 생산도 맡고 있습니다. 앞으로 등장할 RTX 3060/3050 같은 보급형 GPU 역시 삼성 8N 공정을 사용할 가능성이 큰 셈입니다. 역사적으로 엔비디아는 대부분의 물량을 TSMC에 의존해 왔지만, 이번에는 다른 선택도 가능하다는 것을 보여줬습니다. 당연히 TSMC에 생산을 의뢰했던 AMD 같은 다른 제조사나 인텔처럼 외부 파운드리를 고민하는 제조사의 선택에도 큰 영향을 줄 것으로 예상됩니다.
고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
