며칠 전 2020년 9월 15일, 근 3년 이래, 반도체 업계의 가장 큰 뉴스가 나왔습니다. 그것은 미국의 그래픽 프로세서 (GPU) 업체인 엔비디아 (NVIDIA)가 영국의 CPU 설계 회사인 ARM을 일본 소프트뱅크 (SB)로부터 인수했다는 소식이었습니다. 2016년 7월, SB의 마사요시 손 (손정의) 회장은 ARM을 $32B (한화 약 34조 원)에 인수했는데, 4년이 지난 시점에서, 미국의 GPU 업계 선두 업체인 NVIDIA가 ARM를 다시 인수한 것입니다. 인수한 금액은 대략 $40B로서 (한화 약 47조 원), N사는 이를 전액 현금으로는 인수하지 않았고, 자사의 주식 약 $21.5B 어치를 SB에 넘기고, 나머지는 현금과 현물로 인수한 것 같습니다.

​애초에 CPU 제조 선두인 인텔이 2016년에도 그랬고, 2020년에도 이 ARM을 왜 인수하지 않았는가 의아할 수 있지만, 사실 전 세계 CPU 시장은 인텔의 x86 프로세서 (인텔이 사실상 독점 : PC는 80% 이상, 서버는 95% 이상)와 ARM의 프로세서로 양분되는 상황이라, 만약 인텔이 정말 ARM을 인수했다면, 미국과 유럽연합으로부터 반독점 제소를 당했을만한 사안이 되었을 것입니다.

2016년 당시, SB가 ARM을 인수했을 때도 시장의 반응은 '의아함'이 주류였습니다. 애초에 SB는 반도체 업계의 강자도 아니었고, 주력 업종은 통신 서비스였기 때문입니다. 물론 SB가 내세운 인수 의도는 ARM을 통해 IoT (사물인터넷) 시장에 진출하여 기존의 통신 서비스 영역을 확대하고 시장 지배력을 강화한다는 것이었긴 했습니다. 그렇지만 그 의도의 정당성 여부와 상관없이, $32B라는 금액은 지나친 금액 아니었는가 하는 의아함은 가시지를 않았죠. IoT 시장 정도라면 굳이 ARM 자체를 인수하는 것보다는, 삼성처럼 ARM과의 전략적 제휴만으로도 충분한 효과가 나오지 않았을까 했던 것이죠.

그런데 4년이 지난 후, ARM의 가치는 25%나 더 올랐고, 그 가격을 지불할 업체가 실제로 나온 것이라는 것에서 알 수 있듯, 4년 전의 SB의 투자는 성공적인 투자였던 것 같습니다. 물론 SB가 소화하기에는 ARM의 영역은 너무나 이질적이었고, SB가 실제로 IoT 시장을 장악했는지 여부는 불투명했기 때문에, SB입장에서는 N사의 이번 인수가 매우 고마웠을지도 모르겠습니다. N사 입장에서도 사실 N사의 주가가 N사의 기본 체력 이상으로 과대평가되고 있다는 시각이 지배적일 정도로, 상황이 좋은 상태였기 때문에, 전액 현금보다, 충분히 고평가 된 자사의 주식을 이용하여 절반 이상의 인수 금액을 충당하는 경영 전략은 N사 입장에서는 충분히 매력적인 방법이었을 것으로 보입니다. 또한 나머지 금액 역시 전액 현금에 가깝긴 하지만, 일시불이 아닌 방식으로 진행되고 있기 때문에, 시장성만 유지된다면, 경영의 위험은 수년에 걸쳐 분산될 수 있을 것으로 보입니다.

도대체 N사가 이렇게 큰돈을 쓸 정도로 투자를 감행할 수밖에 없었던 ARM은 어떤 회사일까요? ARM은 '영국의 애플'이라고 불리던 아콘 컴퓨터 (Acorn Computer)에서 CPU 사업 부분을 분사하면서, 애플과 VLSI technology사의 조인트 벤처 형태로 설립된 회사입니다. 설립 당시의 ARM은 원래는 Acorn RISC Machine의 약자로 시작했으나, 이후 1998년, 애플과 VLSI가 회사로부터 손을 떼면서, 사명은 ARM으로 그대로 두되, full name을 Advanced  RISC Machine으로 바꾸기도 했습니다. ARM의 CPU 아키텍처는 비단 PC나 모바일 APU뿐만 아니라, 임베디드 컴퓨터, IoT, 슈퍼컴, 서버나 클라우드 시스템 같이 다양하고 광범위한 분야로 확장될 수 있는 장점이 있습니다. 이는 인텔의 x86과 대조되는 장점이기도 합니다. 그럴 수밖에 없는 것이 x86은 애초에 CISC (Complex Instruction Set Computer) 기반인데 반해, ARM은 RISC (Reduced Instruction Set Computer) 기반이기 때문입니다. 모바일 APU의 경우, 삼성, 퀄컴, 애플의 모바일 칩이 모두 ARM의 라이선스로 제작됩니다.

ARM은 2018년 8월, 자사의 CPU 설계 로드맵을 발표했습니다 (첨부 그림 참조). 2019년 10 nm 공정 기반의 A76를 필두로, 2020년 이후 7 nm 공정의 데이모스와 5 nm 및 7 nm 공정의 허큘리스를 도입해 매년 15%씩 성능을 높인다는 원대한 계획이었습니다. 5, 7 nm 공정을 언급한 것에서도 알 수 있듯, 이 로드맵에서 보였던 ARM의 궁극적인 목표는 현재의 인텔이 지배하는 x86 기반 CPU 시장에 본격적으로 도전장을 내밀어 노트북 및 저전력 PC 시장을 잠식해 들어가는 것이었습니다. 실제로 ARM의 발표에 따르면, A76 코어가 인텔의 Core i5-7300U 프로세서에 비견되는 성능을 가진 것으로 보입니다. 거기에, 인텔이 15W 소모 전력을 보이는데 반해, A76 코어는 그것의 1/3 수준인 5W 전력을 소모하기 때문에, 저전력 CPU 시장, 그리고 나아가 저전력 서버용 칩 시장에 대한 확실한 장점을 갖춘 것으로 보입니다. ARM이 공개한 로드맵에서는 인텔이 sub 10 nm 공정에서 확실한 진보를 이루지 못하는 한, 인텔의 x86 CPU는 결국 ARM CPU에 밀리는 것으로 표시되어 있습니다. 실제로 인텔은 여전히 sub 10 nm 공정에서 충분한 수율을 확보하지 못하고 있고, 그 이후 7, 5, 3 nm 로드맵이 불투명한 상황이라, ARM의 로드맵은 현실화될 가능성이 매우 높아 보입니다.

지난 2020년 6월, 애플은 아예 맥용 ARM 칩 이전 계획을 발표하기도 했습니다. 애플의 AP의 최신 세대는 A13인데, 이 수준에서 성능만 놓고 보면, 애플의 AP는 이제 인텔의 x86 코어를 거의 따라잡는 수준까지 발전했습니다. 차세대 AP인 A14 같은 최신 AP 기반으로 GPU 성능 및 메모리, 스토리지 용량을 늘리는 방향으로 맥을 설계하려는 애플 입장에서 ARM 칩으로의 확실한 이전은 필수적인 옵션이었을지도 모르겠습니다. 아마 1-2년 정도의 이전 시간이 필요할 것 같은데, 그 시간을 감당할 수 있는 이유는 ARM 기반 칩으로 옮기면서 애플 입장에서는 비용 절감과 생태계 최적화라는 장점이 생기기 때문입니다. 애플의 맥용 ARM 이전 계획은 사실, 숨겨진 옵션이 있었습니다. 그것은 현재 애플의 모바일 AP로는 AMD 라데온 GPU를 대체하기 어렵다는 문제로부터 시작하는 것입니다. 애플이 모든 AP 생태계를 ARM 기반으로 바꾼다면, CPU뿐만 아니라, GPU도 같이 고려해야 하는데, 플레이스테이션처럼 대형 그래픽 코어를 갖는 SoC (System-on-Chip)기반이 아니라면, GPU와 연동될 수 있는 CPU 체계가 필요합니다. 그렇다면 GPU와 CPU를 동시에 만족시킬 수 있는 업체가 필요했을 텐데, 애플이 이를 직접 인수하지는 않을 계획이었을 것입니다. 왜냐하면 애플은 CPU 시장에 진입할 계획이 없었기 때문이죠. 그렇다면 무리 없이 CPU-GPU를 통합하여 시스템을 개발하고 제조할 수 있는 업체가 있어야 할 것입니다. CPU는 ARM으로 가기로 했으니 결국 애플이 아닌, 다른 GPU 회사가 이를 인수하면 될 일이었을 것입니다.

이러한 기술적 흐름이 바탕이 되어, 마침내 결국 2020년 9월, ARM은 NVIDIA의 품으로 들어가게 되었습니다.*
*(물론 이 인수가 완전히 법적으로 승인이 된 것은 아닙니다. 기술 안보 및 반독점법 등의 검토가 남아 있습니다.)
젠슨 황 회장이 ARM 인수에서 노리고 있는 것이 무엇인지는 확실하지는 않습니다. 그러나 위에서 알아봤던 기술의 시대적 흐름과 향후 발전 방향을 생각하면, 젠슨 황의 노림수는 여러 단계에 걸쳐 있습니다. 기본적으로 당연히 NVIDIA의 ARM 인수는 N사가 CPU 시장에 본격적으로 뛰어드는 것임을 의미합니다. 특히, 단순히 CPU만 설계하는 기능을 확보하는 것을 뛰어넘어, ARM의 CPU 설계 IP를 살려, N사의 GPU 및 AI 용 텐서 코어 기술을 집어넣어, 반도체 라이선스 시장에서 더 큰 비중을 차지하는 것을 목표로 삼는 것으로 보입니다. GPU는 CPU에 비해 일부 계산 성능은 뛰어나나 (그래픽 가속이나 ray tracing, CUDA 같은 AI 텐서 계산 등), 기본적인 ALU 계산은 CPU와 설계 방식이 애초에 달라서 차이가 많이 납니다. 따라서 만약 CPU+GPU integration이 기술적으로 가능하다면, 이는 시장을 새롭게 창출할 수 있을 뿐더러, 기존 시장을 파괴적으로 혁신하는 케이스가 될 수도 있습니다. 현재 하드웨어적으로는 GPU+CPU integration이 불가능한 것은 아닙니다. 당장 인텔은 이미 샌디브릿지 세대 이후부터 GPU와 GPU를 같이 프로세스에 넣어 시스템 리소스를 공유하게 만들고 있죠. 물론 CPU에 비해 GPU는 여전히 성능이 떨어지는 상황입니다만, 기술적으로 불가능한 것은 아닙니다. 데이터 통신을 가능케 하는 PCIe 같은 bus의 성능 개선으로 이를 어느 정도 보강할 수 있으니까요. 그렇지만 지금 방식의 integration은 한계가 있을 수 밖에 없고, 장기적으로는 HSA (Heterogeneous System Architecture) 같은 방식으로 이들을 통합하는 것이 바람직할 것입니다. 그렇지만 이를 10 nm 이하 스케일에서 수율 맞춰 생산하는 것은 굉장히 굉장히 어려운 일입니다. 만약 N사가 ARM의 CPU 설계 노하우를 살려서 본격적으로 CPU-GPU, GUCPU+CPU 등의 시장을 만들게 된다면, 현재의 시장은 큰 변화가 생길 수 있습니다. 당연히 이에 촉각을 곤두세울 업체들은 그간 AMD의 라데온 IP를 자사의 모바일 AP에 적용해 오던 삼성이나 과거 AMD에서 인수한 자사의 GPU를 개발하고 있는 퀄컴 같은 업체들일 것입니다. 반면 애플은 애초에 ARM 기반으로 자사의 AP를 이전하는 계획을 추진하는 중이었고, 특히 GPU를 어떻게든 통합하는 것을 계획하고 있던 것으로 보아, 이번 N사의 ARM 인수를 매우 환영했을 것 같습니다.

CPU 시장 진출을 넘어, N사의 중장기적 목표는 아마도 ARM IP를 이용하여 서버용 칩 시장에 진입하는 것일 것입니다. 서버와 클라우드 시스템 시장은 계속 성장 중이고, 당연히 이에 필요한 서버용 시스템반도체 시장도 같이 커지고 있습니다. 서버와 슈퍼컴 CPU 시장은 인텔과 AMD가 과점하고 있는 가운데, 인텔과 AMD는 GPU도 같이 생산하고 있기 때문에, N사는 양사에 GPU를 공급하기 어려운 상황이었는데, 이번 ARM인수로 아예 제3의 세력으로 서버 칩 시장에 진입할 수 있게 된 것이죠.  

그러나 ARM을 인수한 N사 입장에서도 고민이 되는 부분은 꽤 많을 것입니다. 기본적으로 ARM은 CPU 코어의 일부에 대한 설계 업체이지, 제조 업체가 아니라는 사실, 결국 불완전한 팹리스 업체라는 사실은 굉장히 무거운 팩트입니다. ARM은 CPU 전문 업체이지만, 그중에서도 core나 ISA bus (Industry Standard Architecture bus)에 특화된 업체입니다. 하이실리콘과 SMIC의 관계에 대해 지난 글에서 논한 바도 있지만, CPU 설계 업체가 아무리 5 nm, 7 nm 공정에 최적화된 CPU를 설계했다고 해도, 그것을 수율에 맞게 제조할 수 있는 것은 완전히 다른 이야기입니다. 삼성이나 TSMC 등과 어떤 로드맵을 그리고 있는지 모르겠지만, 아마도 5 nm부터는 쉽지 않은 기술이 될 것이므로, GPU와의 SoC 상 통합을 계획하는 N사 입장에서는 기술적 부담이 될 것입니다. 특히, 삼성과 TSMC와의 경쟁구도에 놓이게 될 N사의 입장에서, ARM CPU의 파운드리를 삼성이나 TSMC에 위탁하는 것은 가격의 문제를 넘어, 기술 유출의 문제, 시장 지배력의 문제가 생기는 것이므로, 위탁도 어려울 것이고, 따라서 N사 입장에서는 그간 한 번도 겪어 보지 못했던 sub 10 nm CPU 제조라는 막중한 기술적 난제를 해결해야 합니다. 자력으로 이를 해결하지 못 한다면 결국 파운드리는 삼성이나 TSMC에 의존할 수 밖에 없습니다. 비메모리 반도체를 호시탐탐 노리고 있는 두 회사 입장에서는 N사의 CPU 위탁 생산은 더 없는 기술적 힌트가 될 것입니다.

또한 ARM CPU의 모바일 시장 지배력 약화 가능성도 부담입니다. ARM은 현재로서는 모바일 AP 시장의 확실한 강자가 맞지만, 인텔이 CPU 시장에서 보이는 독점력만큼은 아닙니다. 언제든지 후발 주자들이 모바일 AP 시장에 진입할 수 있으며, 후발 주자들의 점유율이 높아질수록, ARM의 가격 경쟁력은 낮아지고, 수익성이 약화될 가능성은 상존합니다. 또한 애플이 ARM 기반으로 칩을 이전하는 상황 역시, 언제든 중단될 수 있습니다. 막강한 현금력을 바탕으로 애플은 언제든지 자사의 새로운 아키텍처를 개발하여 시장에 진입할 가능성이 있습니다. 이는 애플의 입장에서는 기술적으로 가능하냐의 문제보다는, 경제성이 있느냐의 여부에 불과합니다. 안드로이드 시장을 지배하는 구글 역시 마음만 먹으면 비교적 쉽게 새로운 아키텍처를 추가로 도입할 수 있다. 물론 인텔 기반의 칩들은 사용자 경험 점수가 ARM 기반 칩보다 월등히 낮아서 당분간 ARM의 모바일 AP 시장 점유율은 급격히 떨어질 가능성이 없지만, 이것은 상수가 아니라는 사실을 기억하는 것이 중요합니다.

다소 마이너 하긴 하지만, 지난 2020년 8월, ARM 차이나의 이른바 '독자경영 선포' 사건 역시, 현재의 미-중 반도체 전쟁 국면 상황에서 상당히 정치적으로 부담이 되는 사안이 될 것입니다. ARM의 중국 현지법인이기도 한 ARM 차이나는 ARM 본사가 2020년 6월에 단행한 ARM 차이나 최고경영자 (CEO) 앨런 우를 해고하는 인사 조치에 대항해 독자 경영을 선언했는데, 지분율은 중국 51%, 해외 49%인 상황입니다. 원래 ARM 차이나는 중국 현지에서의 영업 본부 정도의 위상이었다가, 어느새 중국 현지 시장에 대응하는 연구개발 조직으로 위상이 격상되던 상황이었습니다. 그런데 앨런 우의 경영상 중범죄에 해당하는 자신의 사적 펀드에 ARM 브랜드나 기업 이익을 이용하는 등의 행위에 대해 앨런 우가 해임 조치를 당하자, 앨런 우를 중심으로 한 ARM 차이나는 ARM의 본사 조치에 항명하며, 중국 정부에 ARM 차이나를 위탁하다시피 한 상황입니다. 업계 일부에서는 이를 중국의 ARM 차이나에 대한 국유화 시도로 해석하기도 합니다. 중국이 만약 앨런 우를 유임시키면서 SMIC 케이스처럼, 실제로 ARM 차이나를 국유화하다시피 한다면, 이는 아마도 ARM 차이나가 보유하고 있는 CPU 설계 IP를 노린 것일 것입니다. 이는 이미 2019년부터 예고되어 2020년부터 본격화되기 시작한 화웨이 살리기의 일환으로 해석되는 행위입니다. 화웨이는 당장 ARM 아키텍처로 CPU를 만들어 자사의 스마트폰을 비롯한 거의 대부분의 모바일 기기를 제작하기 때문에 ARM과의 거래가 중지되면, 2020년 상반기 이후 화웨이의 모든 모바일 기기에 대한 신작 출시가 중지될 정도로 큰 타격을 입습니다. 중국 정부 입장에서는 화웨이를 반드시 살려야 하는데, 마침 자국에 있는 ARM 차이나의 모바일 IP가 있으니, 그것을 탐낼 만도 합니다. 만약 정말 이렇게 중국 정부가 막후에 있는 방식으로 사실상 국유화가 결정된다면, 이는 ARM 차이나는 물론, 중국의 CPU 업체 자체가 이후 전 세계 반도체 칩 시장, 특히 IP 시장에서 퇴출되게 만드는 악수가 될 것임이 뻔하기 때문에, 중국 정부가 생각이 있다면, 그리고 화웨이 사태에서 뭔가 깨달은 것이 있다면, 소탐대실의 악수는 두지 않을 것으로 보이고, 아마도 앨런 우가 해임되고 적절한 처분을 받으면서, ARM 본사, 특히, N사가 지명하는 차기 CEO를 인정하는 수순으로 갈 것으로 보입니다. 만약 이런 시나리오로 흘러가지 않고, 화웨이를 포기할 수 없는 중국 정부가 마침내 마각을 드러내어 미국의 반도체 제재 조치에 본격적으로 대항하기 시작한다면, ARM은 ARM 차이나의 IP를 모두 강탈당하다시피 하는 처지가 될 것이고, 이는 N 사에게도 경영상 커다란 불확실 요소가 될 것입니다. 더구나, N사의 CEO는 젠슨 황이라는 대만계 미국인이라는 사실은, 중화권 반도체 업계의 복잡성을 감안할 때 그 불확실성이 증폭되는 요인으로 화할 가능성은 언제든 존재합니다.

2020년대 미-중 반도체 전쟁으로 전 세계 반도체 시장이 출렁이는 가운데, 모두의 예상을 뛰어넘는 금액으로, 과하다 싶을 정도의 투자를 감행한 N사의 ARM인수가 과연 향후 전 세계 반도체 시장의 변동성을 어떤 방향으로 이끌고 갈 것인지 관심이 쏠릴 수밖에 없습니다. 이미 ARM과 전략적 제휴를 하고 있기도 했던 삼성 입장에서도 굉장히 신경이 쓰일 수밖에 없는 사안일 것입니다. 삼성을 비롯하여 본격적으로 SoC 비메모리 반도체 시장을 노리고 있는 다른 업체들 입장에서도 이는 시장의 본격적인 개편을 의미하기 때문에, 이제 과거 인텔과 AMD로 양분되던 시장은 춘추전국시대가 될 수도, 아니면 진나라의 통일시대가 될 수도, 어느 방향으로 흐를지는 아무도 확언할 수 없습니다. 관건은 N사가 과연 ARM에 투자한 결정이 실제로 시장을 제대로 읽은 것인지, 시장의 변동성이 N사의 경영 능력으로 통제 가능한 범위인지, 그리고 모바일 시장과 AI 데이터 시장의 성장이 지금처럼 충분히 시장의 이해 범위 내에서 지속될 것인지 여부일 것입니다.