샤오미가 자체 개발 칩 '쉬안제(玄戒·Xuanjie)'를 앞세워 스마트폰을 넘어 인공지능(AI)과 자동차까지 아우르는 반도체 생태계 구축에 속도를 내고 있다. 샤오미는 지난해 플래그십 모바일 SoC 시장에 다시 도전한 데 이어 올해 차세대 모바일 칩과 AI 가속칩, 자율주행 칩을 동시에 공개하며 자체 칩 전략 외연을 크게 넓혔다.
샤오미는 지난 24일 열린 쉬안제 칩 기술 커뮤니케이션 행사에서 플래그십 스마트폰용 '쉬안제 O3', 온디바이스 대규모언어모델(LLM)을 위한 AI 가속칩 '쉬안제 O100', 자동차용 고성능 자율주행 칩 '쉬안제 D100' 등 3종의 자체 개발 칩을 공개했다. 샤오미는 O3를 차세대 대화면 폴더블 스마트폰 '샤오미 18 폴드'에 처음 탑재하고 9월 정식 출시할 예정이다. O100과 D100은 개발을 마쳤으며 내년 상용화를 추진한다.
샤오미는 2021년 대규모 칩 개발을 재개하면서 최소 10년간 500억위안(약 9조7000억원)을 투자하겠다는 장기 계획을 세웠다. 2025년 4월 기준 쉬안제 관련 누적 연구개발 투자액은 135억위안(약 2조6000억원)을 넘어섰다. 샤오미는 쉬안제 O1을 통해 자체 플래그십 SoC 상용화 가능성을 확인했으며, O1을 탑재한 스마트폰과 태블릿 누적 출하량도 100만개를 넘어섰다고 밝혔다.
샤오미는 쉬안제 O3에서 단순히 CPU와 GPU 성능을 높이는 데 그치지 않고 SoC 전체 구조를 다시 설계했다. O3는 O1과 동일하게 3나노 공정을 적용하지만 트랜지스터 수를 190억개에서 240억개로 늘렸으며, 칩 면적은 약 133㎟에 달한다. 샤오미는 성능과 전력 효율을 확보하기 위해 칩 크기와 비용을 무리하게 줄이기보다 충분한 설계 공간을 확보하는 방식을 택했다.
샤오미는 CPU 구조도 크게 바꿨다. O1이 Cortex-X925와 A725, A520을 조합한 10코어 구조였다면 O3는 Arm의 최신 C1 계열 IP를 기반으로 6개의 초대형 코어와 4개의 대형 코어를 조합한 10코어 풀 빅코어 구조를 채택했다. 최대 클록은 4.35GHz이며, 샤오미는 CPU 성능이 O1보다 60% 향상되고 중·저부하 상황에서 전력 소비는 25% 감소했다고 설명했다.
GPU 역시 샤오미가 크게 강화한 부분이다. O3는 16코어 G2-Ultra NX GPU를 처음 적용하며 그래픽 성능은 O1 대비 85% 높이고 전력 소비는 64% 낮췄다는 것이 샤오미의 설명이다. 샤오미가 공개한 안투투 V11 점수는 522만8014점에 달했지만 저온 실험실 환경에서 측정된 수치인 만큼 실제 스마트폰에서는 발열과 전력 제한, 지속 부하에 따라 성능이 달라질 가능성이 있다.
샤오미는 O3에서 메모리와 칩 내부 데이터 처리 구조에도 상당한 공을 들였다. O3는 업계 최초로 LPDDR6를 지원하며 최대 1만667Mbps의 메모리 속도를 구현한다. 4×24비트, 총 96비트 메모리 인터페이스를 통해 메모리 대역폭은 113.8GB/s로 O1보다 48% 증가했다.
샤오미는 이를 위해 '통합 융합 버스 아키텍처'도 새롭게 적용했다. 샤오미에 따르면 이 구조는 칩 내부의 데이터 경로를 통합해 프로토콜 변환에 따른 오버헤드를 최대 75% 줄인다. CPU와 GPU, NPU, ISP, 메모리 컨트롤러 등이 동시에 데이터를 주고받아야 하는 AI 시대에는 연산 성능뿐만 아니라 데이터 이동 효율이 전체 시스템 성능을 좌우한다. 샤오미가 O3를 'AI 플래그십 SoC'라고 규정한 것도 이러한 설계 방향과 맞닿아 있다.
샤오미는 이제 쉬안제를 스마트폰용 칩에 한정하지 않는다. 샤오미가 공개한 O100은 온디바이스 대규모언어모델(LLM)에 특화한 AI 가속칩이다. 샤오미는 6나노 웨이퍼급 수직 적층과 하이브리드 본딩 기술을 활용해 연산과 저장장치를 가깝게 배치했으며, 메모리 대역폭을 1.22TB/s까지 끌어올렸다. 이는 기존 플래그십 스마트폰 약 16배에 해당하는 수준이다. 샤오미는 온디바이스 LLM 추론 속도가 최대 330TPS에 이를 수 있다고 설명했다.
샤오미는 자동차 시장을 겨냥한 쉬안제 D100도 공개했다. D100은 3나노 공정을 기반으로 20코어 고성능 CPU와 16코어 NPU를 탑재했으며 최대 160GB 메모리를 지원한다. 샤오미는 로컬 환경에서 최대 2000억 파라미터 규모의 대형 모델을 구동할 수 있도록 설계했다고 밝혔다.
샤오미가 O3, O100, D100을 동시에 선보인 것은 자체 칩 전략이 새로운 단계에 들어섰음을 보여준다. O3가 스마트폰과 태블릿 등 모바일 기기의 범용 연산을 담당한다면 O100은 온디바이스 AI, D100은 자동차의 자율주행과 AI 연산을 담당한다. 서로 다른 컴퓨팅 환경에 맞춘 칩을 별도로 개발하면서 샤오미는 쉬안제를 하나의 칩 제품이 아니라 다양한 기기를 연결하는 컴퓨팅 플랫폼으로 확장하고 있다.
샤오미의 이러한 움직임은 자체 AI 모델과 운영체계(OS) 전략과도 연결된다. 샤오미는 AI, OS, 칩을 장기적인 핵심 기술로 보고 있으며, 자체 LLM 'MiMo'와 OS '샤오미 하이퍼OS'를 함께 발전시키고 있다. 샤오미가 칩과 OS, AI 모델을 동시에 확보하면 특정 AI 모델에 필요한 연산 기능을 칩 설계 단계에서 최적화하고, 높은 메모리 대역폭이 필요한 AI 작업에 맞춰 메모리 구조를 조정할 수 있다. AI 에이전트의 지속적인 실행을 위해 칩의 전력 관리와 OS 백그라운드 정책을 함께 설계하는 것도 가능해진다.
샤오미는 이 같은 기술 통합을 실제로 검증하기 위해 O3, O100, D100을 한꺼번에 탑재한 'AI Cube' 엔지니어링 머신도 선보였다. 상용 제품으로 출시할 계획은 없지만 세 종류의 칩이 서로 다른 컴퓨팅 작업을 분담하면서 하나의 AI 시스템을 구성할 수 있는지를 확인하기 위한 기술 검증 플랫폼이다.
결국 샤오미가 쉬안제를 통해 노리는 것은 스마트폰 SoC 시장에서 단순한 점유율 확대가 아니다. 샤오미는 스마트폰을 비롯해 태블릿, 가전, 자동차, 로봇 등 '사람·자동차·집'으로 이어지는 전 생태계에서 자체 AI 연산 능력을 확보하려 하고 있다.
다만 샤오미 전략이 실제 성과로 이어질지는 아직 지켜봐야 한다. 쉬안제 O3 발표 성능이 양산 스마트폰에서 어느 정도 유지될지, O100과 D100이 실제 상용 제품에 얼마나 빠르게 적용될지, 그리고 자체 칩 개발에 투입되는 막대한 비용을 장기적으로 감당할 수 있을지는 아직 검증되지 않았다.
그럼에도 샤오미 방향은 분명하다. O1이 샤오미가 다시 플래그십 SoC 시장에 진입할 수 있다는 가능성을 보여줬다면, O3와 O100, D100은 샤오미가 자체 칩을 AI와 자동차까지 확장하는 핵심 기술 기반으로 만들고 있음을 보여준다. 샤오미가 쉬안제와 하이퍼OS, MiMo를 하나의 기술 체계로 묶어낼 수 있다면 자체 칩은 더 이상 스마트폰의 부품에 머무르지 않는다. 샤오미가 그리는 '사람·자동차·집' 전 생태계의 AI 컴퓨팅 기반에서 쉬안제가 핵심 역할을 맡게 될 가능성이 커지고 있다.
※전자신문과 36케이알이 공동 기획한 기사입니다.
김현민 기자 minkim@etnews.com
