'TSMC 추격조 등판' 삼성전자, 세계 최초로 3 나노 반도체 양산
고객/수익률 확보가 핵심입니다…"충분한 수율 달성" 삼성전자가 세계 최초로 '게이트 올 어라운드'(GAA) 기술을 적용한 3 나노( processᅵ·나노미터) 파운드리 공정을 기반으로 초기 양산에 돌입했다. 1987년 설립돼 35년 역사를 자랑하는 삼성전자는 파운드리 시장 1위인 대만 TSMC에 비해 2017년 독립사업부로 승격해 5년 이상 기술 우위를 점하고 있습니다. 삼성전자는 3 나노 파운드리 공정을 '게임 체인저'로 삼아 1위를 노린다는 전략입니다. 30일 삼성전자에 따르면 3 나노 공정은 반도체 제조 공정 중 가장 앞선 기술이며, 특히 삼성전자는 전 세계에서 유일하게 새로운 GAA 기술을 활용한 3 나노 공정 파운드리 서비스를 시작합니다.
GAA는 반도체를 구성하는 트랜지스터에 전류가 흐르는 4개의 '채널'과 스위치 역할을 하는 '게이트'가 4개의 만능 표면을 둘러싸고 있는 구조로 이루어져 있습니다. 기존 5 나노 핀펫 공정이 상·좌·우 3개 표면만 커버하는 것과 비교해 전력은 45% 줄이고 성능은 23% 향상했습니다. 면적도 16% 감소하여 보다 효율적으로 사용할 수 있습니다. 보다 발전된 GAA 2세대 공정에 비해 전력은 50%, 성능은 30%, 면적은 35% 감소할 것으로 예상됩니다. 삼성전자는 효율적이고 신속한 칩 설계와 검증을 위한 파트너십을 시작한다고 발표했습니다. 이른바 삼성첨단재단 생태계(SAFE) 협력사와 함께 3나노 공정 기반의 반도체 설계 인프라와 서비스를 제공해 고객이 제품 완성도를 빠르게 높일 수 있도록 시스템을 강화할 계획입니다.
삼성전자, 세계 최초로 GAA 기술 3 나노 양산 시작
‘파운드리 1위’ 대만 TSMC보다 기술적 우위 점해
"Sikhix는 삼성전자와 장기적이고 전략적인 협력을 유지하고 있습니다. Sangka Krishnamutis는 "삼성전자와 GAA 기반의 3나노 협력은 Sikhix의 디지털 디자인, 아날로그 디자인, IP 제품 등으로 지속적으로 확장하여 주요 고성능 컴퓨팅 애플리케이션에 차별화된 SoC를 제공할 것"이라고 말했습니다.
삼성전자가 파운드리 시장을 적극적으로 공략하는 것은 성장 가능성이 높기 때문입니다. 시장조사기관 옴 디아에 따르면 삼성전자 파운드리 사업부의 2021년 매출은 약 169억달러로 2018년 대비 연평균 약 13%의 성장세를 이어가고 있습니다. 이는 같은 기간 주조 공장 시장의 연평균 성장률(12%) 보다 높은 수치입니다. 주조 공장 고객 수도 2017년 30명에서 지난해 100명 이상으로 4년 만에 3배 이상 증가했습니다. 삼성전자 관계자는 "2026년까지 300곳 이상을 확보하는 것이 목표"라고 말했습니다. 이재용 삼성전자 부회장은 최근 유럽 출장을 마치고 돌아와 "첫 번째는 기술, 두 번째는 기술, 세 번째는 기술"이라고 강조했습니다. 특히 이번 3 나노 대량생산은 파운드리 시장에서 압도적인 1위 자리를 차지하고 있는 TSMC에 비해 기술적 우위를 점하고 있다는 점에서 의미가 큽니다. TSMC는 올해 하반기에 GAA가 아닌 기존 핀펫 기반 3 나노 반도체를 양산할 계획입니다. 옴 디아에 따르면 지난해 기준 세계 파운드리 시장 매출에서 TSMC가 49.5%를 차지했고 삼성전자(16.3%), UMC(7.3%), 글로벌 파운드리(5.8%), SMIC(4.8%) 순이었다.
기존 핀펫 기술 대비 전력·면적 줄이고 성능 높아져
결국 삼성전자의 최우선 과제는 추가 고객 확보로 시장 점유율을 확보하는 것입니다. 현재 글로벌 팹리스(생산시설 없는 반도체 설계 전문기업) AMD와 퀄컴이 3 나노 파운드리 고객사로 거론되고 있습니다. 특히 지난달 조 바이든 미국 대통령이 삼성전자 평택공장을 방문했을 때도 크리스티아누 아몬 퀄컴 최고경영자(CEO)가 동행해 3 나노 반도체를 직접 점검하기도 했습니다.
충분한 수익률 확보도 관건입니다. 예를 들어, 수율이 60%이면 10개의 제품이 생산되고 4개의 제품이 거부된다는 의미입니다. 삼성전자는 기존에는 4 나노 공정 수율에서 TSMC보다 열세라는 평가를 받았지만, 3 나노 공정 수율이 크게 개선된 것으로 알려졌습니다. 삼성전자 관계자는 "구체적인 수율을 밝힐 수는 없지만 원활한 공급이 가능하다고 판단되는 수준까지 올랐다"라고 말했습니다.
최시영 삼성전자 파운드리 사업부 사장은 "삼성전자가 세계 최초로 '하이-K 메탈 게이트'와 핀펫, EUV 등 신기술을 선제적으로 선보이며 급성장하고 있다"라고 말했습니다.