삼성전자가 파운드리 부문에서 글로벌 1위 기업인 TSMC를 따라잡기 위한 로드맵을 공개했다. 최첨단 2나노 공정 기술과 차세대 인공지능(AI) 반도체 핵심 기술을 발판삼아 파운드리 강자로 자리매김하겠다는 것이 핵심이다.
삼성전자는 27일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 열린 '삼성 파운드리 포럼 2023' 행사에서 이같은 내용을 골자로 한 AI 시대를 겨냥한 최첨단 파운드리 공정 로드맵을 발표했다.
최시영 파운드리사업부 사장은 기조연설에서 "고객사들이 AI 전용 반도체 개발에 적극적으로 나서고 있다"며 "삼성전자는 AI 반도체에 가장 최적화된 '게이트올어라운드'(GAA·Gate All Around) 트랜지스터 기술 혁신으로 AI 기술 패러다임의 변화를 주도하겠다"고 밝혔다.
2025년 모바일용을 중심으로 2나노 공정을 양산하고, 2026년 고성능 컴퓨팅(HPC)용, 2027년 오토모티브용 공정으로 확대한다는 구상이다. 1.4나노 공정은 계획대로 2027년 양산할 예정이다. 업계 1위인 TSMC 추격에 속도를 올린 것으로 보인다.
2나노(nm)란 10억분의1m 반도체 회로 선폭을 의미하며, 회로 선폭이 미세화될수록 더 좋은 성능을 내는 반도체를 만들 수 있다. 2나노 공정은 3나노 공정 대비 성능이 12%, 전력효율이 25% 향상된다.
2나노는 파운드리 업체들의 차세대 전장이다. 파운드리 업계 1위 TSMC와 삼성전자, 인텔에 더해 일본 신생 업체 라피더스까지 참전을 예고한 상태다. 현재 가장 앞선 양산 기술은 3나노로, 3나노를 양산 중인 업체는 삼성전자와 TSMC뿐이다.
삼성전자는 지난해 6월 차세대 트랜지스터인 GAA 구조를 적용한 3나노 양산을 시작했다.
GAA 기술은 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 AI 반도체 핵심 기술로, 차세대 파운드리 '게임 체인저'로 평가받고 있다.
현재까지 GAA 트랜지스터 구조를 도입한 파운드리 업체는 삼성전자가 유일하며, TSMC는 2025년 2나노 공정부터 도입할 예정인 것으로 알려져 있다.
지금까지는 파운드리 업력이 짧은 삼성전자가 TSMC에 뒤져 있는 게 사실이지만, 이미 3나노부터 GAA를 적용해 기술적 완성도를 끌어올린 만큼 2나노 공정부터는 TSMC와의 진정한 기술력 경쟁이 시작될 것이란 얘기다.
삼성전자는 AI 반도체에 가장 최적화된 GAA 트랜지스터 기술을 계속 혁신해 나가며 AI 기술 패러다임 변화를 주도하겠다는 전략이다.
삼성전자가 이처럼 미세 공정 경쟁에 사활을 거는 것은 폭발적으로 수요가 늘고 있는 AI 반도체 등 차세대 반도체 시장을 선점하기 위해서다.
챗GPT를 계기로 AI 기술에 대한 관심이 커지고 고성능 반도체에 대한 수요 급증이 예상됨에 따라 TSMC에 주도권을 빼앗기지 않겠다는 의지가 읽힌다.
이와 함께 AI 기술에 필요한 고성능 저전력 GaN(질화갈륨) 전력 반도체 양산을 위한 파운드리 서비스도 2025년부터 시작하기로 했다.
온도·습도로부터 하나의 반도체를 보호하는 패키지 기술도 단순한 보호 기능을 넘어 서로 다른 기능을 하는 두 개 이상의 반도체를 하나의 칩처럼 작동하도록 확대해 나간다는 계획이다.
이를 위해 관련 업체들과 첨단 패키지 협의체 'MDI(Multi Die Integration) 동맹'을 구성해 차세대 패키지 시장을 선도해 나간다는 방침이다.
한편 삼성전자는 이날 제조 시설을 확충해 고객의 주문이 절대 밀리지 않도록 충분히 생산량을 늘리겠다고도 밝혔다.
파운드리 사업은 고객사가 원하는 특정 사양과 품질의 반도체를 적시에 차질 없이 공급하는 게 생명이다. 이 때문에 충분한 생산능력을 갖추는 게 중요한데, 삼성전자의 생산능력은 여전히 TSMC의 절반에도 못 미치는 것으로 알려져 있다.
이런 우려를 불식시키기 위해 삼성전자는 현재 국내 평택과 미국 텍사스주 테일러에 반도체 제조 시설인 클린룸을 선제적으로 짓고 있다. 주문을 받은 뒤 라인을 구축하는 게 아니라, 미리 클린룸을 만들어 두고 주문을 받겠다는 것이다. 계획대로 완공되면 2027년 삼성전자 클린룸의 규모는 2021년 대비 7.3배나 확대된다는 게 회사 측의 설명이다.
시장조사업체 트렌드포스에 따르면 지난 1분기 글로벌 파운드리 시장 점유율은 TSMC가 60.1%로 1위였고, 삼성전자는 12.4%로 2위를 차지했다. 전 분기 점유율은 TSMC 58.5%, 삼성전자 15.8%였으나 격차가 확대됐다.
박찬 기자 cpark@aitimes.com
