삼성, 3나노 파운드리서 대만 TSMC 제쳤다

GAA 기술 적용 세계 최초 양산
이재용, 반도체서 '의지' 드러내

삼성전자 파운드리사업부의 정원철(왼쪽부터) 상무, 구자흠 부사장, 강상범 상무가 화성캠퍼스 3나노 양산라인에서 3나노 웨이퍼를 들어보이고 있다. <삼성전자 제공>

삼성전자가 파운드리(반도체 위탁생산) 분야에서 글로벌 시장 1위 기업인 대만 TSMC를 제치고 세계 최초로 3나노(㎚) 공정 첫 양산에 돌입했다. 2주 전 유럽 출장을 다녀온 뒤 "첫 번째도, 두 번째도, 세 번째도 기술"이라고 외친 이재용 삼성전자 부회장의 초격차 기술 확보에 대한 의지를 반도체가 가장 먼저 보여준 것이다.

삼성전자는 30일 세계 최초로 GAA(게이트올어라운드) 기술을 적용한 3나노 파운드리 공정 기반의 초도 양산을 시작했다고 밝혔다.

고성능 컴퓨팅(HPC)용 시스템반도체를 초도 생산했으며, 이를 모바일 SoC(시스템온칩) 등으로 공정을 확대해 나갈 방침이다.

3나노 공정은 현재 반도체 제조공정 가운데 가장 앞선 기술이다.

특히 차세대 트랜지스터 구조인 GAA 신기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스는 전 세계에서 삼성전자가 유일하다.

GAA 기술은 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 채널 4개면을 게이트가 둘러싸는 형태다. 채널 3개면만 감싸는 기존 핀펫 구조와 비교하면 게이트의 면적이 넓어지기 때문에 공정 미세화에 따른 트랜지스터의 성능 저하를 극복할 수 있다.

삼성전자는 GAA 기술의 적용과 함께 채널을 얇고 넓은 모양의 나노시트 형태로 구현한 독자적 MBCFET(Multi Bridge Channel FET) GAA 구조를 적용했다. 이는 일반적인 나노와이어 GAA 구조에 비해 채널의 크기를 다양하게 변경할 수 있으며, 전류를 더 세밀하게 조절할 수 있어 고성능·저전력 반도체 설계에 걸맞는다는 게 회사측의 설명이다.

GAA 기술은 데이터 처리 속도와 전력 효율이 중요한 차세대 반도체의 핵심 기술로 손꼽히고 있으나 단기간 내 실제로 구현하기 어려울 것으로 전망됐다. 실제로 글로벌 1위 기업인 TSMC조차도 3나노가 아닌 2025년 양산 예정인 2나노 공정에서야 GAA 기술을 도입하기로 한 바 있다.

신기술을 적용한 3나노 제품은 PPA(전력·성능·면적) 기능을 극대화했다. 회사는 이번 3나노 GAA 1세대 공정이 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력을 45% 절감하고, 성능은 23% 향상할 수 있다고 설명했다. 반대로 면적은 16% 줄였다. 더 발전된 GAA 2세대 기술이 적용될 경우 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적 35% 축소될 것으로 회사측은 기대했다.

이번 세계 최초 3나노 파운드리 양산은 이 부회장이 공언해온 '시스템반도체 세계 1위'를 위한 초석이 될 것이라는 기대가 나온다.

앞서 이 부회장은 지난 2019년 '시스템반도체 비전 2030'을 발표하며 "메모리 반도체에 이어 시스템 반도체에서도 확실히 1등을 하겠다"며, 2030년까지 시스템반도체 분야 생산 및 연구개발(R&D) 분야에 133조원을 투자하겠다고 발표한 바 있다.

이 부회장은 이달 7일부터 18일까지 유럽 출장을 마치고 귀국하며 "차세대, 차차세대 반도체 기술이 어떻게 될 지 알 수 있었다"라며 "아무리 생각해도 첫째도 기술, 둘째도 기술, 셋째도 기술이다"고 기술 초격차의 중요성을 강조한 바 있다.

전혜인기자 hye@dt.co.kr