'3나노' 레이스 먼저 출발한 삼성..TSMC "곧 따라갈게"

3나노 양산에 참여한 삼성전자 파운드리사업부, 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 주역들이 손가락으로 3을 가리키며 축하하고 있다. [사진 출처 = 삼성전자]

삼성전자가 지난달 말 세계 최초로 '게이트올어라운드(GAA)' 구조를 적용한 3나노 양산에 돌입하면서 파운드리(반도체 위탁생산) 선두 주자인 대만 TSMC와의 경쟁 구도에 관심이 쏠리고 있다.

업계에서는 삼성이 최신 공정 기술을 선제적으로 도입해 추격의 발판을 마련했다는 평가와 기존의 격차를 쉽게 좁히지 못할 거라는 분석이 동시에 나오고 있다.

3일 시장조사기관 트렌드포스에 따르면 TSMC의 올해 1분기 전 세계 파운드리 매출 점유율은 53.6%로, 삼성(16.3%)의 약 3배다. 삼성을 포함해 매출액 10억달러 이상의 파운드리 업체 5곳의 매출을 합쳐도 TSMC보다 적다.

지난 1987년 창업한 TSMC에 비해 삼성은 2017년에서야 파운드리 사업부를 출범했다. 후발 주자치곤 빠르게 성장해 업계 2위에 올랐지만, TSMC와의 점유율 차이는 여전히 크다.

하지만 삼성이 최첨단 공정인 3나노 양산에 먼저 나서면서 추격의 보폭을 넓혔다.

3나노는 전자 회로의 선폭을 3나노미터(nm·10억분의 1m)로 줄인 반도체다. 선폭을 줄여 반도체의 집적도를 높이면 성능과 생산효율이 높아지는데 삼성에 따르면 기존 5나노 반도체 대비 소비 전력은 45% 절감되고, 성능은 23% 향상되는 한편 필요 면적은 16% 줄어든다.

삼성은 3나노를 구현하기 위해 독자 개발한 GAA 구조를 적용했다.

GAA는 반도체에서 전류 흐름을 담당하는 트랜지스터의 성능 저하를 극복하기 위한 구조 설계 기술이다. 트랜지스터는 스위치 역할을 하는 게이트와 전류가 흐르는 채널로 구성되는데 트랜지스터의 크기가 작아질수록 스위치의 전류 제어력이 떨어진다.

GAA는 게이트와 채널의 접촉면을 4개로 늘려 전류 흐름을 더욱 세밀하게 제어할 수 있도록 한다. 기존에 쓰이던 핀펫(FinFET) 구조는 접촉면이 3개에 그쳤다.

삼성전자의 양산을 시작한 3나노 그래픽 이미지. [사진 출처 = 삼성전자]

삼성이 작년까지 확보한 파운드리 고객사는 100곳이 넘는데 오는 2026년까지 고객사를 300곳 이상으로 늘릴 계획이다. 업계는 삼성이 전 세계 최초로 3나노 양산에 뛰어들면서 애플, 인텔, AMD 등의 잠재 고객을 확보해 TSMC와의 격차를 줄일 것으로 보고 있다.

그런데 반대의 목소리도 있다. 새 공정을 도입하면 수율(양품 비율)이 일정 수준에 이르러야 수익으로 이어지기 때문이다.

그간 삼성은 TSMC에 비해 수율이 떨어진다는 지적을 받아왔다. 삼성은 3나노의 수율을 공개하지 않았지만, 업계는 30~40%일 것으로 보고 있다. 시험수율(10~20%) 보다 높은 값이다.

TSMC도 올해 하반기 중 핀펫 기반의 3나노 양산에 착수할 것으로 알려졌다. 시작은 삼성이 빨랐지만 향후 수율을 누가 먼저 끌어 올리느냐에 따라 3나노 레이스의 승자가 결정될 가능성이 크다.

삼성은 시높시스·케이던스 등 파트너사에 3나노 설계 인프라와 서비스를 제공해 반도체 설계·검증 시간을 단축하는 등 수율 향상에 속도를 낼 것이라고 밝혔다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장 사장은 "앞으로 차별화된 기술을 적극 개발하고, 공정 성숙도를 빠르게 높이는 시스템을 구축해 나가겠다"고 밝혔다.

[김우현 매경닷컴 기자]

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