'반도체 불황기' 맞은 삼성·TSMC, 파운드리 3나노 경쟁

기사내용 요약
삼성 3나노 양산 6개월만에 TSMC도 생산 개시
TSMC 유리하지만…삼성 차세대 기술 GAA 관건
반도체 불황 맞아 3나노 이후 경쟁도 가속화 전망

[서울=뉴시스] 이인준 기자 = 삼성전자가 세계 최초로 3㎚(나노미터·10억분의 1m) 기반 파운드리(반도체 위탁생산) 양산을 시작한 지 6개월 만에 업계 1위 대만 TSMC도 양산을 발표하며 치열한 접전을 벌이고 있다.

앞으로 두 업체가 급증하는 고성능·저전력 칩 수요에 대응해 대형 IT기업을 상대로 치열한 고객 확보 경쟁을 벌일 것으로 예상된다.

6개월차 ‘박빙’…3나노 공정 경쟁 본격화

30일 대만 경제일보 등 외신과 TSMC에 따르면 이 회사는 전날 대만 남부 타이난시에 있는 18팹(fab·공장)에서 3나노 제품 양산을 기념하는 공장 증설식을 가졌다. TSMC는 18팹에 대해 8단계에 걸쳐 1조8600억 대만달러(76조원) 이상을 투자하며 이를 통해 1만1300명 이상의 첨단 과학기술인력을 직접 채용할 전망이다.

3나노 공정은 현재 반도체 생산공정에서 가장 앞선 기술로 평가받는다. 반도체는 회로 선폭이 좁을수록 칩의 크기를 더 미세하게 만들 수 있는데, 일반적으로 더 작은 칩이 성능이나 전력 효율면에서 우월하다.

TSMC는 이날 3나노 공정으로 만든 칩은 기존 자사 5나노 공정 대비 전력 효율이 30~35% 개선됐다고 공개했다. 삼성전자도 자사 기준 전력이 45% 절감된다고 밝힌 바 있다.

현재 5나노 이하 최첨단 파운드리 시장은 진입 장벽이 높아 TSMC와 삼성전자 두 회사가 시장을 양분하고 있다. 삼성전자는 지난 6월 3나노 기반 파운드리 양산을 선언하며 세계 최초 3나노 시대의 개막을 알렸다. 이어 TSMC도 양산에 돌입하면서 박빙의 접전을 벌이고 있다.

두 업체 간 기술경쟁이 본격화될 전망인 가운데 누가 고객사를 더 많이 확보할 것인지가 관건이다. 파운드리 산업은 맞춤형 주문생산 방식이기 때문이다.

삼성전자가 TSMC보다 먼저 3나노 제품을 만들기 시작했지만 고객 선점 효과는 아직 미지수다. 반면 TSMC는 오랜 업력을 바탕으로 주요 기업들과 오랜 협력 관계를 쌓아왔다. 지난해 기준 고객 수는 535개사에 달한다. 삼성전자(100개사) 대비 압도적으로 많다. TSMC가 경쟁에서 유리할 것이라는 전망이 우세하다.

[서울=뉴시스] 삼성전자 평택캠퍼스 전경. (사진=삼성전자 제공) 2022.09.07. photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

안정성 ‘핀펫’ vs 효율성 ‘GAA’ 격돌

다만 결과는 두고 봐야 한다는 분석도 나온다. TSMC는 3나노 제품을 기존 5나노와 동일하게 '핀펫(FinFET)' 구조로 생산한다. 반면 삼성전자는 3나노 공정에 세계 최초로 차세대 트렌지스터 구조인 '게이트올어라운드(GAA)'를 도입했다.

두 기술 모두 기존 평면 구조가 가진 전류 누설 한계를 극복하기 위해 도입된 입체 구조인데, 이론상 GAA 구조가 핀펫보다 전류 흐름을 더 세밀하게 제어할 수 있다. 핀펫 기술 노하우를 축적한 만큼 안정성 면에서는 TSMC가 우세하지만 성능면에서는 삼성전자도 무시할 수 없는 상황이다. TSMC는 GAA 구조를 2나노 공정부터 도입할 예정이다.

이런 가운데 반도체업계 불황기를 맞아 고성능·저전력 칩 수요는 앞으로 급격하게 늘어날 수밖에 없어 기술경쟁은 한층 더 치열해질 전망이다.

삼성전자로서는 주력 사업인 메모리가 세계 경기와 밀접해 파운드리 같은 수주형 매출 비중을 늘리는 방향으로 위기 돌파를 모색 중이다. TSMC도 경기 침체로 인해 기존 고객의 주문량이 감소하는 상황에서 첨단 반도체 제조 분야에서 활로를 찾고 있다.

이런 가운데 시장조사기관 옴디아는 3나노 이하 글로벌 파운드리 매출이 올해 39억 달러(한화 약 5조원)에서 2025년 254억 달러(약 33조원)로 6배 이상 증가할 것으로 보고 있다.

삼성전자는 GAA 기반 공정 기술 혁신을 지속해 2025년에는 2나노, 2027년에는 1.4나노 공정을 도입할 계획이다.

TSMC의 경우 미국 애리조나에도 3나노 공정 생산시설을 구축하고 있으며 대만 북서부 신주현과 중부대만과학단지에 차세대 2나노 팹을 준비하고 있다고 밝혔다.

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