"2나노부터 삼성이 주도"… 기술 우위로 수율 안정화 자신 [삼성, 파운드리 승부수 던졌다]

삼성전자, 2나노 로드맵 첫 공개
GAA로 수율 안정화 노하우 구축
대형고객사 수주물량 확보에 속도
2025년 TSMC·인텔과 정면승부

최시영 삼성전자 파운드리사업부장 사장이 27일(현지시간) 미 캘리포니아주 실리콘밸리에서 열린 '삼성 파운드리 포럼 2023'에서 기조연설을 하고 있다. 삼성전자 제공

삼성전자가 2나노미터(1㎚=10억분의 1m) 이하 공정의 세부 로드맵을 첫 공개한 것은 파운드리(반도체 위탁생산) 초미세공정 기술우위를 확보하겠다는 자신감으로 분석된다. 업계 1위 대만 TSMC에 뒤처진 파운드리 분야의 기술격차를 2나노부터 단숨에 좁히겠다는 구상이다. 또 미국 인텔, 일본 라피더스 등 추격자들이 2나노 전장에 뛰어든 상황에서 모바일·고성능컴퓨팅(HPC)·차량용 등 응용처별로 구체적 양산 시점을 못 박으며 본격적인 시장 주도권 확보에 나섰다는 평가다.

■2나노부터 TSMC 넘는다

28일 관련 업계에 따르면 삼성전자는 초미세공정 기술력에서 TSMC와 대등한 수준으로 올라선 것으로 평가받고 있다.현재 3나노부터 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터 구조를 도입한 파운드리 기업은 삼성전자가 유일하다. GAA는 전류가 흐르는 채널 4개면을 감싸 데이터 처리속도와 전력효율을 높인 차세대 기술이다. 삼성전자는 최대 난관으로 손꼽힌 수율(양품 비율) 안정화에도 성공했다. 현재 안정적 수율을 기반으로 3나노 GAA 1세대(SF3E) 제품을 양산 중인 가운데 내년부터 2세대 공정(SF3) 양산을 시작한다.

삼성전자의 2나노 양산 로드맵은 TSMC를 정면으로 겨냥한 조치로도 분석된다. TSMC는 지난 4월 '북미 기술 심포지엄'에서 2025년 2나노(N2) 양산계획을 발표했다. TSMC N2 공정은 자사 3나노 개선버전인 N3E보다 성능이 10~15% 향상되고, 전력은 25~30% 절감된 게 특징이다. 삼성전자는 지난해 6월 세계 최초로 3나노 양산에 성공했지만 기술 완성도는 여전히 TSMC가 앞서고 있다는 목소리가 높았다. 그러나 삼성전자는 2나노 공정부터는 TSMC와 대등한 기술력을 확보했다고 보고 있다. 삼성전자 2나노 공정은 3나노 대비 성능은 12%, 전력효율은 25% 높이면서도 면적은 5% 줄였다.

업계는 삼성전자가 TSMC를 제치기 위해 빠른 수율 안정화가 필요하다고 본다. 앞서 삼성전자는 7나노 이하 공정 양산 당시 초기 수율개선에 어려움을 겪으며 TSMC에 시장 주도권을 내준 뼈아픈 경험이 있다. 업계는 삼성전자가 성능·전력 소모·비용 등에서 우위를 보이는 GAA 방식을 TSMC보다 먼저 적용한 것을 강점으로 보고 있다. 향후 GAA 2나노 공정 수율도 빠르게 향상시킬 수 있는 노하우를 갖췄다는 것이다.

■대형고객사 확보가 변수

삼성전자는 2나노 기술력을 발판 삼아 대형고객사 수주물량 확보에 속도를 낼 것으로 관측된다. TSMC가 최대 고객사 애플을 비롯해 퀄컴 등 대형 팹리스를 주요 고객사로 확보한 만큼 기술 신뢰도를 높여 물량을 얼마나 가져올 수 있는지가 관건이다. 삼성전자는 오는 2028년에는 2017년 대비 5배 이상 고객사를 확보할 계획이다.

삼성전자는 다양한 고객사 수요를 맞추기 위해 파운드리 서비스도 확대한다. 오는 2025년 컨슈머, 데이터센터, 오토모티브용 8인치 질화갈륨(GaN) 전력반도체 파운드리 서비스를 개시한다.

또 차세대 6세대 이동통신(6G) 선행기술 확보를 위해 5나노 RF 공정도 개발, 2025년 상반기 양산한다. 5나노 RF 공정은 기존 14나노 대비 전력효율 40% 이상 향상, 면적 50% 감소한다.

이종환 상명대 시스템반도체공학과 교수는 "3나노 이하 초미세공정 분야에서 공격적 투자를 단행한 삼성전자가 본격적으로 시장 주도권을 강화하겠다는 의미"라며 "고객사에 대한 기술 신뢰도를 높이는 게 가장 중요하다"고 말했다.