"AI 반도체 우리가 강자"…글로벌 시장 주도할 삼성 파운드리 필승 전략은

100여 개 SAFE 파트너와 최첨단 반도체 개발 생태계 강화
올해 4나노 MPW 3회 제공, 2024년 MPW 총 횟수 10% 이상 확대
2025년 2나노 양산 후 응용처 확대, 2027년에는 1.4나노 양산

삼성전자가 27일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 개최한 '삼성 파운드리 포럼 2023'에서 삼성전자 파운드리사업부 최시영 사장이 기조연설을 하고 있다.ⓒ삼성전자

경계를 넘어서는 혁신(Innovating Beyond Boundaries). 삼성전자가 4일 삼성동 코엑스에서 '삼성 파운드리 포럼 2023'과 'SAFE 포럼 2023'을 개최하며, AI 반도체 생태계 강화를 위한 삼성전자 파운드리 전략을 공개했다.

100여개가 넘는 파트너사와 다각적인 협력을 통해 2027년까지 고성능 컴퓨팅(HPC), 인공지능(AI)으로 응용처를 단계별로 확대하고, 2027년에는 1.4나노 공정을 계획대로 양산하겠다는 로드맵을 분명히 했다. 이를 통해 AI 시대 패러다임을 주도해 나가겠다는 목표다.

SAFE 파트너와 함께 최첨단 2나노 제품 설계 인프라 발전시켜

삼성전자는 'SAFE 포럼'에서 100여 개의 파트너와 함께 '고객의 성공'이라는 공동 목표를 제시하며, 'PDK Prime' 솔루션 등 8인치부터 최첨단 2나노 GAA 공정까지 팹리스 고객의 최첨단 제품 설계 인프라를 발전시키기 위한 다양한 방법을 공유했다.

2023년 파트너사는 EDA(23개), OSAT(10개), DSP(9개), 클라우드(9개), IP(50개)다. PDK(Process Design Kit)는 반도체(공정) 설계 지원 키트를 말한다.

특히 PDK 사용 편의성을 강화해 고객의 효율적 제품 설계를 지원하는 'PDK Prime' 솔루션을 올해 하반기부터 2나노, 3나노 공정 팹리스 고객에게 제공하며 향후 8인치와 12인치 레거시(Legacy) 공정으로 확대할 계획이다.

삼성전자는 제품 설계 시간을 단축할 수 있는 3개 항목과 설계 정확도를 높일 수 있는 2개 항목, 또 PDK 사용 편의성을 강화한 2개 항목을 PDK Prime에 구현했다.

PDK Prime 항목 중 SDVC(Static Device Voltage Checker)는 트랜지스터, 저항, 캐패시터 등 반도체 내부 소자의 전압이 규격 안에서 설계 됐는지를 10분 이내 확인할 수 있는 기능으로 기존 대비 90% 이상의 정격 전압 오류 검사 시간을 단축할 수 있다.

삼성 파운드리 포럼 2023 키노트 연설.삼성전자 반도체 홈페이지 캡처

국내 주요 팹리스 기업들과의 AI·저전력 반도체 분야 성과 소개

이번 포럼에는 국내 주요 팹리스 기업인 LX세미콘, 리벨리온, 딥엑스(DeepX) 등이 세션 발표자로 참가해 삼성전자 파운드리 공정을 통해 AI·저전력 반도체를 개발한 성과를 소개했다.

국내 최대 팹리스 기업인 LX세미콘의 고대협 연구소장은 "대형화, 고해상도, 고화질, 고주사율을 요구하는 동시에 전력 소모량이 적은 제품을 찾는 최근 디스플레이 시장의 니즈를 충족하기 위해 삼성전자 파운드리와 8인치 협력을 강화하고 향후 12인치까지 협력을 확대할 계획"이라고 밝혔다.

AI 팹리스 기업인 리벨리온의 박성현 CEO는 "삼성전자 파운드리 5나노 공정에서 제작된 AI 반도체 아톰(ATOM)이 업계 최고 수준의 GPU 성능과 동급 NPU 대비 최대 3.4배 이상의 에너지 효율을 보인다"고 강조했다.

또 다른 AI 팹리스 기업인 딥엑스의 김녹원 CEO는 "다양한 엣지 및 서버 AI 응용 분야에 적합한 고성능 저전력 AI 반도체 4종(DX-L1, DX-L2, DX-M1, DX-H1)을 삼성전자 파운드리 5나노, 14나노, 28나노 공정을 통해 개발했다"고 말했다.

삼성전자가 27일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 개최한 '삼성 파운드리 포럼 2023'에서 고객과 파트너가 대화를 나누고 있다.ⓒ삼성전자

MPW 서비스 확대로 국내외 시스템 반도체 설계 역량 강화

삼성전자는 최첨단 MPW 서비스 현황과 계획, 국내외 시스템 반도체 연구개발 생태계 강화 방안을 공개했다.

MPW(Multi Project Wafer)는 다품종 소량 생산을 위한 파운드리 형태로, 한 장의 웨이퍼에 다른 종류의 반도체 제품을 함께 생산하는 방식을 말한다.

삼성전자는 AI, 고성능 컴퓨팅, 모바일 제품 설계에 활용 가능한 첨단 4나노 공정의 MPW 서비스를 지난 4월 처음 시작했으며, 8월과 12월에 걸쳐 올해 세 차례 지원한다.

2024년에는 4나노를 비롯한 MPW 서비스를 올해보다 10% 이상 제공하는 등 국내외 팹리스 고객의 시제품 제작 기회를 지속 확대할 계획이다.

삼성전자는 국내외 대학과의 연구개발 협력도 확대하며, 시스템 반도체 설계 역량 강화에 나선다.

삼성전자는 2021년부터 한국과학기술원(KAIST) 반도체설계교육센터(IDEC)에 28나노 로직(Logic) 공정 MPW 서비스를 무상으로 제공하고 있으며, 올해 하반기부터 협력 범위를 FD-SOI 공정으로 확대하는 등 2021년부터 2026년까지 28나노 MPW 서비스를 총 15회 무상 제공해 600개 반도체 제작을 지원한다.

FD-SOI(완전공핍형 실리콘 온 인슐레이터)는 실리콘 웨이퍼 위에 전기가 통하지 않는 절연막(SiO2)을 형성하고 그 위에 트랜지스터를 구성하는 기술로 트랜지스터 동작시 발생하는 누설 전류를 크게 줄일 수 있다.

삼성전자는 국내 대학과의 추가 협력을 통해 미래 반도체 기술과 인재 양성, 혁신 생태계 구축을 적극 추진한다. 또 국내 대학에 제공 중인 14나노 MPW 공정을 해외 대학에도 제공할 계획이다.

삼성전자가 27일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 개최한 '삼성 파운드리 포럼 2023'에서 삼성전자 파운드리사업부 최시영 사장이 기조연설을 하고 있다.ⓒ삼성전자

최첨단 공정 응용처 HPC·AI로 확대, 고객 수요 탄력적 대응 위한 전략 공개

삼성전자는 2025년 모바일을 중심으로 2나노 공정 양산을 시작해 2027년까지 고성능 컴퓨팅(HPC), 인공지능(AI)으로 응용처를 단계별로 확대하고, 2027년에는 1.4나노 공정을 계획대로 양산한다.

최첨단 패키지 협의체 MDI(Multi Die Integration) Alliance도 출범해 비욘드 무어(Beyond Moore) 시대를 주도하겠다는 포부를 공유했다.

삼성전자는 2023년 하반기 평택 3라인에서 파운드리 제품을 양산하고 2024년 하반기 테일러 1라인 가동, 2025년 8인치 GaN(질화갈륨) 전력반도체 파운드리 서비스 시작 등 고객 수요에 탄력적으로 대응하기 위한 전략도 밝혔다.

GaN(질화갈륨)은 차세대 전력반도체로 실리콘(Si) 반도체의 한계를 극복해 시스템의 고속 스위칭과 전력 절감 극대화가 가능하다.

삼성전자 파운드리사업부 최시영 사장은 '삼성 파운드리 포럼 2023' 기조연설에서 "AI 적용 분야가 빠르게 확산되고 있고, 특히 다양한 개별 서비스에 특화된 엣지(Edge)의 폭발적인 성장이 예상된다"며 "삼성전자는 고성능 AI 반도체에 특화된 최첨단 공정과 차별화된 스페셜티 공정, 그리고 글로벌 IP 파트너사와의 긴밀하고 선제적인 협력을 통해 AI 시대 패러다임을 주도해 나가겠다"고 말했다.

삼성전자는 삼성 파운드리 포럼을 올해 하반기에 유럽과 아시아 지역에서도 개최할 계획이다.