"차세대 파운드리, 품질·규모 모두 앞선다"…'AI 시대' 삼성 해법은

100여 개 SAFE 파트너와 최첨단 반도체 개발 생태계 강화
2년 뒤 2나노 양산 후 응용처 확대, 2027년에는 1.4나노 양산
"2025년 3D 기술 GAA까지 확대해 고객 요구에 최적화된 제품 제공"

삼성전자가 4일 삼성동 코엑스에서 개최한 '삼성 파운드리/SAFE 포럼'에 고객과 파트너 1,100여명이 참석한 가운데 딥엑스 김녹원 대표, LX세미콘 고대협 연구소장, 삼성전자 파운드리사업부 최시영 사장, 리벨리온 박성현 대표가 기념촬영을 하고 있다. (왼쪽부터)ⓒ삼성전자

유례없는 반도체 한파가 불어닥쳤지만, 삼성의 파운드리(반도체 위탁생산) 전략을 공유하는 4일 현장 열기는 무척 뜨거웠다. AI(인공지능) 반도체가 미래 시장을 주도 할 '게임체인저'로 부상하면서 이를 정조준한 삼성 로드맵 관심이 그 어느 때 보다 증폭됐기 때문이다.

이날 삼성동 코엑스에서 열린 '삼성 파운드리 포럼 2023'과 'SAFE 포럼 2023'는 팹리스(반도체 설계) 고객, 협력사, 파트너 등 1100여 명이 참석했다. 시작 전부터 파트너 부스와 네트워킹 공간은 참관객들로 인사인해를 이루며 파운드리 포럼에 대한 높은 관심을 드러냈다.

뜨거운 열기 속 가장 먼저 무대에 오른 최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)이 키노트 연설을 통해 포럼 주제인 '경계를 넘어서는 혁신(Innovating Beyond Boundaries)'을 강조하며 AI 반도체 생태계 강화를 위한 삼성 전략을 차례로 공개했다.

최 사장은 반도체 업황에 대해 "세계 경제 회복과 함께 새로운 시장을 기대했지만 복합적인 문제로 시장이 불안정하고 억눌려진 것은 사실"이라며 "경제는 곧 회복될 것으로 믿으며, 중장기적으로 반도체 시장 역시 성장세가 확고할 것이라는 전문가·기관 전망이 있다"고 운을 뗐다.

그러면서 시장 '게임체인저'로 부상한 AI 기술 현황에 대해 소개했다. 그는 AI 시대 처리해야 할 데이터, 문제 난도가 증가하면서 ▲기술 구현 복잡성이 기하급수적으로 증가했고 ▲사용 목적 플랫폼에 따라 요구 특성이 다양화됐으며 ▲데이터센터 중심에서 이동식 기기로 기계의 대수와 종류가 늘어난 점 등을 특징으로 짚었다.

최 사장은 "AI진화에 맞춰 반도체도 혁신이 필요한 시점"이라며 "고객사들은 데이터센터, 자동차, 스타트업 각 분야에 특화된 전용칩 개발에 적극적"이라고 언급했다. 특히 미래차는 자율주행차 기술 경쟁력 확보 위한 연구가 진행되면서 고성능자동차용 반도체 수요가 확실하게 늘어날 것으로 봤다.

이 같은 시장 변화에 발 맞춰 삼성 파운드리 역시 고객 요구에 맞춘 다양한 솔루션을 제공하고 있다고 강조했다.

먼저 최선단 기술인 GAA(게이트 올 어라운드·Gate All Around) 기술을 언급했다. GAA 기술은 게이트의 면적이 넓어지며 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 반도체 핵심 기술로, 기존 트랜지스터 구조인 핀펫(FinFET)의 한계를 극복할 수 있는 차세대 파운드리 게임 체인저로 거론된다.

최 사장은 "GAA는 AI 개발 저해요소인 에너지 효율 문제 해결할 수 있으며, 성능도 극대화할 스트럭처를 갖고 있다. 높은 성능을 낮은 전력에서 구현하는 AI 반도체에 최적화된 솔루션"이라며 "2025년에는 3D 기술을 GAA까지 확대해 고객 요구에 최적화된 제품을 만들 수 있도록 차별화된 서비스를 지원하겠다"고 했다.

삼성전자가 4일 삼성동 코엑스에서 개최한 '삼성 파운드리/SAFE 포럼'에 고객과 파트너 1,100여명이 참석한 가운데 최시영 사장이 기조연설을 하고 있는 모습ⓒ삼성전자

이같은 계획이 적기에 실현될 수 있도록 차세대 반도체 설계에 필요한 설계자산(IP) 파트너와의 협업을 지속 추진하고 있다고 밝혔다.

최 사장은 "HPC·차량용 핵심인 IP를 선제 발굴해 다양한 IP 협력사들과 준비중"이라고 언급했다. 다양한 협력을 통해 AI, HPC(고성능컴퓨팅), 오토모티브 고객의 광범위한 요구에 대응하겠다는 방침이다.

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

기술 개발과 더불어 수요에 탄력적으로 대응할 수 있도록 생산능력도 확충한다. 삼성전자는 시장과 고객 수요에 신속하고 탄력적으로 대응하기 위해 평택과 테일러에 반도체 클린룸을 선제적으로 건설하고 있다. 이로써 2027년 클린룸의 규모는 2021년 대비 7.3배 확대된다.

삼성전자는 올해 하반기 한국 평택 3라인에서 모바일 등 다양한 응용처의 파운드리 제품을 본격 양산할 계획이다. 또 현재 건설중인 미국 테일러 1라인을 계획대로 올해 하반기 완공하고, 내년 하반기 본격 가동할 예정이다.

평택과 테일러에 이어 국가산업단지로 조성중인 용인으로 생산거점을 확대해 나갈 계획이다.

최 사장은 "생산능력 확충은 계획대로 추진중이다. 고성능 칩에 대한 자동차 수요에 맞춰 다양한 스페셜티 기술을 보유하고 있다. 삼성 파운드리 12인치 28나노 부터 GAA 적용한 최선단 공정 2나노 기반의 공정도 준비중"이라고 말했다.

이어 "삼성 파운드리 '셀 퍼스트' 성공 추진 위해서는더 많은 노력이 필요하고 준비돼야 한다. 기존 기흥, 평택, 화성 오스틴 외에 미국 테일러 사이트는 계획대로 진행중이다"라며 "2030년 이후 미래 팹 사이트를 용인에서 지금부터 준비할 계획"이라고 설명했다.

이 밖에도 삼성은 스케일링 확보 위한 차세대 연구개발 단지를 기흥에, 어드밴스트 패키징 기술 개발을 위해 일본에 연구소를 준비중이다. 첨단 패키징 기술 역량 확보를 위해 지난해 12월 DS(반도체사업)부문 내 AVP(어드밴스드 패키징) 사업팀을 신설하기도 했다.

최 사장은 "삼성 파운드리 3D 설계 표준 방법론을 통해 고객들에게 검증되고 편리하며 경쟁력 있는 가치를 제공하겠다. 핵심가치 지키며 기술 확보에 역량을 집중하겠다"고 말했다.

국내 주요 팹리스 기업들과의 AI·저전력 반도체 분야 성과 소개

한편 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.

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