AI 열풍에…삼성·TSMC '나노전쟁' 가열

글로벌 파운드리 경쟁
TSMC "3나노 매출비중 2배"
삼성도 3나노 2세대 양산 돌입
美·日 등 팹리스 문의 줄이어
내년 2나노 공정 양산 본격화
GAA 기술력이 승패 가를 듯

세계 최대 파운드리(반도체 위탁생산) 기업인 대만 TSMC의 최선단 공정인 3㎚(나노미터·1㎚는 10억분의 1m) 공정이 생성형 인공지능(AI) 열풍에 고공 행진을 이어가고 있다.

3㎚ 공정 반도체 수요가 급증하면서 글로벌 반도체 기업들의 '나노전쟁'이 본격화하는 양상이다. 이에 2㎚를 넘어 1㎚급 차세대 선단 공정 시장에서 삼성전자·TSMC·인텔의 경쟁이 치열하게 전개될 전망이다.

19일 반도체업계에 따르면 TSMC는 전날 진행한 실적 발표 콘퍼런스콜에서 지난해 4분기 3㎚ 공정 제품 비중이 전체 매출의 15%에 달한다고 밝혔다. 작년 3분기에 3㎚ 공정 비중이 6%에 불과했던 점을 감안하면 매출 비중이 두 배 이상 늘어난 것이다.

3㎚ 공정에 역시 선단 공정에 해당하는 5㎚ 공정의 매출 비중(35%)을 합하면 선단 공정 비중은 50%에 달한다. 이 역시 작년 3분기(43%)에 비해 크게 증가한 수준이다.

TSMC는 2022년 12월 3㎚ 공정 양산을 시작했다. 이처럼 빠른 속도로 3㎚·5㎚ 등 첨단 반도체에 대한 고객 수요가 확대된 것은 단연 생성형 AI 열풍에 따라 고성능 반도체 수요가 급증했기 때문이다.

웨이저자 TSMC 최고경영자(CEO)는 "AI 모델은 더 강력한 반도체 하드웨어로부터의 지원이 필요하고, 이를 위해 첨단 반도체 공정 기술을 사용해야 한다"고 설명했다.

TSMC는 올해 매출이 작년에 비해 20% 이상 늘어날 것으로 예상하고 있다. 올해 본격적인 반등 모멘텀이 형성될 것이라는 시각이다.

현재 글로벌 파운드리업계에서 최선단에 해당하는 3㎚ 공정을 생산하는 기업은 TSMC와 삼성전자 두 곳뿐이다. 삼성 파운드리에도 미국·중국·일본 등지의 팹리스 기업들에서 AI 가속기, AI 주문형 반도체 생산과 관련한 문의가 이어지고 있는 것으로 알려졌다. 2022년 6월 TSMC에 앞서 3㎚ 양산을 시작한 삼성 파운드리는 올해 상반기 3㎚ 2세대 제품 양산에 들어간다는 계획이다.

삼성전자와 TSMC의 진검승부는 두 회사가 내년 양산을 선언한 2㎚ 공정에서 펼쳐질 전망이다.

3㎚ 수율·기술력 면에서 TSMC가 삼성전자보다 한발 앞서 있다는 것이 업계 시각이지만, 2㎚에서는 상황이 다르다. TSMC는 3㎚까지 핀펫(FinFET) 방식을 적용했다. 반면 삼성전자는 3㎚ 공정부터 게이트올어라운드(GAA) 방식을 선제적으로 도입했다. GAA는 전류가 흐르는 채널 4개 면을 감싸 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높인 차세대 트랜지스터 기술로, 채널 3개 면을 감싼 핀펫 방식보다 기술적으로 우위에 있다.

삼성전자는 3㎚ 공정에서 GAA를 도입하며 시행착오를 겪었지만, 선제적인 학습을 바탕으로 2㎚ 공정에서 승부를 보겠다는 전략인 것으로 알려졌다. 2㎚에서 GAA 방식을 처음 적용하는 TSMC로선 이 같은 시행착오를 줄이는 게 관건이 될 수 있다.

TSMC는 오는 4월 대만 북부 신주과학단지 바오산 소재 공장에 2㎚ 공정을 양산하기 위한 장비를 설치하겠다는 계획을 밝히기도 했다.

[최승진 기자 / 성승훈 기자]