승부처는 '2나노'로 정했다…삼성, GAA·BSPDN 쌍포로 TSMC 추격

'삼성 파운드리 포럼 2024'서 전략 공개…"차세대 후면전력공급기술 2027년 2나노 적용"
3나노 이어 내년 2나노에도 GAA 적용…메모리 등 턴키 서비스로 차별화 전략까지

최시영 삼성전자 파운드리 사업부 사장이 12일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 열린 '삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)'에서 기조연설을 하고 있다. (삼성전자 제공) 2024.6.13//뉴스1 ⓒ News1 김진환 기자

(서울=뉴스1) 한재준 기자 = 삼성전자(005930)가 오는 2027년까지 후면전력공급기술(BSPDN)을 적용한 2나노미터(㎚·10억분의 1m) 공정 양산 준비를 끝내겠다는 로드맵을 공개했다. 인공지능(AI) 산업 발전으로 파운드리(반도체 위탁생산) 시장에서 3나노 이하 선단공정 비중이 커지는 만큼 2나노에서 TSMC와의 격차를 좁히겠다는 의지다.

삼성전자는 12일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 열린 '삼성 파운드리 포럼 2024'에서 이 같은 내용의 파운드리 전략을 발표했다.

세계 파운드리 2위인 삼성전자는 시장 점유율을 확대하기 위한 승부처를 2나노 공정으로 보고 차세대 기술인 BSPDN을 적용한 2나노 공정(SF2Z) 개발을 2027년까지 완료하겠다고 밝혔다.

경쟁자인 TSMC와 인텔이 1나노 로드맵을 앞당기며 나노 경쟁에 불을 지피고 있지만 삼성전자는 2나노 로드맵을 구체화하는 전략을 택했다. 3나노 이후 수요가 늘어날 2나노에서 점유율을 확대하겠다는 의도로 보인다.

시장조사업체 옴디아에 따르면 2023년부터 2026년까지 전체 파운드리 시장 연평균 성장률은 12.9%인 반면 3나노 이하 시장은 연평균 65.3% 급성장할 것으로 전망된다.

BSPDN은 전류 배선층을 웨이퍼 후면에 배치해 전력과 신호 라인의 병목 현상을 개선하는 고난도 기술로 아직 상용화하지 않았다.

지금은 반도체 전기회로와 전력선이 모두 웨이퍼 위에 배치돼 미세공정의 난도가 높아지고 불량을 유발하는 회로 간섭도 발생하는 문제가 있다. BSPDN으로 전력선을 웨이퍼 뒷면에 배치하면 이 같은 문제가 해결돼 데이터와 전력 전송 효율을 높일 수 있다.

TSMC는 2026년 양산을 계획 중인 1.6나노에, 인텔은 연내 양산을 준비 중인 2나노에 BSPDN을 적용한다는 계획이다.

GAA를 활용한 삼성전자의 2나노 공정.(삼성전자 제공) ⓒ News1 한재준 기자

삼성전자는 BSPDN 기반 공정과 함께 내년 양산을 시작하는 2나노에 게이트올어라운드(GAA) 기술도 적용할 계획이다. 내년 모바일 애플리케이션용 2나노 공정을 시작하고 2026년에는 고성능컴퓨팅(HPC)·AI, 2027년에는 BSPDN이 적용된 HPC·AI 애플리케이션 2나노 공정 양산을 시작한다는 계획인데 이 같은 2나노 로드맵에 순차적으로 GAA 기술이 적용된다.

GAA는 전류가 흐르는 채널 4개 면을 감싸는 공법으로 기존 핀펫 공법보다 데이터 처리속도와 전력효율이 높다. 삼성전자가 지난 2022년 3나노 공정에 최초 도입한 바 있으며 TSMC도 2나노에 적용하겠다고 발표했다.

삼성전자는 3나노부터 GAA를 양산한 노하우를 바탕으로 GAA 2나노로 TSMC를 추격한다는 방침이다. 올해 하반기에는 GAA 2세대 3나노 공정 양산도 시작한다.

삼성전자는 "GAA 공정 양산 규모는 2022년 대비 꾸준히 증가하고 있다"며 "선단공정 수요 성장으로 인해 향후 큰 폭으로 확대될 전망"이라고 밝혔다.

삼성전자의 파운드리 선단공정 로드맵.(삼성전자 제공) ⓒ News1 한재준 기자

1나노 공정 로드맵도 계획대로 진행한다. 앞서 삼성전자는 2027년 1.4나노 공정 양산을 시작한다고 밝혔다. TSMC의 로드맵과 같다. 삼성전자는 1.4나노 공정과 관련해 "목표한 성능과 수율을 확보하고 있다"고 설명했다.

삼성전자는 TSMC와의 격차를 좁히기 위해 턴키(일괄수주) 서비스도 강화하기로 했다. 최첨단 패키징 공정인 칩온웨이퍼 온서브스트레이트(CoWos)를 앞세운 AI 칩 수요를 빨아들이는 TSMC에 맞서기 위한 차별화 전략이다.

트렌드포스에 따르면 올해 1분기 TSMC와 삼성전자의 점유율 격차는 50.7%포인트(p)로 전분기보다 확대됐다.

삼성전자는 파운드리·패키징은 물론 첨단 메모리 반도체 생산 능력을 갖춘 만큼 고객 맞춤형 서비스로 TSMC를 저지하겠다는 계획이다. 삼성전자는 AI 솔루션 턴키 서비스를 기반으로 칩 개발부터 생산까지 걸리는 시간을 약 20% 단축할 수 있다고 발표했다.

삼성전자는 GAA 공정과 턴키 서비스를 앞세워 오는 2027년까지 파운드리 사업에서 모바일 외 제품군 매출 비중을 50% 이상 높인다는 계획이다. 실제로 삼성전자의 올해 AI 파운드리 수주는 지난해보다 80% 증가했다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 이날 기조연설에서 "삼성전자는 AI 반도체에 최적화된 GAA 공정 기술과 적은 전력 소비로도 고속 데이터 처리가 가능한 광학 소자 기술 등을 통해 AI 시대에 고객들이 필요로 하는 원스톱(One-Stop) AI 솔루션을 제공할 것"이라고 밝혔다.

hanantway@news1.kr