삼성 반도체의 절치부심…차세대 2나노 칩에서 TSMC 제친다

삼성전자 평택 2라인 전경. <사진 제공=삼성전자>

삼성전자가 차세대 파운드리 경쟁에서 승기를 잡기 위해 꺼내든 전략 카드가 ‘게이트올어라운드(GAA)’다. 삼성전자가 테슬라와 약 23조원 규모의 대형 수주 계약을 체결한 것도 GAA 기반 기술에 대한 시장 신뢰 회복의 신호탄으로 해석된다.

GAA는 반도체 트랜지스터의 전류 통로인 채널을 네 면에서 게이트가 감싸는 구조다. 기존 핀펫(FinFET) 방식보다 전력 누설을 효과적으로 억제할 수 있다. 성능 향상과 전력 효율 개선을 동시에 기대할 수 있는 차세대 트랜지스터 기술로, 3나노 이하 초미세 공정의 핵심으로 주목받고 있다.

삼성전자는 2022년 세계 최초로 3나노 GAA 공정 양산에 나서며 기술 선도 이미지를 구축했다.

하지만 초기 수율 문제로 인해 실제 고객 확보에 어려움을 겪었다.

반면 TSMC는 핀펫 구조를 유지한 3나노 공정을 먼저 양산하며 수율 안정에 집중했다. 애플, AMD 등 주요 고객사를 확보하며 양산 기반을 다졌다.

삼성전자의 3나노 ‘좌절’과 TSMC의 ‘안정적 대응’이 교차하면서 두 회사의 본격적인 기술 승부는 결국 2나노에서 펼쳐지게 됐다.

삼성전자와 TSMC 모두 2나노 공정부터는 GAA를 전면 적용할 계획이다. 결국 2나노 GAA에서 누가 먼저 수율을 안정시키고 고객 신뢰를 확보하느냐가 향후 파운드리 시장 흐름을 결정지을 전망이다.

삼성전자는 2나노 GAA 공정에서 반전을 노리고 있다. 삼성전자가 TSMC보다 GAA를 먼저 도입한 만큼 이번에는 수율 안정과 고객 확보까지 완성해야 한다는 절박감이 조직 안팎에서 공유되는 것으로 알려졌다.

한진만 신임 파운드리사업부장(사장)은 지난해 말 임직원에게 보낸 메시지에서 “기회의 창이 닫히기 전에 수율 악순환을 끊어야 한다”며 “2나노 공정(GAA)의 빠른 램프업이 핵심이며 성능·전력·면적(PPA)을 극대화할 수 있도록 모든 병목현상을 점검하고 개선책을 찾겠다”고 언급했다.

GAA 공정은 기술 자체의 완성도뿐 아니라 수율과 생산 효율이 핵심인 셈이다. 아무리 앞선 기술이라도 수율이 낮고 양산 일정이 불확실하면 고객사 입장에서는 채택하기 어렵다. 반대로 수율을 안정화하고 PPA 우위를 입증하면 기술 신뢰 회복과 함께 대형 고객 유치로 연결될 수 있다. GAA는 기술과 수익을 동시에 증명해야 하는 ‘고위험·고수익’ 구조인 셈이다.

삼성전자는 현재 미국 텍사스 테일러 공장에서 2나노 GAA 공정 양산 준비에 속도를 내고 있다.

삼성전자는 올해 하반기 자사 시스템LSI 사업부의 차세대 애플리케이션 프로세서(AP) ‘엑시노스 2600’을 2나노 GAA 공정을 통해 본격 양산할 계획이다.

업계 관계자는 “파운드리 시장은 단순한 제조 경쟁이 아니라 고객 요구에 맞춘 초미세 공정 기술과 신뢰성을 중심으로 재편되고 있다”며 “삼성전자 GAA 공정은 기술 선점에서 한발 앞서 있지만, 이제는 그 기술을 실질 성과로 연결해야 하는 시점”이라고 말했다.