2나노 전쟁 속 삼성 파운드리 ‘4나노의 재발견’

“성능·안정성 겸비, 현실적 선택지”
고객 맞춤 제품으로 선택지 확장

삼성전자 제공

글로벌 파운드리(반도체 위탁생산) 시장에서 2나노(㎚·10억분의 1m) 이하 첨단 공정 경쟁이 한창인 가운데 삼성전자의 ‘4나노 공정’이 재부상하고 있다. 최선단 공정은 아니지만 대형 칩 생산 수요가 급증하는 산업 현장에서 성능과 수율 두 마리 토끼를 모두 잡은 ‘완성형 공정’으로 평가되고 있다.

29일 업계에 따르면 삼성전자는 최근 테크 블로그를 통해 “삼성 파운드리 4나노 핀펫 공정은 충분한 양산 경험을 기반으로 공정 안정성과 수율을 확보하는 동시에 다양한 최적 설계 옵션을 제공함으로써 성능과 전력 효율, 설계 편의성을 함께 끌어올렸다”며 “고객은 성능, 양산 안정성을 모두 확보할 수 있는 현실적인 선택지를 갖게 됐다”고 밝혔다. 삼성전자는 올해로 4나노 공정 양산 6년 차에 접어들었다.

통상 반도체 공정은 성능과 안정성 사이에서 뚜렷한 상충 관계를 보인다. 선단 공정일수록 높은 성능을 제공하지만 초기 양산 단계에서는 수율·품질의 불확실성이 뒤따른다. 반대로 성숙 공정은 안정적이지만 성능 개선의 폭이 제한된다. 삼성전자는 “이 둘 사이에 위치한 4나노 공정은 잘 만들어지면서 최신 성능 요구에까지 대응할 수 있는 단계”고 설명했다.

4나노 경쟁력의 핵심은 ‘고객 선택지 확장’이다. 다양한 트랜지스터 임계전압(Vth) 옵션을 제공해 설계자가 성능과 전력 효율 간의 균형을 정밀하게 조정할 수 있다. 같은 공정이지만 고객 필요에 따라 성능에 초점을 맞춘 제품과 저전력 제품을 모두 만들 수 있는 것이다.

배선 구조 개선으로 칩 내 데이터 이동 속도도 빨라졌다. 4나노 공정에 데이터 병목 현상을 막는 특수 스택을 추가해 저항·정전용량(RC) 지연을 약 26% 개선했다. 여기에 공정 성숙도도 높아지며 생산 일정과 비용, 결함 패턴까지 예측 가능한 수준이 됐다.

이에 다양한 산업군에서 러브콜이 이어지고 있다. 특히 인공지능(AI)과 고성능컴퓨팅(HPC) 분야는 면적이 넓은 ‘대형 다이’ 구조를 활용해야 하지만 수율 확보가 어렵다는 문제가 있었는데, 삼성 파운드리가 이를 해결했다. 실제 미국 대형 업체가 4나노로 제작한 AI 전용 언어처리장치(LPU) 제품이 올해 하반기 양산될 예정이다. 6세대 고대역폭메모리(HBM4) 베이스다이와 차량용 반도체, 차세대 통신 칩에도 4나노 공정이 활용되고 있다.

양윤선 기자 sun@kmib.co.kr

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