▲삼성전자가 27일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 개최한 '삼성 파운드리 포럼 2023'에서 삼성전자 파운드리사업부 최시영 사장이 기조연설을 하고 있다. <사진=삼성전자제공>

대만 TSMC가 장악하고 있는 글로벌 파운드리(반도체위탁생산) 시장 1위 탈환을 노리는 삼성전자의 발걸움이 더욱 빨라지고 있다.

작년 6월 세계 최초로 3나노(나노미터·10억분의 1m) 파운드리 공정 양산에 성공한 삼성이 1년만에 2나노 이하의 초미세 공정의 양산 계획과 구체적인 응용 분야까지 공개하고 나선 것이다.

'양보다는 질로 승부하겠다'는 삼성의 기술우위 전략에 따라 과감하게 선제공격에 나선 3나노 조기 양산을 통해 초미세공정에 한층 더 자신감이 붙었다는 얘기다.

파운드리 시장 유일한 라이벌 삼성의 적극적인 공세에 자극받은 TSMC의 반격도 거세다. 지난달 26일일 미국 캘리포니아주 샌타클래라에서 열린 '기술심포지엄'을 통해 2025년말 2나노 양산 로드맵을 내놨다.

삼성은 이에 대응, 3나노에 이어 2나노에서도 TSMC보다 먼저 양산에 착수, 기술적 우위를 유지한다는 전략이다. 이를 통해 거대 시장으로 떠오르고 있는 AI(인공지능)를 필두로 하이엔드 파운드리 시장을 선점, TSMC를 따라잡고야 말겠다는 의지를 보이고 있다.

■ 2나노 이하 최첨단 공정의 글로벌 리더십 강화 포석

삼성전자는 27일(현지시각) 미국 실리콘밸리에서 ‘삼성 파운드리 포럼 2023′을 열고 최첨단 2나노 이하 초미세 공정 양산에 대한 상세한 로듭맵과 쉘퍼스트 전략 단계별 실행 방안을 발표했다.

‘경계를 넘어서는 혁신’을 주제로 열린 이날 포럼을 통해 삼성은 AI시대 최첨단 반도체 한계를 극복할 다양한 방법을 제시하며, 3나노로 시작된 최첨단 선단 공정의 리더십을 더욱 확고히하겠다는 의지를 숨기지 않았다.

삼성은 이날 2나노 이하 공정 로드맵 발표에 상당부분의 시간을 할애했다. 삼성은 이미 지난해 2025년 2나노, 2027년 1.4나노 공정의 양산에 들어갈 계획이라고 발표했지만, 2나노 공정의 세부 로드맵을 밝힌 것은 이번이 처음이다.

특히 이날 발표된 로드맵은 단순한 타임스케줄이 아니라 구체적인 응용 타깃을 설정했다는 점에 주목할 필요가 있다. 삼성은 2나노 공정(SF2)을 2025년에 모바일용 반도체에 우선 적용하고, 2026년엔 고성능컴퓨팅(HPC), 2027년에는 모빌리티용 반도체로 확대하겠다고 발혔다. 삼성의 최첨단 SF2 공정은 현재의 3나노(SF3) 대비 성능은 12%, 전력효율은 25% 향상되며 면적은 5% 감소한다.

파운드리 세계 1위 TSMC가 지난달 2나노 공정 양산 계획을 제시한 것을 의식한 듯, 2나노 응용 분야를 단계적으로 확대하겠다는 전략을 제시한 것이다. 업계에선 3나노에서 TSMC에 6개월 이상 앞서있는 삼성이 2나노 양산에서도 최소 3개월에서 6개월 가량 빠를 것으로 보고 있다.

TSMC는 지난달 첨단 공정 로드맵을 발표하면서 "현재 2나노 공정(N2) 개발을 순조롭게 진행 중이며, 2025년 말에 대량 생산에 들어갈 계획이다"라고 밝힌 바 있다. 2나노 양산목표 시점을 2025년말로 잡은 것이다.

이는 TSMC가 작년말 1세대 3나노 공정 양산에 착수한 지 꼭 3년만에 2나노 양산에 나선다는 것인데, 물리적으로 삼성에 일정기간 뒤쳐질 것이라는게 업계의 대체적인 시각이다.

2나노 공정의 응용처 확대와 함께 이날 삼상의 파운드리 사업 강화 전략중에서 주목을 받은 것은 첨단 패키지협의체인 ‘MDI(Multi Die Integration)얼라이언스와 보다 안정적인 케파(생산능력)를 선제적으로 확보한 이른바 '쉘퍼스트' 전략이다.

▲삼성전자가 27일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 개최한 '삼성 파운드리 포럼 2023'에서 고객과 파트너가 대화를 나누고 있다. <사진=삼성전자제공

■ 2나노 단계적 응용분야 확대...쉘퍼스트 전략도 공개

우선 삼성은 파운드리 사업의 글로벌 경쟁력 강화를 위해 전세계 SAFE 파트너, 메모리, 패키지 기판, 테스트 분야 기업과 함께 MDI얼라이언스’ 출범을 주도할 계획이다. 이 협력체는 2.5D·3D 이종 집적 패키지 기술 생태계 구축을 통한 적층 기술 혁신을 이어간다. 이종집적 패키지 기술은 서로 다른 기능을 가진 반도체를 하나의 반도체처럼 동작하도록 하는 첨단 패키지 기술이다.

삼성은 이와함께 파트너사와 함께 최첨단 패키지 원스톱 턴키 서비스를 제공, 비욘드 무어 시대를 선도하겠다는 포부를 밝혔다. HPC, 오토모티브 등 응용처 별 차별화된 패키지 솔루션을 개발, 다양한 시장과 고객의 요구 사항을 만족시켜 나간다는 전략이다.

삼성은 메모리 부문 세계 1위의 원동력중 하나인 쉘퍼스트 전략도 단계적으로 파운드리에 적용키로 했다. 향후 파운드리 수요를 예측, 탄력적인 설비 투자로 안정적인 케파를 확보, 고객에 대한 신뢰를 높이겠다는 뜻이다.

삼성은 이를 위해 올 하반기 모바일 등 다양한 응용처의 파운드리 제품을 본격 양산할 평택 3라인 외에도 평택과 미국 테일러공장의 반도체 클린룸을 선제적으로 확보, 2027년엔 클린룸 규모를 2021년대비 7.3배로 확대할 계획이다. 클린룸은 반도체 공장의 초미세먼지까지 제어하는 가장 기초적이자 핵심 시설투자다.

삼성은 현재 건설이 활발히 진행 중인 미국 테일러 1라인을 계획대로 하반기안에 완공, 시생산을 거쳐 내년 하반기에 본격 가동할 계획이다. 이어 국가산업단지로 조성 중인 용인시스템반도체클러스터에 생산 거점을 대거 확대해 나갈 계획이다.

삼성이 이처럼 이날 2나노 이하 최첨단 파운드리 공정에 대한 로드맵과 이례적으로 상세한 공략 대상과 사업전략까지 발표한 것은 크게 2가지로 그 의미를 해석할 수 있다.

첫째, 폭발적으로 늘어나는 초미세 공정 수요에 대응, 글로벌 잠재 고객들에 대한 신뢰 제고의 목적을 깔고 있다고 볼 수 있다. 상세한 적용기술 로드맵과 케파 확장 계획을 선제적으로 공개함으로써 자연스럽게 글로벌 팹리스업체들을 유치하겠다는 포석이다.

▲2022년 6월 30일 삼성전자 파운드리사업부 (좌측부터) 정원철 상무, 구자흠 부사장, 강상범 상무가 화성캠퍼스 3나노 양산라인에서 3나노 웨이퍼를 보여주고 있다. <사진=삼성전자제공>

■ "첨단공정은 TSMC보다 삼성이 우위" 자신감 표현

시장조사기관에 따르면 현존하는 최첨단 공정인 3나노 파운드리시장의 2023∼2026년 연평균 성장률이 65.3%에 달할 것으로 예상된다. 최첨단 공정에 대한 수요 급증은 결국 2나노 이하로 이어질 것이 자명하다.

둘째, 초미세 공정 분야에서만큼은 삼성이 업계 부동의 1위인 TSMC에 앞서있다는 점을 어필하기 위한 전략적 포석으로 읽힌다. 삼성은 현재 3나노 수율을 본궤도에 올려놓으며 첨단 선단 공정에 대한 자신감이 붙은 상태다.

첨단 공정 분야에서 업계 1위 TSMC를 따돌린 저력을 2나노 이하까지 유지하겠다는 의지를 내비친 것이다. 특히 3나노 이하 초미세 공정 구현에 최적의 대안기술로 불리는 게이트올어라운드(GAA·Gate All Around)를 3나노 공정에 세계 최초로 도입한 삼성의 선택이 신의 한수였다는 평가가 나오고 있다.

GAA기술은 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 반도체 핵심 기술로, 차세대 파운드리 '게임 체인저'로 평가받고 있다.

3나노에 GAA기술을 적용, 조기 안정화에 성공한 삼성은 2나노, 1.4나노 등 최첨단 공정기술 개발에 박차를 가하며 선두 TSMC와의 기술격차를 벌리는데 주력하고 있다. 기존 핀셋기술을 개선, 3나노 양산에 들어간 TSMC도 2나노 이하 부터는 GAA를 도입한다고 선언했지만, GAA적용에 따른 시행착오 등을 감안하면, 삼성과의 갭을 줄이는데 상당한 시간이 소요될 것이란 전망이 우세하다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부 사장은 “많은 고객사들이 자체 제품과 서비스에 최적화된 AI 전용반도체 개발에 앞다퉈 나서고 있다”면서 “삼성은 AI반도체에 최적화된 GAA트랜지스터 기술을 계속 혁신, AI기술 패러다임 변화를 주도하겠다”고 강조했다.

세계 첫 3나노 양산을 계기로 최첨단 공정의 기술우위를 바탕으로 TSMC를 따라잡겠다며 기술 개발과 케파 확장에 더욱 가속도를 내고 있는 삼성이 과연 2나노 이하에서도 주도권을 유지하며, 파운드리 세계제패 꿈에 한발 더 다가설 수 있을 지 귀추가 주목된다.

토요경제 / 이중배 기자 dialee09@naver.com 

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