“세계 첫 3나노 파운드리 양산…TSMC 잡는다”

삼성전자 파운드리사업부, 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 임직원들이 3나노 파운드리 양산을 축하하고 있다. 사진제공｜삼성전자

삼성 이재용 부회장의 한 발 앞선 ‘기술’ 시작

세계 최초 GAA기술 적용 초도 양산
기존과 비교해 성능↑전력소비↓
3나노 공정으로 글로벌 경쟁력UP
고객요구 최적화·안정적 수율 관건
“차별화된 기술 적극 개발 나설 것”

삼성전자가 3나노(nm, 10억분의 1m) 파운드리(반도체 위탁생산) 공정의 양산을 시작했다. 회로 선폭을 3나노미터로 줄인 것으로, 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술이다.

회로의 선폭이 줄어들수록 성능은 높아지고, 전력소비는 줄어든다. 웨이퍼(반도체 원판)에서 나오는 반도체 수도 늘어난다. 지난 5월 평택 공장을 방문한 한미 정상이 방명록 대신 서명한 것도 3나노 공정 웨이퍼였다. 이재용 삼성전자 부회장이 최근 유럽 출장을 마치고 돌아와 ‘기술’을 강조한 뒤 선보이는 첫 번째 성과물이기도 하다.

삼성전자는 앞선 기술력으로 전 세계 파운드리 시장을 선도한다는 방침이다. 특히 경쟁사인 대만의 TSMC를 추격할 기술 발판을 마련했다는 평가가 나온다.


●GAA 신기술로 효율성↑

삼성전자는 세계 최초로 GAA(게이트 올 어라운드) 기술을 적용한 3나노 파운드리 공정 기반의 초도 양산을 시작했다고 6월30일 밝혔다. 차세대 트랜지스터 구조인 GAA 신기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스는 전 세계 파운드리 업체 중 삼성전자가 유일하다. 삼성전자는 3나노 공정의 고성능 컴퓨팅(HPC)용 시스템 반도체를 초도 생산한 데 이어, 모바일 SoC(시스템온칩) 등으로 확대해 나갈 예정이다.

반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 채널 4개면을 게이트가 둘러싸는 형태인 차세대 GAA 기술을 세계 최초로 적용했다는 점도 관심을 끈다. 채널의 3개면을 감싸는 기존 핀펫 구조와 비교해 게이트의 면적이 넓어지며 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 기술이다. 삼성전자에 따르면 3나노 GAA 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력은 45% 절감, 성능은 23% 향상, 면적은 16% 축소됐다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 “삼성전자는 파운드리 업계에 신기술을 선제적으로 도입하며 빠르게 성장해 왔고, GAA기술을 적용한 3나노 공정의 파운드리 서비스 또한 세계 최초로 제공하게 됐다”며 “앞으로도 차별화된 기술을 적극 개발하고, 공정 성숙도를 빠르게 높이는 시스템을 구축해 나가겠다”고 말했다.


●“차세대 파운드리 시장 주도”

삼성전자는 고객 요구에 최적화된 PPA(소비전력·성능·면적), 극대화된 전성비(단위 전력당 성능)를 제공해 차세대 파운드리 서비스 시장을 주도해 나간다는 계획이다. 업계는 삼성전자가 한발 앞선 기술로 세계 파운드리 1위 업체인 TSMC를 추격할 것으로 전망하고 있다.

현재 세계 파운드리 시장에선 TSMC가 점유율 1위, 삼성전자는 2위를 차지하고 있다. 더욱이 그 격차가 더 벌어지고 있고, 중국 기업 등의 추격도 거세다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올해 1분기 삼성전자의 글로벌 파운드리 점유율은 16.3%로, 전분기(18.3%)보다 2%p 줄었다. 1위인 TSMC와의 격차도 전분기 33.8%p에서 1분기 37.3%p로 더 벌어졌다. TSMC의 1분기 점유율은 53.6%로, 전분기(52.1%) 보다 1.5%p 늘었다. 중국의 SMIC, 화홍그룹, 넥스칩 등 3개 업체 합산 점유율도 처음 10%를 넘었다.

삼성전자는 이번 3나노 차세대 공정 도입으로 치열한 글로벌 파운드리 시장 경쟁에서 우위를 가질 수 있게 됐다. TSMC는 올 하반기 3나노 공정 양산을 시작한다. GAA의 경우 2나노 공정부터 적용할 것으로 알려졌다. 다만 삼성전자의 기술이 실제 성과로 이어지기 위해선 안정적 수율 확보와 함께 고객 요구 최적화가 이뤄져야 할 것으로 보인다.

김명근 기자 dionys@donga.com 기자의 다른기사 더보기