삼성전자, 3나노 칩 상반기 양산 돌입…당초 하반기에서 앞당겨

삼성전자가 몇 주 안에 세계 최초 3나노 공정 기반 양산을 시작할 것으로 예상되면서 삼성과 TSMC 간의 경쟁이 심화되고 있다.

TSMC는 핀펫 아키텍처(FinFET architecture)를 갖춘 3나노가 하반기에 양산에 들어갈 것이라고 말했다.
삼성의 3나노는 핀펫 트랜지스터 공정(FinFET transistor process)을 포기하고 게이트 만능 전계 효과 트랜지스터(gate-all-around field effect transistors)를 사용하는 세계 최초 노드가 될 것이다.

삼성전자는 판매 면에서 세계 최대 반도체 칩 계약 제조업체 대만 TMSC에 항상 뒤처져 왔다. 그러나 팬데믹은 모든 업계 참가자들에게 신속하고 적응력이 있어야 하는 시급성을 설정하였으며 그렇게 함으로써 삼성은 3나노 공정 기술을 정복하는 데 있어 곧 TSMC를 능가할 것이다.
일반적으로 프로세스 노드 번호가 작을수록 트랜지스터 수가 더 많다. 이는 트랜지스터 수가 많을수록 칩이 더 강력하고 에너지 효율적이기 때문에 중요하다. 현재 업계의 주류 공정 기술은 5나노이며, 이는 삼성 갤럭시 S22와 애플 아이폰 13에 사용된다.

따라서 트랜지스터 크기가 계속 줄어들면서 삼성은 앞으로 몇 주 안에 3나노 칩을 출시하는 첫 번째 파운드리가 될 것으로 예상된다.

다음 공정노드로 이동하는 것 외에도 삼성은 GAA(Gate all-around)로 알려진 최신 트랜지스터 설계를 사용할 것이며 2022년 하반기에 3나노의 대량 생산을 시작할 것으로 예상되는 TSMC는 여전히 이전 FinFET 설계를 사용한다.

삼성은 성명을 통해 “세계 최초 GAA 3나노 공정 양산을 통해 기술 리더십을 강화할 것”이라고 밝혔다. 삼성 파운드리의 3GAE(3나노 gate-all-around early)공정 기술은 삼성이 공식적으로 다중 브리지 채널 전계 효과 트랜지스터(multi-bridge channel field-effect transistors, MBCFET)라고 부르는 GAA 트랜지스터를 사용하는 회사의 첫 번째 공정이다.

본질적으로 삼성이 시연한 새로운 3나노 기술은 반도체 설계 분야에서 새로운 가능성을 제시하고 GAA 트랜지스터의 사용은 차세대 저에너지 고성능 프로세서를 안내한다. 삼성은 현재 7나노 FinFET 아키텍처 공정과 비교하여 새로운 3나노 공정 칩이 0.75볼트 미만의 저전압 환경에서도 작동할 수 있다고 주장한다.

그러면 FinFET에 비해 성능이 최대 35% 향상되는 동시에 칩의 전력 소비가 거의 절반으로 감소한다. 이처럼 TSMC는 고도로 복잡하고 만족스러운 수준의 수율을 쉽게 허용하지 않는 GAA 기술을 기반으로 하는 2나노 공정에 더 집중하고 있다. 삼성의 경우 회사가 2019년부터 이 기술에 대해 작업하고 있기 때문에 더 실행 가능한 것으로 보인다.

한국의 기술 대기업은 또한 조 바이든 대통령이 지난주 경기도 평택에 있는 삼성전자 칩 제조 단지를 방문했을 때 양산의 시작이 몇 주 안에 시작될 것이라고 안심시켰다.

삼성의 3나노 신기술로 생산한 웨이퍼가 처음 공개됐다. 이 시설은 세계 최대의 반도체 시설이기도 하다. 조 바이든 대통령은 “이 공장이 어떻게 세계에서 가장 진보된 반도체 칩을 만드는지 봤다”고 말했다.

이어 “그들은 혁신과 디자인, 정밀도와 제조의 경이로움이다. 여기 삼성에서 만든 것과 같은 가장 진보된 칩 제조에 관해서는 세계에서 단 3개 뿐인 회사중 하나이다. 그것은 믿을 수 없는 성과(일)이다”라고 덧붙였다.

삼성의 파운드리는 완전히 분리된 사업 단위로 6년 차에 접어들었음에도 불구하고 서비스를 제공하는 고객 측면에서 TSMC에 크게 뒤지지 않는다. 전문가들은 여전히 ​​삼성 수율이 대만 라이벌보다 낮(저조)다고 생각할 수 있지만 한국 대기업은 2030년까지 TSMC를 추월한다는 분명한 목표를 가지고 지속적으로 제조 라인에 투자하고 개선하고 있다.

의심할 여지 없이 TSMC도 5나노 이하에서 삼성전자와 치열하게 경쟁하고 있으며, 인텔도 이 싸움에서 경쟁하고 있다. 대만의 글로벌 시장조사업체 트렌드포스(TrendForce)가 집계한 지난해 4분기 기준 시장점유율(매출액 기준)은 TSMC가 52.1%로 1위, 삼성전자가 18.3%로 2위를 차지했다.


김세업 글로벌이코노믹 기자