□ 초미세 공정, ‘3나노’ 신호탄 쏘아올린 삼성전자…TSMC 추격 고삐

ㅇ 삼성전자가 세계 최초로 MBCFET* GAA(Gate-All-Around)* 기술을 적용한 3나노(nm, 1㎚=10억 분의 1m. 반도체 회로 선폭) 파운드리 공정 기반의 초도 양산을 시작

* MBCFET(Multi-Bridge Channel Field Effect Transistor): 와이어 형태의 채널 구조를 얇은 종이 모양의 나노시트로 만들어 채널이 게이트에 닿는 실질적인 면적을 늘리는 기술

* GAA: 트랜지스터 구조를 뜻하는 것으로 기존 3개면이 만나는 핀펫 구조와 달리 4개면이 게이트와 만나 충분한 전력을 흐르게 하여 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높인 기술

- 3나노 공정은 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술이며 차세대 트랜지스터 구조인 GAA 신기술을 적용한 3나노 양산은 세계 파운드리 업체 중 삼성전자가 유일

- High-K Metal Gate*, FinFET, EUV 등 신기술을 선제 도입한 데 이어 MBCFET GAA 기술을 적용한 3나노 공정 양산에 성공하며 파운드리 시장에서 한 단계 더 도약하는 계기 마련

* High-K Metal Gate: 공정이 미세화 될수록 증가하는 누설전류를 효과적으로 줄일 수 있도록 절연 효과가 높은 High-K 물질을 게이트에 적용하는 기술

- 나노시트 형태의 독자적인 MBCFET GAA 기술의 세계 첫 적용과 설계 공정 기술을 최적화하여 PPA(Power:소비전력, Performance:성능, Area:면적)를 극대화한 것이 특징

- 종전에 7나노와 5나노 공정 양산 경쟁에서 대만 TSMC에 뒤졌던 삼성전자는 TSMC보다 앞서 3나노 공정에 성공하면서 고객 확보에 유리한 전환점을 맞이할 수 있다는 기대

- 3나노 반도체 양산을 시작으로 2023년 3나노 2세대, 2025년에는 GAA 기반 2나노 공정 양산에 착수하는 ‘초격차 기술’ 전략을 이어간다는 방침

□ 세계 파운드리 1위 TSMC의 3나노 양산은 하반기 예상…이르면 8월 경

ㅇ 지난 6월 초 약 1,200억 달러(약 154조 원)의 대규모 투자 및 공장 신설 추진을 공개하며 3나노(핀펫 기반) 등 차세대 반도체 생산을 위한 준비 한창

- 현재 TSMC가 대만에서 건설하고 있거나 완공 예정인 공장은 총 20개로 이들 공장의 총면적은 200만㎡가 넘는 것으로 추산(야구장 20여 개 규모)

- 타이난(台南) 과학기술단지에 5나노·3나노 웨이퍼 공장을 신설 중이고, 신주 과학기술단지에서 2나노 웨이퍼 공장과 웨이퍼 연구·개발 공장 건설 중

- 올 하반기 3나노 생산에 돌입한 후 2025년 2나노 공정에 착수한다는 구상

- 또한 TSMC가 120억 달러(약 15조 원)를 투자해 건설하고 있는 미국 애리조나주 공장은 2023년 3월 완공 예정이며 일본 구마모토현에 투자 규모는 86억 달러 수준

※ 해외 공장은 대체적으로 5나노에서∼28나노 생산을 담당할 예정

ㅇ 세계 첫 3나노 양산 타이틀은 삼성전자에게 내주었지만 최대 고객사인 애플의 차기 칩 물량을 확보하고 있는 만큼, 반격에 나설 수 있을 전망

- 지난 3월 애플의 차기 제품(아이폰14 시리즈 등)에 탑재할 5G 통신 칩의 위탁생산 계약을 체결했으며 엔비디아·퀄컴 등 세계적인 고객사를 확보하고 있는 것도 강점

- 아울러 3나노 양산을 서두르기보다 안정적인 수율(결함이 없는 합격품 비율) 확보에 집중한다는 전략

□ 안정적인 수율 확보가 성공의 관건…물량 수주 경쟁도 촉발

ㅇ 3나노 공정이 반도체 업계의 새로운 기술 경쟁으로 자리잡으면서 애플 외에도 인텔·AMD·브로드컴·엔비디아·퀄컴·미디어텍 등이 물량 확보에 나설 전망

ㅇ 첨단 공정으로 갈수록 현재 시장점유율 1위인 TSMC가 모든 위탁생산 요청을 수용하기에는 한계가 있을 전망

ㅇ 아울러 최근 코로나19, 러-우 전쟁 등으로 글로벌 공급망 위기가 확산하면서 대형 고객사는 하나의 업체에 물량을 몰아주기보다 분산해 품질·가격 우위를 확보할 수 있는 공급망 다변화 추구

ㅇ 이에 삼성전자가 수율 향상과 함께 각사의 요구사항을 최적화 할 수 있는 역량을 확보하게 되면 퀄컴, 엔비디아 등을 3나노 고객으로 끌어올 여지는 충분

- 고객사가 빠른 시간에 제품 완성도를 높일 수 있도록 3나노 설계 인프라와 서비스도 제공하는 등 초미세 공정 마케팅 활동도 적극 병행해 나갈 방침

- 삼성전자는 시놉시스·케이던스 등 파트너사에 3나노 설계 인프라와 서비스를 제공해 반도체 설계·검증 시간을 단축하는 등 수율 향상에 속도를 내겠다는 계획

- 3나노 공정 반도체의 첫 번째 고객사로는 글로벌 팹리스 AMD·퀄컴 등이 물망에 오르고 있으며 일각에서는 중국 비트코인 채굴 반도체 팹리스 기업 팬세미도 거론

- 차별화된 기술력을 바탕으로 3나노 공정을 안정적으로 정착시켜 2026년까지 약 300개 고객사를 확보하겠다는 계획

※ 공정 향방에 따라 퀄컴·AMD 등 TSMC 주 고객사를 끌어올 수 있는 기회의 발판 가능. 금년 1분기 세계 파운드리 시장 점유율은 TSMC가 53.6%로 여전히 압도적, 삼성전자는 16.3% 기록

□ (참고) AI반도체 초격차 기술 확보…정부, 5년간 1조 투입

ㅇ 우리 정부는 글로벌 초미세 공정 경쟁에 이어 AI 반도체 시장에서도 초격차 기술 확보를 위해 5년 간 1조 200억 원을 투입하고 대기업이 참여하는 산·한·연 협력 생태계 구축 첫발

- ①초격차 기술력 확보 ②초기 시장수요 창출 ③산·학·연 협력 생태계 조성 ④전문인력 양성을 추진과제로 마련하고 AI 반도체 강국으로 도약한다는 전략