30일부터 3나노 반도체 초도 양산 시작
기존 기술 뛰어넘는 차세대 GAA 기술 적용
"업계 1위 대만 TSMC 추격할 히든카드" 평가
세계 최초로 3나노 반도체 파운드리(위탁 생산) 양산에 참여한 삼성전자 파운드리사업부와 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 주역들이 손가락으로 3을 가리키며 3나노 파운드리 양산을 축하하고 있다. 삼성전자 제공
삼성전자가 세계 최초로 3나노미터(㎚·1㎚는 10억분의 1m) 반도체 양산을 시작했다. 파운드리(반도체 위탁 생산) 분야 1위인 대만 TSMC보다 최소 석 달 이상 앞서 이룬 성과다. 삼성전자가 반도체 초미세 공정 시장 선점에 유리한 고지를 확보했다는 평가가 나온다.
삼성전자는 30일 경기 화성캠퍼스에서 게이트 올 어라운드(GAA) 기술을 적용한 3나노 파운드리 공정 기반의 초도 양산에 들어갔다고 밝혔다. 삼성전자는 ①올해 상반기 3나노 공정 제품을 생산하고 ②2023년에 3나노 2세대 제품을, ③2025년에는 2나노 제품을 양산하겠다는 계획을 밝혀왔는데, 첫 번째 목표 달성에 성공한 것이다.
"4나노 벽 넘자"... 20년 노력 결실
나노는 반도체 회로 선폭에 사용되는 단위로 웨이퍼(얇고 둥근 실리콘 판) 한 장에 누가 더 많은 반도체를 생산할 수 있는지가 반도체 가격과 성능에 큰 영향을 준다. 현재 10나노 이하로 반도체를 만들 수 있는 회사는 전 세계에서 삼성전자와 TSMC 밖에 없다. 두 업체는 5나노 공정 반도체를 핵심 제품으로 삼고 있다.
5나노 반도체까지는 게이트와 채널이 위·왼쪽·오른쪽 3개 면에서 닿는 핀펫 공정이 쓰였다. 삼성전자는 핀펫 공정으로는 성능이나 전력 효율을 개선하는데 한계가 있다고 보고 3나노 반도체부터 GAA 공정을 도입하기 위해 20년 가까이 기술 투자를 지속해왔다. GAA 공정은 게이트가 채널을 전방위로 감싸 상하좌우 4개 면에서 맞닿도록 한 기술로, 게이트의 채널 조정 능력을 극대화하는 동시에 반도체의 동작 전압도 낮출 수 있다.
삼성전자는 3나노 공정을 통해 기존 5나노 공정 대비 전력을 45% 절감하면서도 성능을 23% 향상하고, 면적은 16% 축소했다고 밝혔다. GAA 2세대 공정에선 전력이 50% 절감되고, 성능은 30% 향상, 면적은 35% 축소될 것이라는 전망도 내놨다.
전문가들 "대만 TSMC 추격 발판 마련" 평가
3나노 반도체 양산 라인이 있는 삼성전자 화성캠퍼스 전경. 삼성전자 제공
초도 생산되는 3나노 제품은 고성능 컴퓨팅(HPC, High-Performance Computing) 용 시스템 반도체로 여러 HPC업체들이 첫 고객사인 것으로 알려졌다. 다만 삼성전자는 비밀유지 협약에 따라 업체 이름은 공개하지 않았다. 삼성전자 관계자는 "고성능 컴퓨터용 시스템 반도체를 시작으로 스마트폰용 통합칩 등으로 확대해 나갈 예정"이라고 설명했다.
이번 3나노 양산을 계기로 삼성전자가 파운드리 시장 선두주자인 대만 TSMC를 추격할 발판이 마련됐다는 평가가 나온다. 파운드리 시장의 '후발 주자'였던 삼성이 '4나노의 벽'을 넘어서며 기술력의 우위를 보여줬기 때문이다.
올 1분기 파운드리 점유율(매출 기준)은 TSMC가 53.6%, 삼성전자가 16.3%로 격차(37.3%포인트)가 크다. TSMC는 올해 말 3나노 제품을 양산할 예정인데, 3나노 제품까지는 기존의 핀펫 기술을 적용하고, 2025년 상반기로 예상하는 2나노 공정부터 GAA 기술을 도입하겠다고 밝힌 상태다.
이재용 삼성전자 부회장이 지난달 20일 윤석열 대통령과 조 바이든 미국 대통령이 삼성전자 평택 공장을 방문했을 때 3나노 반도체 시제품을 직접 소개한 것도 이 같은 자신감이 반영된 것이란 해석이 나온다. 박재근 한국반도체디스플레이기술학회장은 "모바일 애플리케이션 프로세서(AP)를 설계하는 회사들은 매년 성능이 개선된 제품을 출시해야 하기 때문에 최첨단 공정에 대한 수요가 높다"며 "삼성전자가 파운드리 시장에서 TSMC를 본격적으로 추격하는 전기를 마련한 것"이라고 평가했다.
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