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"2나노, 내가 먼저"…삼성전자·TSMC 기술 경쟁 '각축'

등록 2023.03.27 14:09:57수정 2023.03.27 14:16:56

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TSMC, 2나노 공장 건설 개시…불황에도 투자 가속

2025년 양산 목표…2나노도 '세계 최초' 선점 경쟁

美·日도 2나노 출사표…첨단 반도체 주도권 어디로

[서울=뉴시스] 대만 TSMC 반도체 생산라인. 사진 TSMC

[서울=뉴시스] 대만 TSMC 반도체 생산라인. 사진 TSMC

[서울=뉴시스]이인준 기자 = 차세대 첨단 파운드리(반도체 위탁생산) 공정인 '2나노미터'(㎚·10억분의 1m)의 시장을 선점하기 위한 반도체 업체들의 경쟁이 뜨겁게 달아오르고 있다.

파운드리 업계가 지난해 3나노의 초도 양산에 들어가 이제 막 '수율(결함 없는 합격품의 비율)' 안정성을 높이는 작업이 진행되는 점을 고려하면, 차세대 공정 투자에 가속도가 붙는 것으로 해석된다. 2나노 공정에는 그동안 첨단 반도체 시장을 양분해온 TSMC나 삼성전자 외에도 미국의 인텔, 일본의 라피더스 등 새로운 업체들의 참전이 예고돼 각축전 양상을 보일 전망이다.

27일 일본경제신문(닛케이)에 따르면 TSMC는 이달 초 타이베이 시에서 남서쪽으로 60㎞ 떨어진 '대만의 실리콘밸리' 신주 지역에 2나노 공정 팹(생산공장)을 건설 중이다. 공장 부지는 55만㎡ 크기로, 모두 4개 공장이 들어설 전망이다. 공장 하나당 20조원씩, 총 80조원이 투자된다. TSMC는 오는 2025년 2나노 양산에 들어가는 것을 계획 중이다.

닛케이는 "반도체 시장은 지난해 여름 이후 큰 침체를 보이고 있지만, TSMC는 최대 360억달러로 설비투자를 전망해 투자를 늦추지 않고 있다"면서 "2나노 공정을 위한 신공장 건설이 계획대로 움직이기 시작했다"고 밝혔다.

삼성·TSMC 경쟁에 인텔·라피더스 도전장

현재 2나노 파운드리 공정은 가장 치열한 경쟁이 예고된 분야다.

파운드리 공정은 회로의 선폭을 좁히고, 반도체 소자의 크기를 줄이는 방식으로 기술 발전이 이뤄지고 있다. 집적도가 높아질수록 고용량·고성능·고효율의 제품을, 같은 면적에서 더 만들 수 있기 때문이다. 2나노 반도체의 경우 3나노 공정으로 만든 제품보다 성능은 10~15% 개선되고, 소비 전력은 25~30% 감소할 것으로 전해졌다.

하지만 그만큼 기술 난도가 높아서 그동안 10나노 미만 파운드리 공정은 TSMC와 삼성전자 등 2개 업체만 도입하고 있었다. 미래 기술 확보를 위한 첨단 반도체의 중요성이 높아지자 2나노 공정부터는 미국의 인텔, 일본의 라피더스(일본 주요 8개 기업 연합)가 진출을 노리고 있다.

현재 미국의 인텔이 가장 먼저 2024년 하반기 상용화를 목표로 설정했고, 2025년에는 TSMC와 삼성전자가 양산에 나설 전망이다. 이어 일본 라피더스가 2027년 2나노 이하 제품 국산화 목표를 제시한 상태다.

3나노 파운드리 양산에 참여한 파운드리사업부, 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 주역들이 손가락으로 3을 가리키며 3나노 파운드리 양산을 축하하고 있다.  *재판매 및 DB 금지

3나노 파운드리 양산에 참여한 파운드리사업부, 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 주역들이 손가락으로 3을 가리키며 3나노 파운드리 양산을 축하하고 있다.   *재판매 및 DB 금지

삼성 첫 포문 연 ‘GAA’…누가 먼저 선점할까

현재 업계에서 보는 2나노 공정의 성패는 차세대 트랜지스터 구조인 'GAA(게이트 올 어라운드)' 기술을 누가 먼저 안정적으로 적용하느냐에 달렸다. 이 기술은 반도체 칩에 전류가 충분히 흐르도록 설계해 전력 효율성을 높일 수 있도록 고안된 기술이다. 기존 '핀펫' 기술은 4나노 이하 공정에 이르러, 동작 전압을 더 이상 줄일 수 없다는 한계에 직면한 상태다.

핀펫 구조는 전류의 흐름을 제어하는 '게이트'와 전류가 흐르는 '채널'이 '위-좌-우' 3개 면에서 만나는데 'GAA'는 아랫면까지 포함해 맞닿는 면적을 넓혀 효율을 극대화한다.

GAA는 정교한 가공 기술이 요구되기 때문에 양산이 쉽지 않다는 평가가 나온다.

TSMC의 경우 2나노부터 GAA를 적용할 계획인데, 이를 위해 지난 15년간 연구개발을 진행해왔다. 닛케이는 "TSMC가 2나노 양산에 성공하면 첨단 반도체 시장에서 TSMC의 독주에 더욱 박차를 가할 가능성이 높다"고 전망했다.

반면 삼성전자는 현재 3나노 공정에 먼저 'GAA'을 도입한 만큼, 수율 안정화를 통한 시장 선점이 관건이다. 일본 라피더스는 IBM으로부터 기술 공여를 받아 양산을 목표로 하지만 성공할 지는 미지수라는 평가다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]

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