GAA 기술 고성능·저전력 설계
세계 1위 TSMC 맹추격 승부수
트랜지스터 구조 전환 '초격차'

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삼성전자가 세계 최초로 차세대 트랜지스터 구조를 적용한 3나노미터 파운드리 공정 양산에 성공했다. 3나노는 반도체 제조 공정 중 가장 앞선 기술이다. 일각에서 제기한 삼성전자 파운드리 위기론을 일축했다. 3나노 공정의 문을 처음 열면서 파운드리 고객사 확보에도 새로운 전기를 마련했다. 트랜지스터 구조가 10년 만에 바뀌면서 반도체 생태계 전반의 대변혁도 예고했다.

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<3나노 파운드리 양산에 참여한 파운드리사업부, 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 주역들이 손가락으로 3을 가리키며 3나노 파운드리 양산을 축하하고 있다.>

삼성전자는 게이트올어라운드(GAA) 기술을 적용한 3나노 공정으로 첫 양산에 들어갔다고 30일 밝혔다. 지난해 10월의 '삼성 파운드리 포럼 2021'에서 올해 상반기에 3나노 양산을 시작한다는 약속을 지켰다. TSMC 3나노 공정 양산 일정이 점점 연기되는 것과 대비된다. 기존까지 최선단 공정은 4나노미터였다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 “파운드리 업계 최초로 하이K 메탈 게이트, 핀펫, 극자외선(EUV) 등 신기술을 선제 도입하며 빠르게 성장해 왔다. 이번 3나노 GAA 공정 파운드리 서비스 또한 세계 최초로 제공하게 됐다”면서 “차별화한 기술로 공정 성숙도를 빠르게 높이는 시스템을 구축해 나가겠다”고 밝혔다. 3나노 공정 라인은 경기 화성 캠퍼스에 구축된 것으로 알려졌다.

삼성전자는 '3나노'라는 초미세 회로를 구현함과 동시에 차세대 트랜지스터 구조 전환에도 성공했다. 반도체 대세인 핀펫에서 GAA 구조로 트랜지스터를 구현했다. 핀펫 상용화 10년 만으로, 트랜지스터 패러다임을 바꿨다. GAA는 트랜지스터 핵심 요소인 게이트와 채널 접합 면을 4개(핀펫은 3개)로 늘려서 고성능·저전력 반도체를 설계할 수 있다.

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삼성전자는 3나노 GAA 공정 고객은 밝히지 않았다. 업계에서는 삼성전자 DS 부문 시스템LSI 사업부, 퀄컴, AMD 등을 고객 후보로 꼽고 있다. 삼성전자는 고객 요구에 맞춰 소비전력·성능·면적(PPA) 최적화로 '단위 전력당 최고 성능'(전성비)을 제공, 차세대 파운드리 서비스 시장을 주도하겠다는 포부다.

파운드리 시장에서의 판도 변화도 예상된다. 시장 점유율 1위는 TSMC로 50%에 육박한다. 삼성전자는 TSMC 절반에도 미치지 못한다. 3나노 GAA는 삼성전자가 TSMC를 맹추격할 승부수가 될 것으로 전망된다. 최선단 공정으로 반도체를 제조하려는 팹리스 등 고객사를 우선 확보할 수 있기 때문이다. 삼성전자 3나노 GAA 공정을 이용하려는 고객사가 몰리면 시장 점유율 확대가 기대된다. 지난해 기준 삼성전자 파운드리 고객은 100곳 이상이다. 2026년까지 300곳 이상을 확보하는 것이 목표다.

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<삼성전자 DS 화성 캠퍼스>

반도체 초미세화와 트랜지스터 구조 변경은 반도체 생태계 전반에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 반도체 설계부터 소재·부품·장비(소부장)까지 전례가 없는 반도체 제조 기술에 대응해야 하기 때문이다. 삼성전자는 3나노 GAA가 파운드리 생태계 기술 발전 속도를 앞당길 것으로 내다봤다. 또 국내 팹리스와 후공정(OSAT) 업체에도 긍정적 영향을 줄 것으로 기대했다.


옴디아는 삼성전자를 앞세워 3나노 공정 매출이 올해부터 발생할 것으로 내다봤다. 2024년에는 5나노 공정 매출을 앞지를 것으로 전망된다. 2025년까지 연평균 85% 성장이 예상된다.

권동준기자 djkwon@etnews.com