- 내년 하반기 3nm 반도체 양산할 듯…전략 다른 파운드리 1~2위

[디지털데일리 김도현 기자] 반도체 수탁생산(파운드리) 미세공정 경쟁이 치열하다. 대만 TSMC와 삼성전자가 5나노미터(nm)에 이어 3nm 반도체 생산을 준비 중이다. 다른 전략으로 차세대 공정 개발에 나선다.

3일 일본 니혼게이자이신문에 따르면 TSMC는 애플과 인텔에 3nm 공정 기반 반도체를 보냈다. 양사는 자체 디바이스에 적합한 디자인 설계 등을 진행 중이다.

업계에서는 3nm 제품이 5nm 대비 칩 면적을 35% 이상 줄이고 소비전력을 50% 감소시킬 것으로 보고 있다. 처리 속도는 30% 정도 향상이 기대된다.

TSMC는 2022년 하반기 3nm 칩 양산에 돌입할 계획이다. 이번 납품으로 목표에 한발 다가서게 됐다. 애플은 아이패드, 인텔은 서버용 중앙처리장치(CPU) 등에 TSMC의 3nm 기술을 처음 도입할 것으로 보인다.

TSMC가 주요 고객사와 3nm 반도체 샘플 테스트를 진행하는 만큼 삼성전자보다 먼저 양산 단계에 이를 가능성이 커졌다. 애플과 인텔이라는 대형 고객을 확보했다는 의미도 있다.
삼성전자는 일정상 TSMC에 3nm 분야 ‘세계 최초 타이틀’을 빼앗길 수 있으나 비장의 무기로 반격에 나선다. 삼성전자는 3nm 칩부터 GAA(Gate-All-Around) 공정을 도입한다.

GAA는 트랜지스터의 게이트와 채널이 닿는 면을 4개로 늘린 차세대 기술이다. 기존 핀펫(FinFET) 구조보다 1면을 늘려 전력 효율을 높이는 방식이다. 전류의 흐름을 조절하는 트랜지스터는 게이트와 채널의 접촉면이 많을수록 전류 흐름을 세밀하게 제어할 수 있다.

지난달 28일(현지시각) 미국 반도체 설계자동화(EDA) 업체 시놉시스는 삼성전자와 GAA 기반 3nm 공정 테이프 아웃에 성공했다고 밝혔다. 테이프 아웃은 공정 개발을 마치고 제조사에 설계도를 넘기는 단계다. 이를 바탕으로 설계한 칩을 검증한 뒤 시험생산을 시작한다.

삼성전자 파운드리사업부 김상윤 상무는 “시놉시스와 협력을 통해 3nm GAA 공정 약속을 효율적으로 실현할 수 있게 됐다”면서 “삼성전자 파운드리는 전문화 및 광범위한 시장 응용 분야에서의 늘어나는 수요에 대응할 것”이라고 말했다.

TSMC는 2nm 반도체부터 GAA 공정을 활용할 방침이다. 3nm까지 핀펫 구조를 고수하기 때문에 삼성전자 제품과 수율 및 성능에서 차이를 보일 것으로 보인다. 업계 최초로 GAA를 도입한 삼성전자와 안정적인 핀펫 공정을 유지한 TSMC 중 어느 업체가 웃을지는 내년 하반기 판가름이 날 전망이다.