1나노 공정 속도전…삼성 파운드리, 6월 청사진 내놓을까

삼성전자는 내달 12~13일(현지시간) 양일간 미국 새너제이 소재 삼성 반도체 미국 캠퍼스에서 ‘삼성 파운드리 포럼(SFF) 2024’와 ‘SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 포럼 2024’를 연달아 개최한다ⓒ삼성전자

AI(인공지능)칩 수요가 가파르게 증가하면서 주요 글로벌 파운드리(반도체 위탁생산)업체들이 초미세공정 ‘속공’ 전략을 펼치고 있는 가운데, 삼성전자도 선단(첨단) 공정 로드맵을 새롭게 제시할지 관심이다.

후발주자인 미국 인텔이 1.8nm(나노미터·10억분의 1ｍ)-1.4nm 로드맵을 차례로 공개하며 도전장을 내밀자, 1위 업체 대만 TSMC도 곧바로 1.6nm 공정을 도입하겠다며 맞불을 놨다. 업계는 내달 앞둔 파운드리 포럼을 계기로 삼성이 초미세공정 계획에 변화를 줄 지 주목한다.

8일 업계에 따르면 삼성전자는 내달 12~13일(현지시간) 양일간 미국 새너제이 소재 삼성 반도체 미국 캠퍼스에서 ‘삼성 파운드리 포럼(SFF) 2024’와 ‘SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 포럼 2024’를 연달아 개최한다.

파운드리 주요 고객과 파트너사들이 총출동하는 이 자리에서 삼성전자는 최신 파운드리 기술 트렌드를 설명하는 한편 다양한 응용처 적용 계획을 밝힐 것으로 예상된다.

지난해 열린 포럼에서는 ▲2nm 공정 응용처 확대 ▲첨단 패키지 협의체 ‘MDI(Multi Die Integration) Alliance’ 출범 ▲2023년 하반기 평택 3라인 파운드리 제품 양산 등을 공개하며 명실상부 파운드리 강자로 자리매김하겠다는 포부를 드러낸 바 있다.

올해에도 한층 진일보한 최첨단 공정 중심 응용처 확대, 쉘퍼스트 전략을 공개하며 삼성 중심 파운드리 생태계 전략을 내세울 것으로 보인다. 쉘퍼스트 전략은 클린룸을 선제적으로 건설하고, 향후 시장 수요와 연계한 탄력적인 설비 투자로 안정적인 생산 능력을 확보해 고객 수요에 적극 대응하는 전략을 말한다.

삼성은 경쟁사 보다 한 발 앞서 도입한 GAA(Gate All Around)를 통해 3nm 이하 선단 공정에서 5년 내 TSMC와 어깨를 나란히 하는 것을 목표로 하고 있다. 삼성은 2022년 6월 3nm에 GAA를 세계 최초로 도입했었다. GAA는 게이트는 3면 외에 아랫면까지 쓰는 4차원 방식이어서 핀펫의 한계를 극복할 차세대 기술로 손꼽힌다.

수율(양품 비율)만 받쳐주기만 한다면 2nm 이하 경쟁에서 삼성이 시장점유율을 끌어올릴 전기를 맞이할 수 있게 된다. 수율은 제품 단가·물량, 납기에도 두루 영향을 미치기 때문에 고객사 유치에도 유리하다. 수율 제고-고객사 증가가 이뤄진다면 삼성도 1nm 로드맵을 앞당기지 않을 이유가 없다.

작년 발표한 삼성의 파운드리 로드맵은 2025년 모바일향을 중심으로 2nm 공정(SF2)을 양산하고, 2026년 고성능 컴퓨팅(HPC)향 공정, 2027년 오토모티브향 공정으로 확대하는 것에 맞춰져 있다. 1.4nm 공정은 2027년부터다.

그러나 그 사이 TSMC와 인텔이 1nm 속도전을 펼치면서 파운드리 기술 경쟁은 한층 치열해졌다. 올해 초 인텔은 2분기 중 18A(옹스트롬, 1.8nm급) 1.0 PDK(프로세스 디자인 키트)를 내놓은 뒤 내년 상반기 양산에 돌입하겠다고 밝혔다.

옴스트롬은 100억 분의 1m로, 기존 초정밀 반도체 공정인 nm보다 더 세밀한 단위의 표기다. nm는 반도체 회로 선폭을 의미하는 단위로, 선폭이 좁을수록 소비전력은 줄고 처리 속도는 빨라진다. 이르면 내년부터 1nm 양산이 시작되는 셈이다.

인텔 1분기 실적ⓒ인텔

이에 질세라 파운드리 1위 기업인 TSMC도 초미세 공정 속도전에 나섰다. 지난달 말 미국 캘리포니아주 샌타클래라에서 열린 ‘북미 기술 심포지엄’에서 ‘A16’ 데뷔 소식을 알린 것이다. A16은 2026년부터 생산된다.

2025년 2nm, 2027년 1.4nm 로드맵을 공개한 TSMC가 기존에 없었던 2026년 1.6nm 공정을 깜짝 발표한 것은 늘어나는 AI 반도체 수요에 대응하기 위한 전략으로 풀이된다. 실제 시장조사기관인 옴디아에 따르면 3nm 이하 파운드리 시장 규모는 2023년 74억 달러(약 10조원)에서 2026년 331억 달러(약 45조원)로 3년 새 4.5배 뛸 것으로 예상된다.

이를 의식한 인텔과 TSMC가 1nm대 초미세공정 도입으로 잠재 고객사들에게 어필하자, 시장은 삼성 파운드리 전략에 새롭게 주목하고 있다. 경쟁사처럼 초미세공정 속도전에 나서거나 ‘빅테크’와의 기술 협력을 깜짝 소개할 가능성이 거론된다.

반대로 유의미한 수율-수주 잔고를 먼저 달성한 뒤 차기 파운드리 전략을 검토할 것이라는 신중론도 제기된다. 이와 관련해 한층 진일보된 파운드리 전·후공정 서비스 전략을 전면에 내세울 수 있다.

후공정과 관련해 삼성은 2022년 ‘첨단 패키지팀’을 신설한 뒤 같은 해 20억 달러(약 3조원), 2023년 18억 달러(업계 추산)를 집행하며 기술을 갈고 닦고 있다. 현재 아이큐브(I-Cube)로 불리는 2.5D 패키징 서비스를 제공하고 있으며, 3차원(3D) 패키징 사업도 본격화할 예정이다.

내년에는 반도체 공장에 AI와 빅데이터를 활용한 ‘디지털 트윈’ 기술도 시범 적용할 예정으로, 삼성 파운드리 숙원인 수율 제고에 도움이 될 것으로 기대하고 있다.