삼성전자가 새로운 파운드리(반도체 위탁생산) 첨단 공정 기술을 도입해 인공지능(AI) 반도체 생산을 위한 원스톱 AI 솔루션을 제공하겠다고 밝혔다. 삼성 파운드리만의 차별화 전략으로 파운드리와 메모리, 어드밴스드 패키지(첨단 조립) 사업부가 ‘원팀’으로 협력하는 턴키(일괄 수주) 서비스를 한층 강화하겠다는 것이다.
삼성전자는 12일(현지시각) 미국 실리콘밸리에서 ‘삼성 파운드리 포럼 2024′을 개최하고 AI 시대를 주도할 반도체 부문의 기술 전략을 공개했다. ‘AI 혁명 강화’를 주제로 열린 이번 포럼에서 삼성전자는 2027년 1.4㎚(나노미터·10억분의 1m) 공정 양산을 계획대로 진행하고, 기존 파운드리 공정 로드맵에서 소비전력과 성능 등을 개선한 새 공정을 도입할 예정이라고 밝혔다.
최시영 삼성전자 파운드리사업부 사장은 기조연설에서 “AI를 중심으로 모든 기술이 혁명적으로 변하는 시점에서 가장 중요한 건 AI 구현을 가능하게 하는 고성능·저전력 반도체”라며 “삼성전자는 AI 반도체에 최적화된 GAA(게이트 올 어라운드) 공정 기술과 적은 전력 소비로도 고속 데이터 처리가 가능한 광학 소자 기술 등을 통해 AI 시대에 고객들이 필요로 하는 원스톱 AI 솔루션을 공급할 것”이라고 말했다.
◇ 최선단 서비스 강화… 2㎚ 공정에 후면전력공급 도입
삼성전자가 이번 포럼에서 공개한 새로운 파운드리 공정은 기존 2㎚와 4㎚ 공정을 개선한 기술이다. 우선 삼성전자는 2027년까지 2㎚ 공정에 ‘후면전력공급(BSPDN)’ 기술을 도입하기로 했다. 내년부터 양산 예정인 2㎚ 공정에 추후 후면전력공급 기술을 탑재하겠다는 것이다. 후면전력공급은 전류 배선층을 웨이퍼(반도체 원판) 후면에 배치해 전력과 신호 라인의 병목 현상을 개선하는 기술로, 아직 상용화되지 않았다. 웨이퍼 앞면뿐 아니라 뒷면에도 전력선을 놓게 되면 초미세화 공정을 구현할 수 있어, 업계에서 주목하는 첨단 기술이다. 파운드리 세계 1위 대만 TSMC는 2026년 말 2㎚ 이하 1.6공정에 이 기술을 도입할 계획이다.
후면전력공급 기술을 적용하면 기존 2㎚ 공정보다 전류의 흐름을 불안정하게 만드는 ‘전압강하’ 현상을 대폭 줄여 고성능 컴퓨팅 설계 성능을 향상할 수 있다고 삼성전자는 설명했다. 공정을 평가하는 주요 3가지 지표인 소비전력·성능·면적도 개선된다. 아울러 2025년에는 기존 4㎚ 공정에 칩을 더 작게 만들면서 성능을 높이는 ‘광학적 축소’ 기술을 도입해 양산할 예정이라고 밝혔다.
삼성전자는 2027년 1.4㎚ 공정 양산을 계획하고 있으며, 목표한 성능과 수율을 확보하고 있다고 밝혔다. 2㎚ 역시 계획대로 2025년 모바일 중심으로 공정 양산에 돌입한다. 2022년 업계 처음으로 GAA 기술을 적용한 3㎚ 양산에 성공한 삼성전자는 “현재 안정적인 수율로 GAA 기반 3㎚ 1세대를 양산 중이며, 2세대 공정도 차질 없이 개발해 하반기 양산 예정”이라고 전했다.
◇ “HBM·로직 칩·광학 소자까지 하나의 패키지로”
삼성 파운드리가 차별점으로 내세우는 건 파운드리·메모리·어드밴스드 패키지 사업부가 협력하는 턴키 서비스다. 이를 통해 기존 공정 대비 칩 개발에서부터 생산에 걸리는 시간을 약 20% 단축하고 있다고 삼성전자는 설명했다. 삼성전자 측은 “세 개 사업 분야 간 협력을 통해 고성능·저전력·고대역폭 강점을 갖춘 통합 AI 솔루션을 선보이고 있다”며 “고객의 공급망을 단순화하고, 제품을 시장에 빠르게 출시할 수 있는 장점이 있다”고 설명했다. 2027년에는 AI 솔루션에 적은 전력 소비로도 고속 데이터 처리가 가능한 광학 소자 기술을 통합할 계획이다.
삼성전자는 파운드리 시장을 주도하는 최첨단 3㎚ 이하 공정에서 승부를 보겠다고 밝혔다. 업계 전반에서 3㎚ 이하 공정의 표준으로 잡고 있는 GAA 공정 노하우를 축적해 온 만큼, 고객과 응용처별 포트폴리오를 다변화해 경쟁력을 강화한다는 계획이다. 시장조사기관 옴디아에 따르면, 지난해부터 2026년까지 3㎚ 이하 연평균 성장률은 65.3%로, 전체 파운드리 시장 성장률(12.9%)의 5배가 넘는다. 삼성전자 관계자는 “AI 분야에서 고객 협력을 강화해 올해 AI 제품 수주 규모는 작년 대비 80% 이상 성장했다”며 “삼성 파운드리는 양적 1등이 아닌 질적 1등을 꿈꾸고 있다”고 말했다.
한편 이날 행사에는 영국 반도체 설계 기업인 Arm 르네 하스 최고경영자(CEO)와 캐나다 AI 반도체 기업 그로크의 조나단 로스 CEO 등이 각각 협력사와 고객사 자격으로 무대에 올라 AI를 주제로 발표했다.
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