삼성전자, 세계 최초 3나노 양산 성공

삼성전자가 세계 최초로 3나노 파운드리 출하에 성공했습니다. 일각에서는 ‘칩4’라는 위험 요인이 있는 데다 3나노의 즉각적인 실적 기여가 어렵다고 보는데요. TSMC를 제치고 점유율을 확대하기 위해서는 무엇보다도 ‘수율’ 확보가 중요할 전망입니다.

무슨 일이야?

지난 25일, 삼성전자가 GAA 기술을 적용한 3나노 파운드리 출하에 성공했습니다. 이로써 지난달 30일 발표했던 GAA 기반의 3나노 양산은 삼성전자가 전 세계에서 최초로 시작한 것이죠.

GAA 기술은 기존 핀펫(FinFET) 구조와 비교해 데이터 처리 속도와 효율이 높은데요. 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 4개의 면을 게이트(스위치)가 감싸는 형태입니다.
3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정보다 전력을 45% 절감, 성능은 23% 향상, 면적은 16% 축소했습니다.
삼성전자는 해당 공정을 고성능 컴퓨팅(HPC)와 모바일 시스템온칩(SoC) 등 다양한 제품군에 확대 및 적용할 방침입니다.

이번 양산의 관건은 수율(양품 비율)입니다. 세계 최초 3나노 공정 우위를 지키기 위해서는 수율이 뒷받침돼야 하죠.

올해 초 삼성전자 파운드리 위기설도 공정 수율 때문인데요. 올해 상반기 4나노 수율이 30%에 미치지 못하는 수준이었죠.
3나노 시험 수율은 올해 초 10~20%였는데요. 최근 30~40%가량으로 끌어올렸으나 4나노와 크게 다르지 않습니다. 오히려 GAA 구조를 최초로 적용하는 만큼 이전보다 수율 안정화가 더욱 어려울 것이라는 전망이죠.
그러나 반도체 업계는 긍정적인 분위기인데요. 오히려 4나노 수율은 50%까지 오르고 5나노 수율도 개선된다고 예상했습니다. 3나노도 최초 양산시에는 수율 안정화가 어려울 수 있으나, 칩 양산 이후부터는 경험을 토대로 수율이 가파르게 오를 수 있다는 것입니다.
현재 경쟁업체 TSMC가 퀄컴, 애플 등 주요 고객사를 가져가고 있는데요. 삼성전자는 3나노 공정을 통해 지난해 100곳 이상의 고객사를 확보한 데 이어, 2026년까지 300곳 이상을 확보하겠다는 계획입니다.

현재 10나노 미만의 미세공정이 가능한 기업은 삼성전자와 TSMC뿐인데요. 3나노 공정을 계기로 파운드리 시장에서 TSMC를 제칠 기회를 잡았습니다.

삼성전자의 파운드리 시장 점유율은 TSMC의 절반도 못 미칩니다. 올해 1분기 파운드리 매출 점유율은 TSMC가 53.6%, 삼성전자가 16.3%인데요. TSMC의 시장 점유율은 높아졌지만, 삼성전자는 2%P 감소하며 격차가 더 벌어졌죠.
하지만 10나노 미만의 미세공정 시장에서는 삼성전자의 점유율이 40%까지 증가하는데요. GAA 3나노 반도체 성공과 고성능 제품 수요에 따라 삼성전자의 점유율이 더욱 확대될 것이라는 전망입니다.
TSMC는 현재 4나노 공정까지 생산하고 있는데요. 3나노 공정은 핀펫 구조를 개선한 ‘핀플렉스’ 기술을 기반으로 올해 말부터 양산에 들어갈 계획입니다. 현재는 3나노 반도체에서는 삼성전자와 성능 차이가 나는 것이죠.
한편, 삼성전자의 출하 성공에 정부도 파운드리 생태계를 지원하기 위해 노력하고 있습니다. 국내 유망 팹리스 30개 사를 ‘스타 팹리스’로 선정하거나 반도체 단지의 용적률 최대 1.4배 상향, 반도체 인력 공급 등의 지원방안을 마련했죠.

미국 주도의 반도체 동맹 ‘칩4’이 삼성전자에는 위기일지도 모릅니다. 게다가 당장 3나노 공정에 대한 즉각적인 실적 기여를 기대할 수 없다는 평가도 있는데요.

삼성전자는 중국에서 미국으로 생산기지를 확대하는 중입니다. 향후 20년간 텍사스주에 약 1,900억달러 규모의 공장 11개를 추가로 건설할 계획이죠.
그러나 삼성전자와 TSMC 모두 중국 시장이 큰 비중을 차지하는 만큼 ‘칩4’ 동맹 관계에 영향을 받는데요. 동맹 내에서의 관계나 국가 전략에 따라 상황이 달라질 수 있다는 분석입니다.
일각에서는 삼성전자의 파운드리 매출 성장이 둔화할 것으로 보는데요. 3나노 고객사인 중국 가상화폐 ASIC 업체에 대한 생산 물량은 미미한 수준이라며, 4나노 수율 문제를 경험했던 고객사는 3나노 공정 도입에 보수적인 상황이라고 설명했습니다.
결국 1세대 공정의 안정적인 수율 확보가 중요합니다. 수율이 제대로 확보돼야만 2024년 2나노 공정 이후의 신규 고객사를 확보하는 것이 파운드리 실적에 기여할 수 있다는 지적입니다.

삼성전자는 반도체 ‘수율’ 문제로 연이은 위기를 겪고 있는데요. 결국 경쟁사인 대만 TSMC에 밀려 고객사를 뺏기고 있다는 소식까지 들려옵니다. 삼성전자가 마주한 반도체 위기, 아래에서 확인해볼까요?

다들 기업들의 반도체 소식을 이해하기 어려웠던 경험, 한 번쯤은 있지 않나요? 메모리반도체, 시스템 반도체, 이미지 센서 등 반도체는 그 종류가 정말 많은데요. 어려운 반도체 칩, 이제 BYTE+에서 정리해보세요