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삼성, 3나노 반도체 세계 첫 양산… 기술력으로 TSMC 넘었다

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입력 :ㅣ 수정 : 2022-06-30 18:06 기업·산업 섹션 목록 확대 축소 인쇄

GAA 기술 적용 ‘게임 체인저’

파운드리사업부 5년 만에 신기원
고객사 3배 이상 늘어 100곳으로
전력 45% 절감·성능은 23% 향상
시스템반도체 선두 목표로 맹추격
AMD·퀄컴 등 ‘팹리스’ 유치 관건

세계 1등 기술 담은 반도체  삼성전자가 30일 세계 최초로 3나노 파운드리 공정 양산에 들어간 가운데 파운드리사업부의 정원철(왼쪽부터) 상무, 구자흠 부사장, 강상범 상무가 화성캠퍼스에서 3나노 웨이퍼를 소개하고 있다. 지난달 조 바이든 미국 대통령이 삼성전자 평택캠퍼스를 찾아 윤석열 대통령과 함께 서명한 것도 3나노 웨이퍼 시제품이었다.  삼성전자 제공
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▲ 세계 1등 기술 담은 반도체
삼성전자가 30일 세계 최초로 3나노 파운드리 공정 양산에 들어간 가운데 파운드리사업부의 정원철(왼쪽부터) 상무, 구자흠 부사장, 강상범 상무가 화성캠퍼스에서 3나노 웨이퍼를 소개하고 있다. 지난달 조 바이든 미국 대통령이 삼성전자 평택캠퍼스를 찾아 윤석열 대통령과 함께 서명한 것도 3나노 웨이퍼 시제품이었다.
삼성전자 제공

“메모리에 이어 파운드리를 포함한 시스템반도체 분야에서도 확실히 1등을 하도록 하겠다.”(2019년 시스템반도체 비전 선포식)

삼성전자가 전 세계 최초로 3나노(㎚·나노미터) 반도체 양산에 성공하며 이재용 삼성전자 부회장의 ‘2030년 시스템반도체 1위’ 목표에 한 발짝 더 다가서게 됐다.

삼성전자는 게이트올어라운드(GAA) 기술을 적용한 3나노 파운드리(반도체 위탁생산) 공정 기반의 초도 양산을 시작했다고 30일 밝혔다. 3나노 공정은 현재 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술로, GAA 기술을 적용한 것은 삼성전자가 첫 사례다. 파운드리 독립사업부를 꾸린 지 5년 된 삼성전자가 35년 역사를 자랑하는 파운드리 1위 업체 대만의 TSMC보다 기술적 우위에 선 것이다. 삼성전자는 3나노 반도체를 ‘게임 체인저’로 삼고 1위 추격에 본격 시동을 건다.
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3나노는 반도체 회로의 선폭을 가리키는 것으로, 머리카락 굵기의 10만분의3 수준이다. 선폭이 좁을수록 고효율, 고성능, 저전력의 반도체를 만들 수 있다. 웨이퍼에서 더 많은 칩을 만들 수 있어 생산성도 높아진다. GAA는 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 ‘채널’ 4개면을 스위치 역할을 하는 게이트가 상하좌우 전방위 4개면을 감싸는 형태다. 위·왼쪽·오른쪽 3개면만 감싸는 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력은 45%를 절감하고 성능은 23% 높아진다. 면적도 16% 축소돼 더욱 효율적인 활용이 가능하다. 내년에 도입할 GAA 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적 35% 축소 등으로 대폭 진화한다.

삼성전자가 파운드리 시장에서 기술로 먼저 치고 나가는 것은 높은 성장성 때문이다. 시장조사기관 옴디아에 따르면 삼성전자 파운드리사업부의 2021년 매출은 약 169억 달러로, 처음 파운드리사업부 자체로 매출 집계가 시작된 2018년(117억 달러)과 비교해 연평균 약 13%의 성장을 이어 가고 있다. 같은 기간 파운드리 시장 연평균 성장률(12%)보다 소폭 높다. 파운드리 고객사도 2017년 30곳에서 지난해 100곳 이상으로 4년 만에 약 3배 이상 증가했다. 삼성전자는 2026년까지 고객사를 300곳 이상 확보하겠다는 목표다.

특히 이번 3나노 양산은 독보적 1위인 TSMC보다 초미세공정 기술력에서 한발 앞서게 됐다는 점에서 의미가 크다. TSMC는 올 하반기에 GAA가 아닌 기존 핀펫 기반 3나노 반도체를 양산할 계획이다. 옴디아에 따르면 지난해 기준 TSMC가 전 세계 파운드리 시장 매출의 49.5%를 차지하고 있다. 삼성전자(16.3%), UMC(7.3%) 글로벌파운드리(5.8%), SMIC(4.8%)가 뒤를 잇는다.

결국 삼성전자의 최우선 과제는 추가 고객사를 끌어들여 점유율을 가져오는 데 있다. 3나노 파운드리 고객사로는 현재 글로벌 팹리스(생산시설 없이 반도체 설계를 전문으로 하는 업체)인 AMD, 퀄컴 등이 거론된다.

충분한 수율(양품 비율)을 내는 것도 관건이다. 수율이 60%라면 10개 제품을 생산해 4개 제품은 불합격을 받는다는 의미다. 앞서 삼성전자는 4나노 공정 수율에선 TSMC에 밀린다는 평가를 받았지만, 3나노 공정 수율은 개선된 것으로 전해졌다. 삼성전자 관계자는 “구체적인 수치를 밝힐 수는 없지만, 원활한 공급이 가능하다고 판단되는 수준까지 올라왔다”고 밝혔다. 삼성전자 파운드리사업부장 최시영 사장은 “앞으로도 차별화된 기술을 적극 개발하고, 공정 성숙도를 빠르게 높이는 시스템을 구축해 나가겠다”고 말했다.

나상현 기자
2022-07-01 19면
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