[서울=뉴스핌] 김지나 기자 = 삼성전자는 파운드리 3나노 공정에 최초로 적용한 GAA(Gate All Around·게이트 올 어라운드) 기술을 앞세워 기술 리더십을 확보하는 한편 통합 AI솔루션을 제공할 계획이다. 1.4나노미터(mn) 공정은 2027년 양산이란 정해진 로드맵에 따라 진행될 계획이다.

삼성전자는 12일(현시시간) 미국 실리콘밸리에서 '삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)'를 개최하고 AI시대를 주도할 파운드리 기술 전략을 공개했다. 삼성파운드리포럼은 삼성전자에서 주최하는 전세계적 연례행사로 삼성 파운드리의 비전과 영향력 있는 기술 혁신에 대한 인사이트를 공유하는 자리다.

◆파운드리 3nm 연평균 92% 성장...GAA로 TSMC 추격

전세계 파운드리 시장은 빠르게 성장하고 있다. 시장조사업체 옴디아에 따르면 파운드리 시장 규모는 2023년 1034억 달러, 2024년 1204억 달러, 2025년 1427억 달러, 2026년 1649억 달러, 2027년 2013억 달러 등으로 연평균 18%씩 성장할 것으로 예상됐다. 특히 선단공정이 빠르게 성장하며 전체 파운드리 시장 규모를 키울 것으로 예상되는 상황이다.

6월 12일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 열린 '삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)'에서 최시영 삼성전자 파운드리 사업부장 사장이 기조연설을 하고 있다. [사진=삼성전자]

파운드리 시장에서 3nm 이하 매출은 2023년 35억 달러, 2024년 153억 달러, 2025년 285억 달러, 2026년 361억 달러, 2027년 472억 달러 등으로 연평균 성장률은 92%에 달할 것으로 기대됐다.

하지만 파운드리 세계 1위 업체인 대만 TSMC와 삼성전자의 올 1분기 시장 점유율 격차는 점점 더 벌어지고 있다. 대만 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올해 1분기 TSMC의 매출은 188억4700만 달러로 전 분기 대비 4.1% 감소했다. 반면 경쟁사들의 부진 속 TSMC의 시장 점유율은 61.7%로 전분기 16.2% 보다 0.5%포인트 늘었다.

2위인 삼성전자의 1분기 매출은 전분기보다 7.2% 줄어든 33억5700만 달러를 기록했고 시장 점유율은 11.0%로 전 분기(11.3%) 보다 0.3%포인트 감소했다. 이에 따라 TSMC와 삼성전자 간 점유율 격차는 전분기 49.9%포인트에서 올해 1분기 50.7%포인트로 확대됐다.

삼성전자는 TSMC로부터 파운드리 주도권을 가져오기 위해 GAA 공정을 2022년 6월 최선단 공정인 3nm에 세계 최초로 적용했다. GAA는 반도체 트랜지스터 구조를 개선한 차세대 공정 기술로 이것을 통해 삼성전자는 2나노부터 삼성전자가 TSMC 기술을 추격할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부 사장은 파운드리포럼 기조연설을 통해 "AI를 중심으로 모든 기술이 혁명적으로 변하는 시점에서 가장 중요한 건 AI 구현을 가능하게 하는 고성능·저전력 반도체"라며 "삼성전자는 AI 반도체에 최적화된 GAA 공정 기술과 적은 전력 소비로도 고속 데이터 처리가 가능한 광학 소자 기술 등을 통해 AI 시대에 고객들이 필요한 원스톱(One-Stop) AI 솔루션을 제공할 것"이라고 강조했다.

◆기존 파운드리 공정로드맵에 'SF2Z'·'SF4U' 2나노 新공정

이번 파운드리 포럼에서 주목됐던 1nm 공정 양산 계획에는 변화가 없었다. 삼성전자는 2027년 1.4nm 공정양산을 계획하고 있다. 당초 TSMC는 2024년 2nm 2027년 1.4nm 공정을 도입하겠다고 밝혔는데, 중간에 1.6nm급인 A16 기술을 2026년 하반기에 도입하겠다고 했다. 1nm대 진입계획을 1년 가까이 앞당기는 계획을 발표하며 업계에선 삼성전자가 이번 파운드리포럼에서 1.4nm 공정 양산 시점을 앞당길 수 있다는 예측도 나왔지만, 기존 양산 일정을 유지했다.

삼성전자 측은 "3나노 공정에 GAA 트랜지스터 기술을 최초로 적용해 2022년부터 양산중이며, 올해 하반기엔 2세대 3나노 공정 양산을 시작할 계획"이라며 "삼성은 GAA 양산 경험을 누적해 경쟁력을 갖췄으며 2나노에도 지속 적용할 예정"이라고 밝혔다. 이어 "삼성전자GAA 양산 규모는 2022년 대비 꾸준히 증가하고 있으며, 선단공정 수요 성장으로 인해 향후 지속적으로 큰 폭으로 확대될 것"이라고 전망했다.

GAA 공정을 중심축으로 선단공장의 기술 리더십을 확보하겠다는 전략과 선단제품의 양산 시점 등과 같은 큰 방향성에는 변화가 없었지만, 삼성전자는 이번 행사를 통해 기존 파운드리 공정 로드맵에서 SF2Z, SF4U를 추가로 공개했다.

삼성전자는 후면전력공급 기술(BSPDN·Back Side Power Delivery Network) 기술을 적용한 2나노 공정(SF2Z)을 2027년까지 준비한다는 계획이다. BSPDN은 전류 배선층을 웨이퍼 후면에 배치해 전력과 신호 라인의 병목 현상을 개선하는 기술이다. SF2Z는 기존 2나노 공정 대비 PPA(소비전력·성능·면적의 약자) 개선 효과뿐 아니라, 전류의 흐름을 불안정하게 만드는 '전압강하' 현상을 대폭 줄일 수 있어 고성능 컴퓨팅 설계 성능을 향상시킬 수 있다.

한편 이날 삼성전자 파운드리포럼에는 지난달 21일 삼성전자 반도체 사업부 디바이스솔루션(DS) 부문장이 된 전영현 부회장이 참석할 지 주목됐지만, 전 부회장은 참석하지 않았다.

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