[비즈니스포스트] 세계 파운드리(반도체 위탁생산) 1위업체인 대만 TSMC가 고객사별로 첨단 공정을 최적화하는 데 어려움을 겪고 있는 것으로 전해졌다.

삼성전자가 첨단 파운드리공정에서 TSMC를 추격할 기회를 잡을 수 있다는 관측이 나온다.
 

7일 반도체업계에 따르면 애플전문가인 궈밍치 대만 TF인터내셔널 연구원은 자신의 트위터에 TSMC가 애플에 공급하는 제품에 올해까지는 5나노 공정 기술을 적용할 것으로 보인다는 분석을 내놨다.

TSMC가 올해 9월 출시될 아이폰14용 애플리케이션 프로세서(AP) A16 바이오닉 칩에 4나노 대신에 5나노 공정을 적용하기로 결정했다는 것이다.

양산이 가능한 공정 가운데 가장 첨단인 4나노 단계에서 TSMC가 안정화 및 고객사별 최적화에 어려움을 겪고 있어 애플이 수익성 방어와 칩 완성도를 높이기 위해 절충안을 선택하려는 것으로 분석된다.

TSMC는 퀄컴의 스냅드래곤8의 1세대 플러스 제품을 4나노 공정으로 출시한 바 있다. 이 공정의 수율은 70% 정도로 알려졌다.

하지만 퀄컴 외 애플 등 다른 고객사의 칩 생산에서는 4나노 공정 최적화와 양산 안정성에 여전히 불확실성이 큰 것으로 전해졌다.

이런 상황 속에서 삼성전자는 첨단공정 기술 안정화를 위한 시간을 벌 수 있을 것으로 예상된다.

삼성전자는 그동안 우려를 겪어왔던 4나노 공정도 수율을 개선하고 있는 것으로 알려졌다.

강문수 삼성전자 파운드리사업부 부사장은 올해 1분기 실적 발표 콘퍼런스콜에서 파운드리 첨단 공정 수율과 관련 "5나노 공정은 성숙 수율 단계에 접어들었다"며 "안정적 수율을 바탕으로 주요 고객사에 공급을 극대화하는 중이다"라고 말했다.

강 부사장은 "4나노는 초기 램프업(생산량 확대)은 다소 지연된 면이 있지만 조기 안정화에 주력해 현재 예상한 수율 향상 곡선 내로 진입한 상태다"라고 설명했다.

전자업계에서는 TSMC가 최첨단 3나노 공정 수율을 높이는데도 어려움을 겪고 있다는 관측이 제기된다.

대만 전자전문매체 디지타임스는 “TSMC가 3나노에서 수율확보에 어려움을 겪어 기존 기술로드맵을 여러 차례 수정했다"며 "3나노 수율 문제가 지속되면 안정적인 5나노 공정을 반도체 생산에 좀 더 이용할 것이다”고 말했다.

TSMC와 애플이 새로 나올 아이폰14용 칩에 5나노 공정을 적용하기로 하면서 이런 관측이 사실로 확인된 셈이다.

현재 TSMC는 3나노 공정에 기존 핀펫(FinFET) 구조를 그대로 적용하고 있다. 반도체의 구성을 이루는 트랜지스터는 전류가 흐르는 채널과 채널을 제어하는 게이트로 구분되는데 핀펫은 채널의 3면을 게이트가 둘러싸는 형태를 말한다.

핀펫 구조를 3나노 공정 이하에 적용할 경우 전류 흐름을 세밀하게 제어하는 채널 조정 능력을 개선하는 게 쉽지 않아 소비 전력과 처리 속도를 높이는 데 어려움이 따른다.

전자업계에서는 TSMC가 3나노까지 기존의 핀펫공정을 유지한 점이 문제를 일으킬 수 있다는 분석도 나온다.

삼성전자는 핀펫공정을 3나노에 적용하게 되면 발생할 문제를 해결하기 위해 게이트와 채널이 4면에서 맞닿는 '게이트-올-어라운드(GAA) 구조'를 3나노 공정에 적용하고 있다.

삼성전자와 TSMC가 3나노 공정에서 서로 다른 방식을 택하면서 반도체업계에서는 3나노 공정이 첨단 파운드리 분야의 진검 승부처가 될 것이라는 시선이 많다.

삼성전자는 늦어도 올해 안으로 3나노 공정 상용화에 들어갈 것으로 예상되는 반면 TSMC는 3나노 상용화가 내년으로 미뤄질 수 있다는 분석도 나온다. 

애초 삼성전자는 올해 상반기 중으로, TSMC는 하반기에 3나노 상용화에 들어갈 것으로 예상됐으나 이런 계획이 다소 늦춰질 수도 있을 것으로 전해졌다.

TSMC는 2나노 공정부터 게이트올어라운드 구조를 채택할 계획을 세우고 있다. 삼성전자가 3나노 공정부터 게이트올어라운드 노하우를 쌓는 만큼 차세대 첨단 공정인 2나노 공정 기술 경쟁력에서 앞서 나갈 가능성이 제기된다.

삼성전자는 최근 파운드리 사업부와 반도체 연구소 임원을 일부 교체하는 임원인사를 단행하며 전열을 가다듬고 있다. 인사규모는 20~30명에 달하는 것으로 알려진다.

주목할 부분은 메모리 반도체를 담당해온 임원들을 파운드리 핵심부서로 이동시킨 점이다.

삼성전자는 신임 파운드리 기술혁신팀장에 김홍식 글로벌제조&인프라총괄 메모리제조기술센터 부사장을 선임했다. 파운드리 제조기술센터장에는 남석우 DS부문 CSO 글로벌 및 제조·인프라총괄 부사장이 임명됐다. 남 부사장은 삼성전자 내에서 메모리반도체 공정 개발 전문가로 손꼽히는 인물이다.

이를 놓고 반도체업계에서는 메모리반도체 부문의 핵심 인재들을 파운드리 쪽으로 재배치해 기술 역량을 강화한 것이라는 분석이 나온다.

반도체업계 한 관계자는 “최근 수율과 최적화 과정에서 TSMC와 삼성전자를 놓고 여러 분석들이 나오고 있지만 아직 단언할 수는 없다”며 “첨단공정을 적용한 제품의 성능을 확인할 때까지 두 회사가 치열한 기술 경쟁을 벌일 것으로 보인다”고 말했다. 조장우 기자