애플·TSMC, '3나노 동맹'···자신감 보이는 삼성

대만 언론, "아이폰15 AP 3나노 공정 적용"

TSMC 전량 생산···"속도 높이고 전력 줄여"

3나노 경쟁 치열, 2023년 비중 10% 넘을 듯

고객사 확보 최대 관건···"내년 평가 다를 것"

그래픽=박혜수 기자

글로벌 1위 파운드리(위탁생산) 기업 TSMC에 호재가 생겼다. 애플이 아이폰15 시리즈 AP(어플리케이션 프로세서)에 3나노미터(1㎚는 10억분의 1ｍ) 공정을 적용하기로 하면서다. 삼성전자는 이미 6월부터 누설 전류를 보다 효과적으로 제어하는 GAA(Gate-All-Around) 기반 3나노 칩 양산을 시작했으나 애플과 TSMC 동맹을 우려해야 하는 상황에 처했다.

하지만 세계 최초 기록을 세운 삼성전자는 파운드리에 자신감을 내비치고 있다. TSMC보다 한발 앞선 기술 로드맵을 세우며 '초격차'에 나설 수 있다는 것이다. '게임체인저'로 불리는 3나노 공정 비중은 내년부터 크게 확대될 것으로 분석되는데 업계에선 고객사의 신뢰 확보가 삼성의 과제가 될 것으로 전망하고 있다.

11일 대만 경제일보에 따르면 내년 9월 출시가 예상되는 아이폰15 프로 모델에는 3나노 공정이 적용된 A17 바이오닉이 탑재된다. 애플 AP에 3나노가 쓰이는 건 이번이 처음이다. 프로세서는 애플과 밀월 관계를 구축한 TSMC가 전량 생산할 예정이다. TSMC는 공개적으로 3나노 칩 생산에 어려움을 토로했으나 기술력은 끌어올렸다고 평가하고 있다.

지난해 웨이저자 TSMC 최고경영자(CEO)는 "3나노 공정 기술 개발이 5나노에 비해 3~4개월 늦었다"고 밝힐 정도로 3나노 칩 생산에 애를 먹고 있다. 또 TSMC는 3나노 칩 대량 생산 시점을 올해 하반기로 정하고 9월부터 생산하기로 했으나 장비 수급 문제로 일정을 4분기 말로 연기한 상태다. 삼성전자보다 약 6개월 늦은 셈이다.

TSMC의 3나노 칩은 N3 기술이 적용된다. TSMC는 같은 공정이라도 세대가 달라지면 숫자 뒤에 알파벳을 붙여 구분하는데 3나노 칩 기술로는 N3, N3E, N3P 등이 있다. TSMC는 N3 기술은 5나노의 N5 대비 같은 전력에서 속도는 최대 15% 높이고 전력은 30% 줄어든다고 소개하고 있다. 관련 기술은 모바일을 비롯해 HPC(고성능 컴퓨팅) 등에 사용될 예정이다.

내년부터 아이폰 AP에 3나노 공정이 적용되면서 삼성전자와 TSMC 사이 파운드리 경쟁은 한층 치열해질 전망이다. 양사의 파운드리 점유율은 3배 이상 벌어졌지만 10나노 이하 비율은 6대 4 수준인 것으로 알려졌다. 삼성전자로선 TSMC를 따라잡기 위해 초미세 공정 시장을 노려야 하는 셈이다. 시장에선 2023년부터 3나노 비중이 크게 오를 것으로 전망한다.

시장조사업체 옴디아에 따르면 올해 파운드리 시장에서 3나노 점유율은 4%를 기록할 전망이다. 7·6나노(16%), 5나노(15.7%) 대비 3분의 1 수준에 불과한 수치다. 하지만 3나노 비중은 2023년 10%를 넘어서고 2024년에는 16.1%까지 치솟아 7·6나노(13.3%), 5나노(15.9%)를 넘어설 것으로 예측됐다. 3나노 공정이 파운드리 시장의 '게임체인저'로 평가되는 이유다.

삼성전자는 TSMC보다 빨리 3나노 칩 생산을 시작했으나 고객사 확대에 어려움을 겪는 것으로 알려졌다. 업계에선 삼성전자의 주요 고객사로 중국의 비트코인 기업을 꼽고 있다. 애플과 비교해 이름값이 떨어지는 게 사실이다. 아이폰 판매량을 고려하면 3나노 시장에서 TSMC의 점유율이 크게 확대될 것으로 보여 삼성전자는 긴장의 끈을 놓을 수 없는 입장인 상태다.

김양팽 산업연구원 연구위원은 "주요 기업 요구에 맞는 제품이 양산돼야 하는데 삼성전자는 수율(완성품 중 합격품 비율) 문제로 고객사에 외면받은 부문이 있다"고 했다. 이어 "아직 3나노 칩을 양산하지 않은 TSMC를 선택하는 건 삼성이 고객사와 관계 형성에 부족했던 부문"이라며 "고객사와 관계를 구축하려면 수율의 신뢰성과 안정성이 담보돼야 할 것"이라고 말했다.

다만 경영진은 고객사 확보에 자신감을 내보이고 있다. 삼성전자 반도체 사업을 총괄하는 경계현 대표는 지난 9월 "고객 얘기로는 삼성 3나노 공정에 대한 기대가 크다"며 "파운드리 평판이 내년 말쯤에는 지금과 크게 달라져 있을 것"이라고 말했다. 지난달엔 강문수 삼성전자 파운드리사업부 부사장이 "지난해 파운드리 고객 수는 2019년 대비 2배 이상 증가했다"며 "2027년에는 5배 이상 고객 확보를 목표로 하고 있다"고 밝혔다.