TSMC, 1나노 '선공'···삼성전자는 "일단 수율부터"

"2026년 하반기 1.6나노 도입" 삼성전자보다 빨라

수율 부진하자···삼성전자, TSMC와 점유율 벌어져

내년부터 '디지털 트윈' 적용···이재용도 팔 걷어

그래픽=박혜수 기자

세계 1위 파운드리(위탁생산) 기업인 대만의 TSMC가 1나노(㎚·1나노=10억 분의 1m) 칩 양산을 1년 앞당기기로 했다. TSMC의 로드맵은 올해 말 1.8나노 공정을 도입하기로 한 미국의 인텔보다는 느리지만 삼성전자와 비교하면 1년 빠르다.

삼성전자는 최선단 공정을 서둘러 개발하기보다 수율(완성품 중 양품 비율) 안정화에 방점을 찍었다. TSMC와의 파운드리 점유율이 확대된 원인으로 수율이 지적되고 있는 만큼 3나노 중심의 수율을 개선해 경쟁력을 확보하겠다는 계산이다.

29일 업계에 따르면 TSMC는 최근 미국 캘리포니아주 샌타클래라에서 열린 기술 콘퍼런스에서 "A16 기술을 2026년 하반기에 도입한다"고 발표했다. A16 기술은 1.6나노 공정을 의미하며 TSMC가 관련 기술 도입을 언급한 건 이번이 처음이다. 당초 이 기업은 2025년 2나노, 2027년에는 1.4나노 공정을 도입하겠다고 밝힌 바 있다.

TSMC의 이번 계획은 삼성전자보다 한발 앞선다. 삼성전자는 TSMC와 같은 시기에 2나노, 1.4나노 공정을 도입하겠다고 밝혔으나 1.6나노 칩 생산 계획은 갖고 있지는 않다. 지난 2022년 상반기 세계 최초로 3나노 칩 양산을 시작한 삼성전자로선 1나노급 파운드리 로드맵에서 TSMC에 밀려있는 셈이다.

삼성전자는 TSMC보다 약 6개월 먼저 3나노 칩 양산을 시작했으나 TSMC와의 점유율은 오히려 확대된 상태다. 시장조사업체 트렌드포스가 집계한 지난해 4분기 TSMC의 파운드리 점유율은 61.2%로 전 분기 대비 3.3%포인트 증가한 반면 삼성전자는 12.4%에서 11.3%로 줄어들었다. TSMC 점유율이 60%를 넘긴 건 지난해 1분기 이후 3개 분기 만이다.

업계에선 수율 확보가 제대도 되지 못한 점을 패인으로 꼽는다. 삼성전자는 올해 상반기 안에 3나노 2세대 공정을 도입하기로 했는데 목표 수율은 60%를 정한 것으로 알려졌다. 연합보 등 대만 언론이 보도한 TSMC의 올해 3나노 목표 수율이 80% 이상인 점을 고려하면 약 20% 뒤처진 것이다.

삼성전자는 1나노급 칩을 서둘러 양산하기보다 수율을 높이는 방향으로 파운드리 역량을 강화할 계획이다. 수주에 의한 외부 매출로 보면 파운드리 점유율 2위 기업이라고는 하지만 후발 업체인 만큼 미세공정 숙련도가 상대적으로 떨어질 수밖에 없기 때문이다.

당장 내년에는 반도체 공장에 AI(인공지능)와 빅데이터를 활용한 '디지털 트윈' 기술을 시범 적용하기로 했다. 디지털 트윈은 가상의 스마트 팩토리를 구현해 가상 환경에서 설계된 공정을 다각도로 시뮬레이션해 제품에서 발생할 수 있는 문제점이나 제조 공정상 생길 수 있는 오류를 미리 예측할 수 있다. 앞서 삼성전자는 2022년 11월 개최한 AI 포럼에서 디지털 트윈이 반도체 초격차 전략을 지탱할 핵심기술이 될 것이라 밝혔다.

6일(현지 시간) 독일 오버코헨 ZEISS 본사를 방문한 이재용 삼성전자 회장(가운데)이 칼 람프레히트 ZEISS그룹 CEO(왼쪽에서 세 번째)와 크리스토프 푸케(오른쪽) ASML CEO 등과 함께 기념사진을 찍고 있다. 사진=삼성전자 제공

이재용 삼성전자 회장도 독일 자이스(ZEISS) 본사를 찾아 파운드리 협력을 논의했다. 자이스는 초미세공정에 반드시 필요한 EUV(극자외선) 관련 핵심 특허를 2000개 이상 보유하고 있는 글로벌 광학 기업으로 이 장비를 세계에서 유일하게 양산 중인 네덜란드 ASML에 광학 시스템을 독점 공급하고 있다.

이 회장은 자이스 경영진과 반도체 핵심 기술 트렌드 및 양사의 중장기 기술 로드맵에 대해 논의했고 자이스의 공장을 방문해 최신 반도체 부품 및 장비가 생산되는 모습을 직접 살펴봤다. 특히 이 자리에는 CEO로 선임된 지 일주일이 채 지나지 않은 리스토프 푸케 ASML CEO도 동행해 눈길을 끌었다. 이 회장이 ASML CEO를 만난 건 지난해 12월 피터 베닝크 전 CEO와 만난 이후 약 4개월 만이다.