올해 최대 화두는 '2나노'···뛰는 삼성 나는 TSMC

인공지능 수요 높아지자 '2나노' 전쟁 서막

삼성 차별점에 효율·성능 높은 'GAA' 기술

수율 확보는 과제···2나노에 역량 쏟는다

그래픽=박혜수 기자

글로벌 파운드리 업체 삼성전자와 대만 TSMC가 올해 2나노 시장에서 본격적으로 맞붙는다. 삼성전자는 TSMC를 따라잡기 위한 추격의 불씨를 지폈고, TSMC는 대형 고객사 수주에 힘입어 삼성전자를 따돌리겠다는 모양새다.

14일 관련 업계에 따르면 양사는 올해 차세대 공정인 2나노 시장에서 각각 반도체 수주 성과를 한층 더 올리겠다는 목표다. 삼성전자와 TSMC는 인공지능(AI) 기반의 반도체를 생산하고 있는데, 글로벌 AI 수요가 급격하게 높아지면서 이들 역시 기술개발과 양산에 열을 올리고 있는 것으로 풀이된다.

먼저 삼성전자는 올해 상반기 2나노 공정 시험생산을 앞두고 있다. 이에 따라 지난해 4분기부터는 화성사업장 파운드리 라인(S3)에 2나노 생산 장비도 순차적으로 반입했다. 특히 작년 하반기에는 일본 최대 AI 기업 '프리퍼드네트웍스'(PFN)로부터 2나노 기반 AI 가속기 수주를 받았고, 최근에는 국내 신경망처리장치 기업으로부터도 수주에 성공한 것으로 알려졌다.

TSMC는 이미 지난해 말 진행한 2나노 시험생산에서 60%의 수율을 확보한 것으로 전해진다. 또 대만 공장 외에 미국 애리조나 공장에도 2나노 공정을 도입한다. TSMC는 올해부터 본격적인 양산 체제에 돌입한다는 계획이다.

일각에서는 글로벌 업체들의 신뢰감이 더 높은 TSMC가 올해 2나노 공정에서도 승기를 잡는 것 아니냐는 관측에 무게를 싣고 있다. 이미 TSMC는 전 세계 파운드리 시장서 압도적인 점유율을 보유한데다, 3나노서도 애플과 퀄컴, 엔비디아 등 글로벌 빅테크 기업들이 물량 전부를 맡긴 바 있다.

다만 여기서 'GAA'(Gate-All-Around) 공법이 삼성전자의 차별점으로 떠올랐다. 앞서 삼성전자는 지난 2022년 GAA 기술이 적용된 3나노 파운드리 공정 기반의 초도 양산을 시작했는데, 이 공법은 삼성전자가 전 세계서 처음으로 경험했다. GAA 기술은 전류가 흐르는 채널 4개면을 동그랗게 감싼 형태로, 기존의 핀펫 구조 대비 전력 효율과 데이터 성능이 뛰어나다. TSMC는 여전히 기존 기술인 핀펫 기술을 유지하고 있다.

TSMC의 높은 제품 가격도 삼성전자에게 반사이익으로 돌아올 수 있을지 업계 이목도 쏠린다. 외신 보도 등에 따르면 TSMC는 최근 2나노 공정 웨이퍼 가격을 기존 3나노보다 50%가량 인상했다. 이에 따라 애플 등 주요 고객사들은 계약 시점을 미룬 것으로 알려졌다.

다만 TSMC의 제품 가격은 높을 수밖에 없다. TSMC가 주력으로 사용하는 노광장비 제품은 한 대당 2000억원 이상을 상회할 정도로 가격이 높다. 특히 노광장비는 네덜란드의 'ASML'이 제작하는데, ASML마저도 해당 장비를 1년에 몇 대밖에 생산하지 않기 때문에 가격이 비싸다. 다만 업계는 당장 TSMC가 제한적으로 2나노를 생산하고 있지만, 향후 수요가 늘어나게 되면 2나노도 점차 늘릴 것으로 예측하고 있다.

삼성전자의 남은 과제는 수율(생산품 대비 정상품의 비율) 확보다. 앞서 삼성전자는 3나노 2세대 공정에서도 수율 확보에 어려움을 겪으며 시장의 우려를 샀다. 삼성전자는 3나노의 뼈아픈 경험을 바탕으로 2나노 공정에서 역량을 쏟아붓겠다는 전략이다.

다만 당장 유리한 기업을 따지기에는 이르다는 의견도 나왔다. 이종환 상명대학교 시스템반도체공학과 교수는 "삼성전자는 3나노에서 GAA 기술을 전 세계서 처음으로 경험한 기업이기 때문에, 2나노에서는 타 기업에 비해 양산을 위한 기술개발 측면에서는 조금 더 유리할 수는 있다"고 말했다.

그러면서 "다만 TSMC 역시 같은 부분에 강점이 있고, 그간 글로벌 빅테크 기업들에게 신뢰감을 받아온 기업이기 때문에 유리한 기업을 꼽기는 섣부른 측면이 있다"고 말했다.