학계 "삼성 반도체의 최대 숙제는 '수율 확보'"

TSMC·삼성전자, 하반기 나란히 2나노 공정 양산

수율 확보·생산 안정성이 핵심 변수로 떠오를 듯

'다크호스' 美 마이크론, 현지 투자 공격적 확대

삼성전자와 글로벌 파운드리 1위 업체 대만 TSMC가 올해 하반기 나란히 2나노 공정 양산에 나선다. 업계에서는 양사 기술 경쟁이 본격화되는 가운데, 삼성전자가 수율(생산품 대비 정상품의 비율) 확보와 고객사 수주 측면에서 TSMC에 뒤처지고 있다는 위기감을 내비치고 있다.

18일 관련 업계에 따르면 삼성전자와 TSMC는 올해 하반기 나란히 차세대 2나노 공정 양산을 앞두고 있다. 2나노 공정은 반도체 회로선폭이 2나노미터(1nm=10억분의 1m) 수준으로, 기존 3나노 대비 전력 효율성과 성능이 향상된 초미세 공정이다. 이번 2공정에서는 두 회사 모두 게이트올어라운드(GAA) 구조를 적용할 것으로 알려졌다.

이번 양산 과정에서는 수율 확보와 생산 안정성이 경쟁의 핵심 변수가 될 것으로 전망된다. 그러나 이미 양사 간 수율 격차는 뚜렷하게 벌어진 것으로 풀이된다. 실제 TSMC는 2나노 GAA 공정에서 수율을 90% 이상 확보한 것으로 알려진 반면, 삼성전자는 3나노 공정에서 수율 저하로 사실상 양산에 실패해 생산량을 크게 끌어올리지 못한 상태다. 이로 인해 업계 일각에서는 삼성전자가 2나노 공정 경쟁에서도 TSMC에 주도권을 내줄 가능성이 커졌다고 분석하는 분위기다.

메모리 부문에서는 미국 마이크론의 추격이 거세다. 마이크론은 최근 미국 내 반도체 투자 규모를 기존보다 300억달러 늘린 2000억달러로 확대한다고 밝혔다. 이 가운데 1500억달러는 메모리 칩 생산에, 500억달러는 연구개발(R&D)에 투입될 예정이다. 특히 고대역폭메모리(HBM) 생산을 위한 첨단 패키징 역량 강화에도 집중하고 있다.

그동안 마이크론은 대량 생산 시설 부족으로 글로벌 시장에서 경쟁력이 낮다는 평가를 받아왔다. 다만 차세대 HBM 기술에서 전력 효율 등의 기술능력과 생산능력까지 갖출 경우, 삼성전자를 위협할 수 있는 주요 경쟁자로 부상할 것이란 관측도 나오고 있다.

향후 반등을 위해서는 양산성 확보가 가장 큰 과제라는 진단도 나왔다. 이종환 상명대학교 시스템반도체학과 교수는 "2나노·3나노 같은 초미세 공정에서는 수율과 양산성이 가장 중요한데, 현재 TSMC는 2나노 GAA 공정에서도 수율이 높다는 평가가 있어 삼성전자에 불리한 상황"이라고 말했다.

그는 이어 "다만 2나노는 동급 공정이기 때문에 삼성도 수율을 안정적으로 확보하고 고객사로부터 수주를 받아낸다면 반등의 여지는 있다"며 "하지만 현재 TSMC는 해외 대규모 투자까지 더해 매우 공격적으로 움직이고 있어 삼성의 점유율 회복은 쉽지 않은 상황"이라고 덧붙였다.

파운드리 사업부를 분사해야 한다는 의견도 나왔다. 박상인 서울대학교 행정대학원 교수는 "삼성전자가 설계와 제조를 함께 운영하다 보니, 고객사들이 최신 설계 도면이 유출될 것을 우려해 파운드리 수주를 꺼리는 구조가 만들어졌다"며 "이로 인해 TSMC와의 격차가 갈수록 벌어지고 있으며, 특히 3나노 수율 확보에 실패한 것이 결정적 타격이 됐다"고 진단했다.

그는 이어 "올해 안에 분사 등 조치를 하지 않으면 파운드리 사업은 사실상 회생이 어려울 수 있고, 지금은 민간 펀드가 파운드리를 인수해 완전히 독립된 회사로 새롭게 출범시켜야 할 시점"이라며 "TSMC처럼 전문 경영인이 이끄는 구조로 재편해야 밑 빠진 독 같은 구조적 문제도 해결할 수 있을 것"이라고 부연했다.