[서울신문 나우뉴스]

TSMC A14. 출처=TSMC

현재 반도체 파운드리 시장의 절대 강자는 TSMC입니다. 만만치 않은 적수일 수밖에 없는 인텔과 삼성의 도전도 물리치고 여전히 미세 공정 파운드리를 독식하며 대체 불가능한 존재감을 과시하고 있습니다. 애플의 최신 A 시리즈 프로세서도, 엔비디아의 AI GPU도 심지어 인텔 프로세서까지 TSMC의 최신 미세 공정에 의존하고 있습니다. 최신 미세 공정 웨이퍼를 합리적인 가격과 만족할만한 성능에 대량으로 공급할 수 있는 회사는 현재 TSMC 외에 없기 때문입니다.

현재 TSMC의 최신 미세 공정은 3nm급 공정인 N3, N3E, N3X, N3P입니다. 하지만 올해 TSMC의 차세대 미세 공정인 2nm 공정의 첫 타자인 N2가 양산에 들어갈 예정입니다. N2는 TSMC 최초의 게이트 올 어라운드(GAA) 기술인 나노시트(Nanosheet)가 적용되는 최신 미세 공정으로 N3E와 비교해서 같은 전력에서 10~15% 정도 높은 성능 혹은 같은 성능에서 25~30% 낮은 전력을 소모합니다. 트랜지스터 밀도는 15% 정도 높아지기 때문에 더 크고 복잡한 프로세서를 제조할 수 있습니다.

N2에서는 새로운 캐패시터인 SHPMIM와 재배선층 (RDL)의 소재를 알루미늄에서 구리로 바꾸는 등 소소한 변화도 같이 적용할 예정입니다. 그리고 내년인 2026년에는 N2의 고성능 버전인 N2P를 제공함과 동시에 2026~2027년 사이 A16이라는 새로운 공정을 선보일 계획입니다.

TSMC 로드맵. 출처=TSMC

A16은 사실 물리적으로는 N2와 거의 동일한 공정이지만, 후면 전력 공급 기술(backside power delivery network·BSPDN)를 적용했다는 차이가 있습니다. 후면 전력 공급 기술은 전력층을 신호층과 분리해 트랜지스터 아래로 옮기는 방식으로 프로세서 구조를 단순화하고 배선 길이를 줄여 성능을 높일 수 있는 신기술입니다. 본래 후면 전력 공급 기술은 인텔이 20A에서 최초로 선보이려 했지만, 20A가 취소되면서 올해 18A 공정에서 최초 선보일 예정입니다. 사실 TSMC가 인텔보다 한발 늦게 되는 셈이지만, 양산 능력 및 트랜지스터 밀도 면에서 TSMC의 N2가 여전히 앞서 있는 유리한 상황입니다.

N2에서 GAA 기술을 적용하고 A16에서 후면 전력 공급 기술을 적용한 TSMC는 2028년에는 2세대 GAA 기술을 도입한 A14 (1.4nm) 공정 양산을 목표로 하고 있습니다. N2와 비교해 A14는 같은 복잡도와 전력에서 10~15% 정도 높은 성능을 내거나 같은 성능에서 20~30% 정도 전력 소모를 줄일 수 있습니다. 트랜지스터 집적도는 같은 면적에서 20~23% 정도 줄어들어 더 크고 복잡한 프로세서를 만들 수 있게 됩니다.

흥미로운 대목은 A14에서 바로 후면 전력 공급 기술을 적용하지 않고 2029년으로 1년 미뤘다는 것입니다. 그 이유는 정확히 밝히지 않았지만, 최대한 리스크를 줄이고 안전하게 로드맵을 만들어 고객들에게 제때 제품을 인도하려는 것으로 보입니다. TSMC는 매우 착실하게 로드맵대로 나아가는 것으로 유명합니다. 따라서 고객사들도 믿고 제품 계약을 맡길 수 있습니다. 경쟁사들이 TSMC의 독주를 멈추게 하기 위해서는 신뢰할 수 있는 로드맵을 제시하고 시간에 맞춰 양산에 들어가야 하는데, 사실 쉽지만은 않은 일입니다. 올해 양산 예정인 인텔의 18A가 독주를 멈추는 첫 시도가 될 수 있을지 주목됩니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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