삼성전자, 조만간 2나노 공정 성능 평가 최종 단계
3나노 GAA 수율 안정화되면서 2나노 수주 총력전

삼성전자 평택 반도체 공장./삼성전자 제공

삼성전자 파운드리(반도체 위탁생산) 사업부가 2㎚(나노미터·1㎚는 10억분의 1m) 공정 물량 수주를 위해 엔비디아, 퀄컴 등과 공정 평가를 진행 중인 것으로 알려졌다. 게이트올어라운드(GAA)가 처음으로 적용된 3㎚ 공정 수율이 안정화되면서 이를 개선한 2㎚ 공정 고객사 확보에 주력하고 있는 것으로 분석된다. TSMC가 애플의 애플리케이션 프로세서(AP)와 엔비디아의 인공지능(AI) 가속기 등을 수주해 격차를 벌리자, 삼성전자도 고객사 다변화를 통해 추격에 고삐를 죄고 있다.

GAA 공정은 반도체의 전류가 흐르는 4개의 게이트가 채널을 모든 방향으로 감싸 누설 전류를 최소화하고 반도체 성능을 높인 기술이다. 기존에 활용된 핀펫(Fin-Fet) 기술은 GAA 공정과 달리 3면을 감싸는 방식으로 공정이 진행된다. 삼성전자는 파운드리 3㎚ 공정에서 세계 최초로 이를 적용했지만, 수율 불안과 성능 향상에 어려움을 겪으며 수주 부진에 시달렸다.

13일 업계에 따르면, 삼성전자 파운드리 사업부는 조만간 엔비디아의 그래픽처리장치(GPU)와 퀄컴의 AP에 대해 2㎚ 공정 성능 평가 최종 단계에 돌입할 것으로 알려졌다. 삼성전자 파운드리 사업부는 현재 양산을 통해 수율을 끌어올리고 있는 ‘엑시노스 2600′ 물량뿐만 아니라 고객사 다변화를 위해 사활을 걸고 있다. 현재 삼성전자의 2㎚ 공정 수율은 40%를 상회한 것으로 전해진다.

삼성전자 파운드리 사업부는 GAA 기술을 처음 적용한 3㎚ 공정 수율이 최근 60%를 넘어선 것으로 전해지면서 2㎚ 공정 수율 제고에도 탄력을 받을 것이란 분석이 나온다. 2㎚ 공정은 3㎚와 마찬가지로 GAA 기술이 적용되고, 3나노 공정을 개선해 개발됐다. 당초 삼성전자 파운드리 사업부는 GAA 기술을 처음 적용한 3㎚ 공정에서 수율 제고에 난항을 겪으며 이를 통해 양산된 시스템LSI 사업부의 엑시노스 2500 사업이 좌초된 바 있다.

삼성전자 고위 관계자는 “삼성전자 파운드리 사업부는 GAA를 업계 최초로 도입해 시행착오를 겪었다. 초기 수율을 잡는 데 어려움이 따랐지만, 이 같은 경험이 2㎚ 첨단 공정 수율 안정화에 밑바탕이 될 것”이라고 했다.

현재 퀄컴과 엔비디아는 TSMC와도 2㎚ 공정에서 협업을 진행 중이다. 다만, 퀄컴과 엔비디아는 제조사 다변화 차원에서 삼성전자 파운드리 사업부와도 양산을 위한 준비 작업에 착수한 것으로 분석된다. 퀄컴은 모바일에 탑재되는 스냅드래곤 등 AP를, 엔비디아는 GPU 물량을 삼성전자 파운드리 사업부와 협업해 양산을 추진 중이다.

반도체업계 관계자는 “대만 해협에서 지정학적 리스크가 날로 심화되고 있는 가운데, 글로벌 빅테크 기업도 TSMC에만 생산을 의존할 수 없는 상황”이라며 “초기에는 수율이 예상보다 저조했지만, 최근 진행된 평가에서는 긍정적인 결과가 도출됐다”고 했다.

삼성전자는 3㎚ 이하 첨단 공정에서 TSMC와 격차가 벌어진 만큼 빅테크 수주에 총력을 다할 것으로 전망된다. TSMC는 지난 9일 실적 컨퍼런스콜에서 3㎚ 이하 첨단 공정에서 발생하는 매출이 22%를 상회했다고 발표했다. 또, 2㎚ 공정의 잠재 수요가 3㎚ 공정을 크게 웃돌았다고 밝혔다.

TSMC는 대만 현지 생산라인뿐만 아니라 미국 애리조나 팹에서도 2㎚ 공정을 가동할 계획이다. TSMC는 애플의 AP 물량을 수주해 양산에 돌입했으며, AMD의 차세대 AI 가속기도 애리조나 팹을 통해 2㎚로 양산할 예정이다. TSMC의 2㎚ 공정 수율은 60%를 상회하는 것으로 알려졌다.

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