삼성전자가 파운드리(반도체 위탁생산) 사업의 경쟁력 제고를 위해 2025년 2나노미터 공정 양산을 목표로 제시했다. 삼성전자는 지난해 세계 최초로 3㎚ 공정 양산을 시작한 바 있다.

27일(현지시간) 삼성전자는 미국 실리콘밸리에서 '경계를 넘어서는 혁신'을 주제로 '삼성 파운드리 포럼 2023'을 개최하고 인공지능(AI) 시대에 직면한 반도체 산업의 한계와 그 극복방안을 제시했다.

이날 포럼에 참석한 최시영 삼성전자 파운드리사업부 사장은 기조연설을 통해 "많은 고객사가 자체 제품과 서비스에 맞는 AI 전용 반도체를 개발하고 있다"며 "삼성전자는 AI 반도체에 최적화한 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터 기술을 혁신해 AI 패러다임 변화를 주도하겠다"고 말했다.

특히 삼성전자는 2나노미터 등 첨단 공정에서의 초격차 기술을 앞세워 업계 1위인 대만 TSMC와의 경쟁에서 우위를 확보하겠다는 전략이다. 최 사장은 “2㎚ 양산 범위를 2025년 모바일, 2026년 고성능 컴퓨팅(HPC), 2027년 차량용(오토모티브)으로 확대하겠다”며 “2㎚ 공정ㅇㄴ 최신 3㎚ 2세대 공정보다 성능은 12%, 전력 효율은 25% 높일 수 있다”고 설명했다.

GAA는 게이트 면적을 넓혀 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높인 차세대 트랜지스터 기술로 기존 트랜지스터 구조인 핀펫(FinFET)의 한계를 극복할 수 있는 파운드리 분야의 게임 체인저로 평가받고 있다.

지난해 6월, 삼성전자는 3㎚ 공정 양산을 시작하면서 업계 최초로 GAA 기술을 도입했다. 1년간 GAA 기술력을 갖춘 만큼 2㎚ 공정에서 큰 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 경계현 삼성전자 DS부문 사장은 "2㎚부턴 업계 1위인 TSMC도 GAA를 도입할 것"이라며 "그때가 되면 업계 1위와 삼성전자의 기술 수준 같아질 것"이라고 강조한 바 있다.

이날 삼성전자는 2025년 양산을 목표로 2㎚ 공정 세부 계획과 기술 수준을 공개했다. 삼성전자는 “2㎚ 공정을 의미하는 SF2에서 모바일 제품을 중심으로 양산을 시작한다”며 “2026년에는 HPC, 2027년에는 오토모티브로 양산 범위를 확대한다”고 밝혔다. SF2는 3㎚ 2세대 공정인 ‘SF3’보다 성능은 12%, 전력 효율은 25% 높일 수 있는 반면 면적은 5% 줄어든다. 1.4㎚ 공정의 경우 2027년 양산을 계획하고 있다.

현재 삼성전자는 GAA 기반 3㎚ 1세대 공정 ‘SF3E’에서 팹리스 주문을 받아 제품을 양산하고 있다. SF3는 2024년 양산을 목표로 모바일, HPC 등 고성능 저전력 기술을 필요로 하는 고객사의 논의가 진행 중이다. 일부 고객과는 이미 SF3 기반 테스트 칩을 제작하고 있다.

삼성전자는 3㎚ 이하 파운드리 시장 규모가 앞으로 빠르게 성장할 것으로 전망되는 만큼, SF2 양산을 준비하는 과정에서 고객이 필요로 하는 각종 고속 인터페이스 설계자산(IP)을 내년 상반기까지 확보하는 등 첨단 공정에서의 고객 확보에 집중한다는 계획이다.

시장조사업체 옴디아에 따르면 3㎚ 이하 파운드리 시장 규모가 올해 85억5000만달러에서 2026년 381억8000만달러로 늘어나면서 연평균 65.3% 증가율을 기록할 것으로 예상된다. 전체 파운드리 매출에서 3㎚ 이하 공정 비중도 올해 8%에서 2026년 24.4%까지 확대될 전망이다. 5㎚ 이하 공정까지 확대하면 매출 비중은 전체의 41.2%까지 늘어날 수 있다.

삼성전자는 파운드리 분야에서 새로운 사업을 추진할 계획이다. 이날 제시한 로드맵에 따르면 2025년 소비자, 데이터센터, 오토모티브용 8인치 질화갈륨(GaN) 전력 반도체 파운드리 서비스를 시작하고 6세대 이동통신(6G) 선행 기술로 5㎚ RF(Radio Frequency) 공정을 개발해 2025년 상반기 양산하기로 했다. 5㎚ RF는 기존 14㎚보다 전력 효율은 40% 이상 높이고 면적은 50% 줄일 수 있다.

또 파운드리 생산능력 확대를 위해 미국에 건설 중인 테일러 공장 1라인을 내년 하반기부터 본격 가동하고 용인 국가산업단지를 또 다른 생산 거점을 키운다는 계획이다. 이와 함께 다양해지는 고객 니즈를 충족하기 위해 여러 분야 파트너들과의 협력도 강화한다. 이날 삼성전자는 '삼성 어드밴스드 파운드리 에코시스템(SAFE)'의 메모리, 패키지 기판, 테스트 분야 글로벌 파트너 기업들과 최첨단 패키지 협의체 '멀티 다이 인터그레이션(MDI) 얼라이언스'를 출범한다고 밝혔다.

계종욱 삼성전자 파운드리사업부 부사장은 "SAFE 파트너와 협력해 최첨단 공정 및 이종 집적 기술 도입에 따라 높아지는 설계 복잡도를 최소화하고 있다"며 "이번 포럼을 계기로 SAFE 생태계의 양적, 질적 성장을 이루며 고객의 혁신과 성공을 지원하겠다"고 말했다.

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