삼성전자 '3나노' 양산 시기 두고 '시끌'…"수율 안정화가 더 중요"

[아이뉴스24 장유미 기자] 삼성전자가 세계 최초 양산을 목표로 추진하고 있는 3나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 공정의 양산 시기를 두고 여러 관측이 나오고 있지만, 성공 가능성에 대한 의문이 쏟아지고 있다. 대만 TSMC보다 양산 시기는 빠르지만, 고객사 확보나 수율 안정화 문제가 걸림돌로 작용할 수 있어서다.

22일 업계에 따르면 삼성전자는 이르면 이번주께 차세대 게이트올어라운드(GAA) 기반 3나노 반도체 공정 양산을 공식 발표할 것으로 보인다. 앞서 올 상반기에 GAA 기술을 3나노에 도입하고, 내년에는 3나노 2세대, 2025년에 GAA 기반 2나노 공정 양산 계획을 밝힌 데 따른 것이다.

삼성전자는 지난 1분기 실적 컨퍼런스콜에서 "올 2분기에 GAA 3나노 공정 세계 최초 양산을 통해 경쟁사(TSMC) 대비 기술 우위를 확보하겠다"며 "선단공정 비중을 확대하고 수율(웨이퍼 한 장당 양품의 비율)도 안정 궤도에 진입했다"고 설명한 바 있다.

이날 일각에선 삼성전자가 3나노 공정 양산이 올 상반기에 힘들 것이라고 주장하기도 했으나, 삼성전자는 3나노 양산 일정이 예정대로 차질없이 진행되고 있는 만큼 사실이 아니라는 입장이다.

삼성전자 관계자는 "3나노 양산을 상반기 내 시작한다는 계획은 차질없이 진행 중"이라며 "양산 시기가 연기됐다는 일부 주장은 맞지 않다"고 설명했다.

이에 따라 업계에선 삼성전자가 이르면 이번주, 늦어도 다음주께 삼성전자가 GAA 기반 3나노 반도체 공정 양산을 공식화 할 것으로 관측했다.

GAA는 반도체 트랜지스터 구조를 개선해 접촉면적을 4개 면으로 확대한 것으로, 5나노·7나노·10나노 등 기존 첨단 반도체에 쓰이는 핀펫 기술보다 더 우수한 신기술로 평가 받고 있다. 핀펫 기술보다 칩 면적을 줄이고 소비전력은 감소시켰지만 성능은 높은 것으로 알려졌다. 또 3nm 공정으로 제작된 반도체는 5nm 대비 칩 면적은 35% 줄이면서 성능과 배터리 효율은 각각 15%, 30% 개선된 것으로 전해졌다.

삼성전자는 대만 TSMC를 넘어설 무기로 GAA 기반 3나노 반도체를 앞세우고 있다. 올 하반기 3나노 공정을 도입할 예정인 TSMC보다 일찍 양산에 돌입해 시장을 선점하겠다는 의욕을 드러내고 있다. 특히 지난달 미국 조 바이든 대통령의 방한 당시 GAA 기반 3나노 시제품에 서명하도록 하며 적극적으로 홍보하는 모습도 보였다.

그러나 업계에선 삼성전자의 움직임을 두고 아직까지 큰 기대감을 드러내지 않고 있다. GAA 기반 미세 공정에 대한 안정성이 입증되지 않은 데다 신기술 도입 시 초기 수율이 낮다는 점, TSMC에 비해 3나노 공정과 관련해 고객사가 확보됐는지도 명확하지 않다는 점에서다. 다만 일각에선 삼성전자가 서버향 고객사에 제품을 먼저 공급할 가능성이 높은 것으로 보고 있다.

반면 TSMC는 GAA 도입 시기를 오는 2025년부터 상용화 할 2나노로 늦췄다. 대신 최근 공개한 '핀플렉스' 설계 기술을 적용한 안정적인 핀펫 공정으로 올 하반기께 3나노에 진입한다는 계획을 갖고 있다. 또 TSMC가 3나노 기술을 공개하기 전임에도 인텔, 애플 등 주요 글로벌 고객사들이 대기 중인 것으로 알려졌다.

다만 두 업체 모두 3나노 공정의 수율 문제를 해결하지 못하고 있다는 것이 중론이다. TSMC는 7월부터 3nm 기술이 적용된 인텔, 애플 등의 반도체를 양산할 계획이었지만, 수율 문제로 현재 고객사에 4~5nm 공정을 배정하는 것으로 알려졌다. 엔비디아의 경우 연내 출시 예정인 그래픽처리장치(GPU) 지포스 RTX40 시리즈의 생산을 위해 TSMC에 90억 달러(약 10조7천600억원)의 선불금을 지급하고도 5나노 공정을 배당 받았다.

삼성전자는 5나노부터 불안한 모습을 보였다. 특히 올 초에는 4나노 공정의 수율 향상과 관련된 대외 우려 등이 끊이지 않았다. 삼성전자 신제품 '엑시노스' 칩이 4나노 공정에서 양산됐으나, 수율을 맞추지 못해 결국 '갤럭시S22’ 스마트폰에 탑재되지 못했던 것이 대표적인 예다.

하지만 삼성전자는 일단 3나노 공정에 대해 자신감을 드러내고 있다. 지난 1분기 실적 컨퍼런스콜에서도 "1세대 GAA 공정의 품질 검증을 완료해 2분기 업계 최초 양산을 통해 경쟁사 대비 기술 우위를 확보할 계획"이라며 "1세대 GAA 공정의 수율 개선과 생산 안정화로 기술 격차를 확대하고 투자 재원 마련을 위한 가격 현실화, 선단 공정 수율 개선과 비중을 확대할 것"이라고 공언했다.

일각에선 파운드리 업계의 첨단 공정 경쟁을 두고 큰 의미를 둘 필요가 없다고도 봤다. 각 업체들의 미세 공정 기준이 자사 기준에 맞춰져 있어 기술 우위를 비교하는 것이 이제는 의미 없어졌다는 평가다.

업계 관계자는 "TSMC와 삼성전자가 첨단 공정 경쟁을 벌이고 있지만, 2나노·3나노 등을 일컫는 것은 사실 각 업체의 마케팅 전략에 불과하다"며 "이전까진 회로폭을 좁혀 나가면서 성능 차이가 명확했지만, 미세 공정으로 넘어오면서 각 업체들이 글로벌 기준이 아닌 자사 기준으로 홍보를 하고 있기 때문"이라고 설명했다.

이어 "앞으로는 수율·성능 향상과 차세대 기술을 기반으로 한 장비 수급 능력에서 경쟁력을 입증해야 한다"면서도 "삼성전자가 TSMC보다 좋은 기술을 선보인다고 해도 스마트폰, AP 등 다른 제품으로 주요 고객사들의 경쟁사 위치에 있다는 점에서 시장 내 영향력을 키우기엔 여전히 한계가 있다"고 덧붙였다.