삼성전자, 세계 최초 GAA '3나노' 출하…“無에서 有를 창조하는 혁신”

[한국금융신문=정은경 기자] 삼성전자(대표 한종희닫기한종희기사 모아보기, 경계현닫기경계현기사 모아보기)가 세계 최초로 GAA(Gate-All-Around, 게이트 올 어라운드) 기술을 적용한 3나노 파운드리(반도체 위탁생산) 제품 양산을 시작하며, 메모리에 이어 시스템반도체 초격차에 속도를 낸다.

삼성전자는 25일 경기도 화성캠퍼스 V1라인에서 3나노 파운드리 제품 출하식을 개최했다. V1라인은 극자외선(EUV) 노광장비가 도입된 라인이다. 이날 행사에는 이창양닫기이창양기사 모아보기 산업통상자원부 장관, 협력사, 팹리스, 경계현 삼성전자 DS부문장(사장), 임직원 100여 명이 참석해 3나노 GAA 연구개발과 양산에 참여한 임직원을 격려했다.

이번에 양산된 3나노 파운드리 제품은 조 바이든 미국 대통령과 윤석열닫기윤석열기사 모아보기 대통령이 지난 5월 삼성전자 평택캠퍼스에서 방명록 대신 서명했던 반도체로 화제를 모은 바 있다.

삼성전자 파운드리사업부는 ‘혁신적인 기술력으로 세계 최고를 향해 나아가겠습니다’라는 자신감과 함께 3나노 GAA 공정 양산과 선제적인 파운드리 기술로 사업 경쟁력을 강화해 나가겠다는 포부를 밝혔다.

정기태 삼성전자 파운드리사업부 기술개발실장(부사장)은 기술 개발 경과보고를 통해 파운드리사업부, 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 등 사업부를 넘어선 협업으로 기술 개발 한계를 극복한 점을 강조하는 등 개발에서부터 양산에 이르기까지의 과정을 설명했다.
삼성전자는 GAA 트랜지스터 구조 연구를 2000년대 초부터 시작했으며, 2017년부터 3나노 공저에 본격 적용해 지난달 세계 최초로 GAA 기술이 적용된 3나노 파운드리 제품을 양산했다고 밝혔다.

3나노 파운드리 제품에 적용된 GAA 기술은 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 채널 4개 면을 게이트(Gate)가 둘러싸는 형태다. 현재 사용되는 핀펫(FinFET) 공정과 비교해 성능과 배터리 효율이 향상되며, 전력 소모와 칩 면적은 줄어든다. 특히 기존 핀펫 구조나 나노와이어 GAA 구조와 달리 전류를 더 세밀하게 조절할 수 있다는 장점도 있다.

국내 소재·부품·장비 기업들도 초미세 공정용 소재, 장비, 설계자산(IP) 등을 공동 개발하며 삼성전자의 3나노 파운드리 양산을 도왔다.

국내 반도체 장비 업체 원익IPS 이현덕 대표는 “삼성전자와 함께 3나노 GAA 파운드리 공정 양산을 준비하며 원익아이피에스 임직원의 역량도 한 층 더 강화됐다”라며 “앞으로도 국내 반도체 장비 산업 발전을 위해 삼성전자와 함께 최선의 노력을 다하겠다”고 밝혔다.

국내 팹리스(반도체 설계) 업체 이장규 텔레칩스 대표는 “텔레칩스는 삼성전자의 초미세공정을 활용한 미래 제품 설계에 대한 기대감이 크다”라며 “삼성전자는 초미세 파운드리 공장을 국내 팹리스에 적극 제공하며 팹리스가 제품 설계 범위를 넓혀갈 수 있도록 다양한 지원책을 제공하고 있다”고 말했다.

삼성전자는 3나노 GAA 공정을 고성능 컴퓨팅(HPC)에 처음으로 적용하고, 주요 고객들과 모바일 SoC 제품 등 다양한 제품군에 확대 적용을 위해 협력 중이다. 현재 화성캠퍼스에서 3나노 GAA 파운드리 공정 제품 양산을 시작했으며, 향후 평택캠퍼스까지 확대해 나갈 예정이다.

경계현 대표는 “삼성전자는 이번 제품 양산으로 파운드리 사업에 한 획을 그었다”라며 “핀펫 트랜지스터가 기술적 한계에 다다랐을 때 새로운 대안이 될 GAA 기술의 조기 개발에 성공한 것은 무에서 유를 창조하는 혁신적인 결과”라고 말했다.
앞서 삼성전자는 지난해 10월 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2021’에서 올해 상반기 중으로 3나노 반도체를 양산하겠다고 밝힌 바 있다. TSMC도 3나노 반도체 양산을 밝힌 바 있지만, 업계에서는 낮은 수율로 올해 말쯤이나 양산이 가능할 것으로 보고 있다.

이번 3나노 파운드리 양산 소식에 업계에서는 파운드리 시장 내에서 한층 높아진 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히 3나노 양산은 삼성전자가 처음으로 파운드리 1위 기업인 TSMC를 기술력에서 앞섰다는 점에서 의미가 크다.

특히 이번 3나노 파운드리 제품 양산은 삼성전자가 오는 2030년 시스템반도체 1위를 목표로 내세운 ‘시스템반도체 비전 2030’과도 연결된다. 메모리 반도체에 이어 시스템반도체에서도 앞선 기술력으로 글로벌 1위에 오른다는 목표다.

이재용닫기이재용기사 모아보기 삼성전자 부회장도 지난 6월 유럽 출장 이후 귀국길에서 “첫 번째도 기술, 두 번째도 기술, 세 번째도 기술 같다”라며 기술의 중요성을 강조한 바 있다.

결국 관건은 수율과 고객사 확보다. 현재 파운드리 시장 점유율을 보면 TSMC가 54%, 삼성전자가 16% 수준이다. 메모리반도체 1위를 이어가고 있는 것과는 다른 모습이다.

10나노 미만 파운드리 제품을 양산하는 곳은 TSMC와 삼성전자 둘뿐이다. 10나노 미만 시장에서도 TSMC의 점유율이 더 큰 것으로 전해진다. 퀄컴과 애플 등 주요 고객사들의 물량을 TSMC가 확보했기 때문이다.

그러나 삼성전자가 3나노 시장에서 TSMC보다 우수한 수율을 확보하고, 주요 글로벌 고객사들의 수주 물량을 확보하게 된다면, TSMC를 뛰어넘을 수 있을 것이란 기대감이 나온다. 삼성전자의 2021년 파운드리 고객사는 약 100여 곳이다. 이를 오는 2026년까지 300곳으로 확보한다는 계획이다.

이창양 산업통상자원부 장관은 축사를 통해 “치열한 미세공정 경쟁에 앞서기 위해 삼성전자와 시스템반도체 업계, 소부장 업계가 힘을 모아달라”고 당부하며 “정부도 지난주 발표한 ‘반도체 초강대국 달성전략’을 바탕으로 민간 투자 지원, 인력 양성, 기술 개발, 소부장 생태계 구축에 전폭적인 노력을 아끼지 않을 것”이라고 강조했다.

정은경 기자 ek7869@fntimes.com