3나노 파운드리 양산에 참여한 삼성전자 파운드리사업부, 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 관계자들이 손가락으로 3을 가리키며 3나노 파운드리 양산을 축하하고 있다. [삼성전자 제공]

삼성전자가 세계 최초로 3나노미터(1㎚=10억분의 1m) 파운드리(반도체 위탁생산) 공정 기반 반도체 양산을 시작했다. 삼성전자는 혁신 기술로 평가되는 게이트올어라운드(GAA)를 적용해 고성능컴퓨팅(HPC)용 시스템 반도체 시장을 적극 공략할 계획이다. 이로써 삼성전자는 파운드리 1위인 대만 TSMC에 초미세공정 기술 양산으로는 처음으로 앞서나가게 됐다.

▶삼성전자 파운드리 18년 역사, 4년 만의 쾌거= 최시영 삼성전자 사장(파운드리사업부장)은 30일 “삼성전자는 파운드리 업계 최초로 ‘하이-케이 메탈 게이트’, 핀펫(FinFET), 극자외선(EUV) 등 신기술을 선제적으로 도입하며 빠르게 성장해 왔고, 이번에 MBCFET GAA기술을 적용한 3나노 공정의 파운드리 서비스 또한 세계 최초로 제공하게 됐다”고 밝혔다.

3나노 공정은 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술이다. 차세대 트랜지스터 구조인 GAA 기술을 적용한 것도 삼성전자가 전 세계에서 유일하다.

이번 3나노 양산은 지난 2018년 파운드리 포럼에서 처음으로 3나노 기술개발 로드맵을 밝힌 지 4년 만에 이뤄낸 성과다. 2004년 처음 파운드리 사업을 시작한 이후 TSMC를 처음으로 3나노에서 앞서며 기술력에서 추월한 것이다. TSMC보다 파운드리 진출이 17년 늦었지만 18년 만에 ‘패스트 팔로워’에서 ‘퍼스트 무버’로 진화했다는 평가도 나온다.

▶더 작아져도 효율 좋은 반도체 기틀 마련=삼성전자 화성캠퍼스에서 초도 양산된 1세대 3나노 GAA 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력을 45% 절감하고 성능을 23% 향상시켰다. 면적은 16% 줄었다. 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적 35% 축소가 기대된다. 더 작고 효율적인 반도체를 만들 수 있다.

핵심은 GAA 기술이다. GAA는 기존 핀펫과 비교해 트랜지스터에서 전류가 흐르는 면적이 넓어지는 구조(3채널→4채널)여서 반도체 크기 축소와 공정 미세화에 따른 핀펫의 성능 저하를 극복할 수 있는 차세대 반도체 핵심 기술이다.

삼성전자는 채널을 얇고 넓은 모양의 나노시트 형태로 구현한 독자적인 MBCFET GAA 구조를 적용했는데, 나노시트 폭을 조정하면서 채널 크기도 다양하게 변경할 수 있고, 전류를 더 세밀하게 조절할 수 있어 고성능·저전력 반도체 설계에 장점이 있다. 삼성전자는 이번 HPC용 시스템 반도체 생산에 이어 모바일, 시스템온칩(SoC) 등으로 공정을 확대할 계획이다.

▶시장의 ‘게임체인저’ 될까= 삼성전자가 TSMC에 앞서 첨단 기술을 먼저 적용하면서 파운드리 업계의 선두 싸움도 더욱 치열해졌다. TSMC는 하반기 핀펫 기반 3나노 양산을 계획하고 있으며 GAA 기술은 2025년 2나노 양산부터 적용키로 했다. 삼성전자보다 3년 늦은 셈이다.

초미세공정 점유율도 달라질 것으로 예상된다. 시장조사업체 IC인사이츠에 따르면 10나노 미만 점유율(2020년 기준)은 대만이 62.8%, 한국이 37.2%였다. 이를 5대 5로 끌어올릴 수도 있을지 주목된다.

3나노 양산은 올해부터 실적에 반영될 전망이다. 증권업계는 올해 삼성전자 반도체 매출을 110조~120조원 수준으로 추산해 업계 1위가 예상된다. 내년부터는 관련 실적이 점차 확대될 것으로 보인다. 문영규 기자