[비즈니스포스트] 삼성전자가 올해 양산을 앞둔 3나노 반도체 파운드리 미세공정이 수율 부진과 양산 지연 등 문제를 겪어 외부 고객사 대신 자체 반도체 생산에만 활용될 수 있다는 전망이 나왔다.

다만 3나노 공정의 성능 개선폭이 경쟁사보다 뛰어난 수준으로 나타난 만큼 내년부터 3나노 차기 공정을 도입하면 외부 고객사 확보에 성과를 낼 수도 있다.

14일 시장 조사기관 IC놀리지 홈페이지의 보고서에 따르면 삼성전자는 3나노 반도체 미세공정 상용화를 앞두고 수율 문제를 겪고 있는 것으로 파악된다.

IC놀리지는 삼성전자가 올해 도입하는 3나노 초기 공정인 3GAE 미세공정 기술을 외부 고객사 반도체 생산에 활용하는 대신 자체 반도체 생산에만 활용할 것이라고 전망했다.

삼성전자 3나노 공정이 외부 고객사 파운드리에 활용되는 시기는 2023년에 차기 공정인 3GAP 공정을 도입한 이후가 될 것으로 예상됐다.

IC놀리지는 “삼성전자는 3나노부터 새로 도입한 GAA(게이트올어라운드) 공정의 기술적 문제를 아직 해결하고 있는 것으로 보인다”며 “경쟁사보다 앞선 신기술 도입이 수율 저하와 양산 지연으로 이어지고 있다”고 분석했다.

다만 삼성전자 3나노 공정은 집적도와 전력효율 등 측면에서 기존 공정과 비교적 큰 개선점을 보이고 있는 것으로 나타났다.

IC놀리지에 따르면 삼성전자 3나노 공정의 집적도 향상은 1.35배, 같은 전력을 사용할 때 성능 개선폭은 35%, 같은 성능을 활용할 때 전력 감소는 50% 수준에 이르는 것으로 추정됐다.

GAA공정을 서둘러 도입한 성과가 성능 발전으로 이어지는 것으로 분석된다.

TSMC의 3나노 공정은 기존 공정보다 집적도를 1.6배로 높였지만 같은 전력을 사용할 때 성능 개선폭은 10%, 같은 성능을 활용할 때 전력 감소는 25% 수준으로 다소 뒤처지는 것으로 나타났다.

삼성전자의 최대 경쟁사인 TSMC는 3나노 미세공정에 기존의 FinFET(핀펫) 기술을 계속 활용하고 있는데 마찬가지로 수율 등에 어려움을 겪어 양산 시기를 올해 말까지 늦춘 것으로 파악된다.

결국 TSMC 최대 고객사인 애플이 아이폰 프로세서에 3나노 공정을 활용하는 시기는 2023년 출시하는 아이폰이 최초일 것으로 예상된다.

인텔은 2023년이 되어서야 3나노 공정을 파운드리에 도입할 것으로 예상된다. 4나노 공정과 비교해 성능 개선폭은 18% 정도로 추정된다. 삼성전자가 계획대로 2023년부터 3GAP 공정을 성공적으로 도입한다면 TSMC나 인텔보다 우수한 공정 기술력을 앞세워 고객사 확보에 성과를 낼 수 있는 길이 열리는 셈이다.

TSMC도 2나노부터 GAA공정을 새로 도입하려면 수율 안정화에 삼성전자와 비슷한 어려움을 겪을 공산이 크기 때문에 삼성전자의 파운드리 기술 우위가 당분간 지속될 수 있다.

그러나 IC놀리지는 인텔이 2024년 초 2나노 공정, 2024년 말 1.8나노 공정을 파운드리에 도입하면서 큰 폭의 성능 개선을 고객사들에 증명할 것이라고 바라봤다.

삼성전자와 TSMC는 2025년부터 2나노 미세공정을 도입해 활용하기 시작할 것으로 예상된다.

IC놀리지의 예상대로라면 삼성전자가 내년부터 파운드리 기술력에서 TSMC를 제치고 선두를 달리다 2024년부터 인텔에 다시 왕좌를 내주게 될 수도 있는 셈이다.

반도체 공정 기술 발전에 민감한 애플과 엔비디아, 퀄컴, AMD 등 첨단 시스템반도체 고객사들이 삼성전자와 TSMC, 인텔의 미세공정 도입 시기를 유심히 지켜보며 파운드리업체 선정에 고심할 것으로 전망된다.

IC놀리지는 “인텔이 최근 보여주고 있는 미세공정 기술 발전 속도는 과거와 비교하면 놀라운 수준”이라며 “2024년 1.8나노 도입 계획은 믿기 어려울 정도다”라고 평가했다. 김용원 기자