[비즈니스포스트] 대만 TSMC가 2025년 양산을 계획하고 있는 2나노 반도체 미세공정에 신기술을 적용하는 속도를 늦추기로 하며 공정 기술력에 다소 자신감이 떨어지는 모습을 보이고 있다.

삼성전자가 양산을 시작한 3나노 반도체 미세공정에 신기술을 선제적으로 도입한 성과가 앞으로 TSMC와 차세대 2나노 공정 경쟁에서 더욱 빛을 내게 될 것이라는 전망이 나온다.

30일 반도체 전문지 어낸드테크에 따르면 TSMC는 2나노 미세공정에 GAA(게이트올어라운드) 기술을 처음 도입하지만 전력효율을 개선할 수 있는 신기술 도입은 늦출 계획을 세우고 있다.

GAA는 반도체에 전류가 흐르는 트랜지스터 구조를 바꿔 성능과 전력효율 등을 높일 수 있는 신기술이다. 삼성전자가 양산을 시작한 3나노 미세공정 반도체에 세계 최초로 적용됐다.

TSMC는 연말 생산을 앞둔 3나노 공정까지 기존의 핀펫 트랜지스터 기술을 계속 활용하며 GAA공정은 2025년 2나노 공정부터 처음으로 도입하겠다는 계획을 세우고 있다.

삼성전자와 비교해 최소한 3년 이상 늦게 신기술을 활용하게 되는 셈이다.

다만 어낸드테크에 따르면 TSMC는 2나노 초기 공정에 GAA공정을 도입하는 데 그치고 당초 예상됐던 ‘백사이드 파워레일’ 기술은 2나노 후기 공정부터 활용한다는 내용을 밝혔다.

백사이드 파워레일은 반도체 트랜지스터에 전력을 효과적으로 공급하고 전력 유출을 최소화해 GAA공정의 성능 효율을 더욱 끌어올릴 수 있는 신기술이다.

TSMC가 당초 2나노 공정에 GAA와 백사이드 파워레일 기술을 모두 활용할 것으로 전망됐으나 이를 순차적으로 도입하기로 했다는 점을 두고 반도체업계에서 실망스럽다는 평가가 나온다.

어낸드테크는 “TSMC가 신기술 도입에 멀리 돌아가는 길을 선택한 것으로 보인다”며 “이는 경쟁사와 성능 대결에서 눈에 띄는 격차로 이어질 수 있다”고 보도했다.

인텔은 이미 2024년 도입하는 2나노급 반도체 미세공정에 GAA와 백사이드 파워레일을 동시에 적용하겠다는 계획을 밝혔다. TSMC보다 훨씬 공격적 수준의 기술 발전 계획을 제시한 셈이다.

삼성전자는 아직 2나노 공정과 관련해 뚜렷한 계획을 내놓지 않았지만 이미 GAA기술을 TSMC보다 수 년 앞서 적용한 만큼 기술 경쟁에서 확실한 우위를 갖춰내고 있다.

결국 TSMC가 제시했던 2나노 반도체 미세공정의 진정한 성능 발전은 2025년이 아니라 2026년 또는 그 이후가 돼서야 현실화될 수밖에 없다.

삼성전자가 중장기적으로 TSMC와 미세공정 반도체 기술 발전 속도 및 성능 경쟁에서 확실한 우위를 차지할 수 있는 고지를 선점하게 된 셈이다. TSMC가 이처럼 보수적으로 신기술 도입 계획을 잡아둔 이유는 GAA 공정의 높은 기술 난이도 때문으로 분석된다.

동시에 GAA와 백사이드 파워레일 신기술을 도입한다면 2나노 반도체 생산 수율이 낮아지는 등 문제가 발생할 가능성을 고려해야 하기 때문이다.

반면 삼성전자는 3나노 공정부터 GAA 기술을 적용하는 과감한 선택을 통해 기술 완성도와 수율 안정화를 이뤄낼 충분한 시간을 확보했고 이는 TSMC와 경쟁에서 강력한 무기로 작용할 수 있다.

TSMC는 이미 3나노 미세공정 대결에서도 삼성전자에 ‘판정승’을 내주고 있다.

양산 시기가 삼성전자보다 늦은 것은 물론 3나노 공정을 모두 5개의 파생 공정으로 나누어 순차적으로 도입하면서 성능을 조금씩 높여 나가겠다는 목표를 제시했기 때문이다.

이는 TSMC의 3나노 공정의 성능 개선폭에 확실한 자신감을 보이지 못하고 있다는 의미로 볼 수 있다.

삼성전자가 이미 양산을 시작한 3나노 초기 공정(3GAE) 이외에 내년 양산하는 후기 공정(3GAP) 도입 계획만을 제시한 것과 비교해 큰 차이가 있다.

TSMC는 6월 북미를 시작으로 유럽과 중국, 대만에서 순차적으로 파운드리 심포지엄을 개최하면서 고객사들에 미래 신기술 도입 계획을 알리고 수주 물량을 확보한다는 계획을 세우고 있다.

그러나 TSMC가 심포지엄에서 내놓는 발표에 반도체업계의 실망감이 커지고 있는 사이 삼성전자는 3나노 미세공정 반도체 양산을 계획대로 시작하며 고객사들의 이목을 집중시켰다.

삼성전자의 3나노 및 GAA 기술 발전 성과와 TSMC의 차기 반도체 미세공정 자신감 하락이 극명하게 대비되면서 파운드리업계 판도를 바꿔내는 분수령이 될 수 있다는 분석도 나온다.

어낸드테크는 “TSMC의 2나노 공정 반도체 성능 개선폭이 3나노 공정과 비교해 크지 않을 것으로 전망된다”며 “다만 이런 보수적 선택이 실제로 큰 약점이 될 지는 시간을 두고 지켜봐야 할 것”이라고 보도했다. 김용원 기자