GAA 기술 세계 처음으로 적용해 전력소비 낮추고 성능개선
삼성전자가 세계 최초로 파운드리(반도체 위탁생산) 3나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 공정 기반의 초도 양산을 시작했다고 30일 발표했다. 이는 세계 1위 파운드리 업체인 대만 TSMC를 역전할 중요한 계기로 작용할 전망이다.
3나노 공정은 현재 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술이다. 이 공정에선 파운드리 업계 1위 기업인 대만 TSMC보다 삼성전자가 앞섰다. 지금까지 삼성전자와 TSMC의 최소 선폭 공정은 4나노였다.
회로 선폭을 미세화할수록 반도체 소비전력이 감소하고 처리 속도가 향상된다. 삼성전자는 이번 3나노 공정에서 차세대 트랜지스터 구조인 'GAA'(Gate-All-Around) 신기술을 세계 최초로 적용하며 기술 혁신을 이뤄냈다.
삼성전자는 이미 여러 곳의 고객사를 확보한 것으로 알려졌다. 삼성전자는 "3나노 공정의 고성능 컴퓨팅용 시스템 반도체를 초도 생산했고, 이를 스마트폰용 통합 칩 등으로 확대해 나갈 예정"이라고 밝혔다.
3나노 공정은 기존 5나노 공정 대비 전력을 45% 절감하면서도 성능을 23% 향상하고, 면적은 16% 축소했다. 나노는 머리카락 굵기의 10만분의 1인 초미세 단위로 반도체 회로의 선폭을 뜻한다. 회로 선폭이 가늘수록, 한정된 공간에 더 많은 회로를 그릴 수 있어 하나의 웨이퍼(반도체 원판)에서 나오는 반도체 수도 늘어난다. 이를 통해 생산 효율성과 수익성이 높아지는 효과를 낸다.
내년에 도입할 예정인 3나노 GAA 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적 35% 축소 등의 성능이 예상된다고 삼성전자는 밝혔다. 3나노 파운드리 양산은 후발 주자인 삼성전자가 기술력 우위를 보여줬다는 데 의미가 있다.
올 1분기 파운드리 점유율(매출 기준)은 TSMC가 53.6%, 삼성전자가 16.3%로 차이가 크다. TSMC는 현재 4나노가 첨단 공정이고, 3나노는 올 하반기에 양산할 것으로 예상된다. 신기술인 GAA 공정은 2나노에 적용할 계획이다.
관건은 생산품 대비 양품 비율인 수율이다. 삼성이 3나노 양산은 먼저 발표했지만, 이를 안정적으로 제때 공급하지 못하면 고객사의 신뢰를 얻지 못하기 때문이다. 삼성전자는 앞선 4나노 공정에서 TSMC 대비 수율 면에서 밀렸다는 평가를 받았다. 이를 만회하기 위해 '3나노 조기 도입' 카드를 꺼내들었다.
결국 짧은 기간 내 수율을 충분히 끌어올릴 수 있느냐가 관건이다. 삼성전자는 "수율이 빠르게 올라가고 있다"고 밝혔다.
