차세대 트렌지스터 기술 ‘GAA’ 적용해 성능향상
업계 선두 TSMC에 한발 앞서…고객사 확대 기대
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▲3나노 파운드리 양산에 참여한 파운드리사업부, 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 주역들이 손가락으로 3을 가리키며 3나노 파운드리 양산을 축하하고 있다. |
[에너지경제신문 이진솔 기자] 삼성전자가 세계 최초로 게이트올어라운드(GAA) 기술을 적용한 3나노미터(㎚) 반도체 파운드리(수탁생산) 공정 기반 초도 양산을 시작했다고 30일 밝혔다. 파운드리 경쟁사인 대만 TSMC에 시기상으로 한 반기 가령 앞선 데다 차세대 트랜지스터 구조인 GAA를 도입해 기술 격차를 벌렸다는 평가다.
최시영 삼성전자 파운드리사업부장 사장은 "삼성전자는 파운드리 업계 최초로 ‘하이-케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate)’, 핀펫(FinFET), 극자외선(EUV) 등 신기술을 선제적으로 도입하며 빠르게 성장해 왔고 이번에 MBCFET(Multi-Bridge Channel Field Effect Transistor) GAA기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스 또한 세계 최초로 제공하게 됐다"며 "앞으로도 차별화된 기술을 적극적으로 개발하고 공정 성숙도를 빠르게 높이는 시스템을 구축해 나가겠다"고 밝혔다.
◇ 차세대 트랜지스터 구조 ‘GAA’ 선제 도입
삼성전자가 세계 최초로 도입한 GAA 기술은 트랜지스터 구조 혁신을 통해 데이터 처리 속도와 전력 효율을 극대화한 차세대 기술이다. 트랜지스터는 전류가 흐르는 채널과 채널을 제어하는 게이트로 구성된다. GAA는 전류가 흐르는 채널 아랫면까지 게이트로 감싸 전류 흐름을 더욱 미세하게 제어할 수 있다.
삼성전자는 채널을 얇고 넓은 ‘나노시트(Nanosheet)’ 형태로 구현한 독자적 MBCFET GAA 구조도 적용했다. 나노시트 폭을 조정하면 채널 크기도 다양하게 변경할 수 있게 된다. 기존 핀펙 구조나 일반적인 나노와이어 GAA 구조에 비해 전류를 더 세밀하게 조절할 수 있어 고성능, 저전력 반도체 설계에 큰 장점이 있다고 삼성전자는 밝혔다.
이와 함께 3나노 설계 공정 기술 공동 최적화(DTCO)로 소비전력과 반도체 면적을 최소화하는 동시에 성능은 극대화했다. 삼성전자 3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력은 45% 절감되고 면적은 16% 축소되지만, 성능은 23% 향상된다. GAA 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적 35% 축소로 전반적인 수치가 높아진다.
삼성전자는 이번에 3나노 공정의 고성능 컴퓨팅(HPc)용 시스템 반도체를 초도 생산했으며 앞으로 모바일 시스템온칩(SoC) 등으로 확대해 나갈 계획이다.
◇ 차세대 기술 선점으로 고객사 확대 기대
삼성전자는 대만 TSMC와 파운드리 점유율 경쟁을 벌이고 있다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올해 1분기 파운드리 매출 점유율 1위는 TSMC로 전체 53.6%를 차지했다. 삼성전자는 2위로 16.3%에 불과하다.
선두업체와 점유율 격차가 큰 상황에서 삼성전자가 꺼내든 GAA 기반 3나노 파운드리 공정은 ‘게임체인저(국면전환자)’로 꼽힌다. TSMC는 올해 하반기 기존 핀펫 기반 3나노 양산에 돌입할 예정으로 한 반기 앞선 시점이기 때문이다.
삼성전자가 안정적으로 3나노 반도체 양산에 성공하고 향후 TSMC에 초미세공정 기술격차를 내주지 않는다면 퀄컴이나 애플, 엔비디아 등 대형 고객사 수주 물량을 확보할 가능성이 커진다. 인공지능(AI) 반도체와 스마트폰용 애플리케이션프로세서(AP) 등 첨단 반도체는 매년 최고 성능을 구현해야 하므로 첨단 미세공정을 확보한 파운드리 업체에 수주를 줄 수밖에 없다. 시장조사업체 옴디아는 3나노의 매출이 올해부터 발생해 2024년에는 5나노 공정 매출을 넘어서고 2025년까지 연평균 85% 증가할 것으로 예상했다.
업계에서는 삼성전자가 안정적인 수율을 확보하며 신뢰도를 높여야 한다고 주문한다. 업계 관계자는 "수율을 초기에 잡고 빠르게 양산체제를 갖춰 나간다면 첨단 반도체 생산이 급한 퀄컴과 엔비디아를 비롯해 업계 큰손으로 꼽히는 애플 물량까지 확보하는 것도 불가능은 아닐 것"이라고 말했다.
jinsol@ekn.kr
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