반도체 3 나노 경쟁 가열 … 개발 선진 삼성 · 설비 먼저 도입 TSMC

입력 2020.11.30 06:00

이재용 선언 “삼성 2030 년 시스템 반도체 1 위 달성 ‘을 위해 TSMC는 넘어야 할 산
3 나노 양산 본격 시작 누가 먼저 할 것인가과 기술 전략의 차이가 승패 좌우 전망

세계 파운드리 업계 1 위를 고수하려고하는 TSMC와이를 초과려고 업계 2 위인 삼성 전자의 반도체 경쟁이 3 나노 미터 (3㎚ · 1㎚는 10 억분의 1m) 초 미세 공정에서 확산되고있다. 삼성 전자가 TSMC에 앞서 3 나노 기술의 개발을 마쳤지만, TSMC가 삼성보다 먼저 양산 공정을 도입 한 것이다. 그러나 양사는 3 나노 공정 다른 기술 전략을 도입하기로하고 이의 성공 여부에 따라 초 미세 공정 반도체 시장의 승자의 행방이 갈리 전망이다.

TSMC. / 로이터 연합 뉴스

최근 대만 디지 타임스 등 외신 보도에 따르면 TSMC는 25 일 (현지 시간) 대만시 미나미 대만 과학 공원 (STSP)에서 3 나노팹 (공장) 완공을 기념하는 행사를 열었다. 먼저 TSMC는이 3 나노 공장에 28 조원을 투입 해 4000 명의 인원을 보강하는 등의 3 나노 양산 계획을 발표했다.

TSMC는이 공장에서 내년부터 3 나노 반도체를 시험 생산하고 2022 년 하반기 3 나노 반도체 양산에 들어갈 방침이다. 월 5 만 5000 장의 웨이퍼 생산을 시작하고 향후 양산 규모를 월 10 만장까지 늘릴 것이라는 전망이 나오고있다.

반도체는 나노 단위의 광원으로 정밀 회로를 그리는이 광원의 두께가 얇을수록 반도체의 성능과 전력 효율은 높아진다. 현재 광원의 크기를 10 나노 이하로 반도체 양산에 나선 기업은 전 세계적으로 TSMC와 삼성 전자가 유이 (唯 二)이다. 양사는 이미 5 나노 공정으로 만들어진 반도체를 고객에게 납품하고있다. 5 나노는 머리카락 굵기 (0.1㎜)의 5 만분의 1에 불과해 3 나노는 이보다 작은 크기이다. 3 나노 공정으로 제작 된 반도체는 5 나노 반도체보다 칩 면적이 35 % 작은 것으로 알려져있다.

3 나노 반도체는 인공 지능 (AI), 5G (5 세대) 통신 자율 주행 자동차, 클라우드 컴퓨팅 등의 처리해야 할 정보량이 많고 속도가 중요한 분야에 적용되는 것으로 예상된다 . 애플, Huawei 사, Google은 NVIDIA의 3 나노 반도체의 주요 잠재 고객으로 꼽힌다.

삼성 전자는 TSMC보다 먼저 3 나노 양산 계획을 발표했지만, 2022 년에 양산을 시작한다고 만했을뿐 설비 등에 관한 구체적인 사실은 알리지 않았다. 업계에서는 누가 먼저 양산을하거나이 초 미세 공정 경쟁의 승패를 좌우하는 관건이 될 것으로 본다. 이러한 상황에서 양산에 필수적인 설비를 우선 제공 TSMC가 삼성 전자에 약간 가서 업계는 판단한다.

초 미세 주조 제품을 생산하는 삼성 전자의 평택 2 라인 ./ 삼성 전자 제공

그러나 양사의 기술 전략 나뉜다. 삼성 전자는 3 나노 공정에 GAA (Gate All Around) 기술을 적용, TSMC는 기존의 프로세스에 사용한 삔뻬토 (FinFET)를 그대로 유지한다. 반도체의 구성을 이루는 트랜지스터는 전류가 흐르는 ‘채널’과 채널을 제어하는 ​​’게이트’로 구분되는데, GAA는 채널의 4면을 게이트가 둘러싸는 구조 다. 이 덕분에 전류의 흐름을보다 효율적으로 관리하는 등 채널의 조정 능력이 최대한지는 효과를 누린다.

삔뻬토의 경우 게이트와 채널이 3면에 접해 초 미세 공정이 다소 불리한 기술로 알려져있다. TSMC는 2 나노 공정에서 삼성과 같은 GAA를 도입 할 것으로 전망된다. 김영우 SK 증권 연구원은 “GAA 3 나노에서 삼성이 TSMC에 비해 기술적 우위를 점할 것”이라며 “TSMC의 2 나노 GAA는 삼성의 3 나노 GAA 공정 2 세대와 실질적인 성능이 비슷 가능성이 높다 “고했다. 도현 경우 NH 투자 증권 연구원은 “현재 주조 공정의 경쟁력은 TSMC가 삼성 전자보다 높지만, 5 나노 가까운 수준에 도달, 3 나노에서 삼성의 경쟁력이 더욱 높아질 것”이라고했다.

삔뻬토와 GAA의 구조 · 기술적 인 차이를 나타낸 ./ 삼성 전자 제공

올해 3 분기 기준 파운드리 업계 점유율 53.9 %의 TSMC가 압도적 인 1 위다. 이어 17.4 %의 삼성 전자가 쫓고있다. 이재용 삼성 전자 부회장은 2030 년 메모리 시스템 반도체 통합 1 위를 달성한다는 목표를 제시했는데,이를 위해 TSMC를 주조로 반드시 추월해야한다.

업계 관계자는 “삼성 전자가 공정 기술을 먼저 개발 한만큼 TSMC가 장비를 먼저 도입했다고해도 삼성도 3 나노 양산 시점을 당길 수있다”며 “결국 양산뿐만 차세대 반도체 시장 물량을 선점 할 수있다 “고했다.

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