삼성전자, 3나노 수율에 '올인'…"가격 올리는 TSMC 넘는다"

/그래픽 = 윤선정 디자인기자

삼성전자가 반도체 파운드리(위탁 생산) 3나노 수율 향상에 속도를 낸다. 최대 경쟁자인 TSMC가 안정적인 수율을 무기로 수주를 확대하고 있어 수율을 개선하고 독자 공정의 장점을 활용해 점유율을 높인다는 목표다.

23일 업계에 따르면 삼성전자 파운드리사업부는 3나노 수율 개선을 최우선 과제로 낙점하고 준비에 박차를 가하고 있다. 품질 개선 작업과 전담 조직 강화 등 경쟁력 확보에 나섰다는 의미다. 내부 사정에 정통한 업계 관계자는 "하반기 양산이 예정된 3나노 GAA(게이트올어라운드) 공정 수율을 끌어올리는 것이 1과제"라며 "경쟁업체와 비슷하거나 높은 수준의 수율이 목표"고 말했다.

삼성전자 DS(반도체) 부문은 오는 25일 예정된 글로벌 전략회의에서도 수율 문제를 집중 논의할 전망이다. 삼성전자가 상반기 3나노 2세대 수율 목표치로 제시한 수치는 60% 이상이다. 업계는 60% 이상이면 충분히 경쟁력을 끌어올려 빅테크의 주문을 맞출 수 있을 것으로 내다본다. TSMC의 공정 원가가 삼성전자보다 비싸기 때문에 수율이 비슷하면 삼성전자의 3나노 공정을 택할 고객사도 늘 수 있다.

핵심은 독자 공정인 GAA 기술이다. TSMC는 기존 기술인 핀펫 기술을 유지하고 있지만, 삼성전자는 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높일 수 있는 GAA 기술을 활용하고 있다. 아직 초기 단계라 수율이 올라오지 않고 있지만, 기존 기술보다 훨씬 생산 효율을 개선할 수 있다는 것이 삼성전자의 설명이다. 최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)도 최근 포럼에서 "GAA 기술은 AI 반도체에 최적화됐다"고 자신했다.

TSMC는 60~70% 수준의 높은 수율을 앞세워 주문량을 사전 확보한 상태다. 엔비디아 외에도 애플이나 인텔, 구글 등이 TSMC 공정으로 제품 생산을 추진하고 있는 것으로 알려졌다. 향후 2년치 주문량이 최대 캐파(생산 능력)에 가까워지면서 3나노 공정의 5% 가격 인상도 검토하고 있다. 현재도 TSMC의 3나노 공정 원가는 4나노 공정 대비 2배 이상 높다.

삼성전자의 잠재 고객사로 지목되는 곳은 AMD와 퀄컴이다. 팹리스(설계 전문)기업인 AMD는 차세대 AI(인공지능) 제품에 삼성의 3나노 2세대 GAA 기술 도입을 예고했으며, 퀄컴은 TSMC와 삼성전자의 이원생산을 고려하고 있다.특히 퀄컴은 최근 크리스티아누 아몽 퀄컴 CEO(최고경영자)가 이재용 회장과 만나 협력을 논의하기도 했다. 조만간 유의미한 협업 소식이 있을 것이란 관측에도 힘이 실린다.

업계는 지속 확대되고 있는 최선단(첨단) 시장을 잡으려면 3나노 시장에서부터 점유율을 빠르게 끌어올려야 한다고 지적한다. 시장조사기관 옴디아는 2023~2027년까지 전 세계 3나노 이하 공정의 매출 성장률은 연평균 92.3%를 기록할 것으로 내다봤다.

업계 관계자는 "삼성전자의 3나노 수율이 안정화되면 품질이나 가격 등 GAA 공정의 장점을 활용해 물량을 흡수할 가능성이 있다"며 "TSMC와의 파운드리 점유율 격차가 점차 벌어지는 만큼 모바일·AI 서버 등 3나노 공정 사용처(고객사)를 빠르게 늘려야 한다"고 말했다.