“1나노 공정 내가 먼저” 치열해진 파운드리 주도권 싸움

인텔은 3월 21일 오전 10시 15분(PDT 시간) 반도체 및 과학법 직접 자금 지원 발표를 기념하는 행사를 진행했다. 왼쪽 팻 겔싱어 CEO, 오른쪽 바이든 대통령ⓒ인텔

‘더 정교하고 더 촘촘하게.’ 글로벌 파운드리(반도체 위탁생산) 3사가 초미세공정에서 자존심 싸움을 벌이고 있다. 1nm(나노미터·10억분의 1ｍ) 공정을 놓고 TSMC·삼성·인텔이 경쟁적으로 기술 로드맵을 내놓으며 시장 어필에 나선 것이다.

AI(인공지능)칩 수요가 폭발적으로 늘어나자 인텔이 1.8nm-1.4nm 로드맵을 차례로 공개했고, 대만 TSMC도 1.6nm 공정을 발표하며 고객사 지키기에 나섰다. 선단 공정 속도전이 갈수록 치열해지는 가운데, 높은 수율을 확보한 곳이 파운드리 전쟁에서 승기를 잡을 것이라는 전망이 나온다.

26일 업계에 따르면 이날 1분기 실적을 발표한 인텔은 4년 내 ▲인텔 7▲인텔 4 ▲인텔 3 ▲인텔 20A ▲인텔 18A(옹스트롬, 1.8nm급) 등 5개 공정을 순차적으로 완성하겠다는 파운드리 로드맵을 공개했다.

앞서 공개한대로 20A는 올해 하반기 중 양산하며, 18A는 올 2분기 1.0 PDK(프로세스 디자인 키트)를 내놓은 뒤 내년 상반기 양산에 돌입한다.

인텔은 특히 18A 공정에 6번째 고객이 합류했다는 소식도 알렸다. 지난 2월 마이크로소프트(MS)가 인텔의 1.8A 공정 고객사가 됐다고 밝혀 업계를 놀라게 한 바 있다. 인텔은 18A에 이어 차세대 공정인 14A(1.4㎚)를 도입하겠다는 중장기 계획도 재차 강조했다. 로드맵대로라면 1.4A 공정 양산은 2027년부터 시작된다.

옴스트롬은 100억 분의 1m로, 기존 초정밀 반도체 공정인 nm보다 더 세밀한 단위의 표기다. nm는 반도체 회로 선폭을 의미하는 단위로, 선폭이 좁을수록 소비전력은 줄고 처리 속도는 빨라진다. 현재 세계에서 가장 앞선 양산 기술은 3nm로, 이르면 내년부터 1nm 양산이 시작되는 셈이다.

이에 질세라 파운드리 1위 기업인 TSMC도 초미세 공정 속도전을 알렸다. TSMC는 전날 미국 캘리포니아주 샌타클래라에서 열린 ‘북미 기술 심포지엄’에서 ‘A16’ 데뷔 소식을 알렸다.

A16은 1.6nm 공정에 해당하는 것으로 TSMC가 1.6nm를 언급한 것은 이번이 처음이다. TSMC는 보도자료를 통해 “업계 최고의 N3E(3nm) 기술이 현재 생산중이며, 2025년 하반기에는 N2(2nm)가 생산될 예정인 가운데 다음 기술인 A16을 선보인다”며 “A16은 TSMC의 수퍼 파워 레일 아키텍처와 나노시트 트랜지스터를 결합한 것으로 2026년 생산된다”고 밝혔다.

이 회사는 2025년 2nm, 2027년 1.4nm 로드맵을 공개한 바 있다. 기존에 없던 2026년 1.6nm 공정을 이번에 깜짝 발표한 것은 늘어나는 AI 반도체 수요에 어필하기 위한 전략으로 풀이된다. 탄탄한 고객군을 가진 TSMC가 앞으로도 경쟁사에게 밀리지 않겠다는 의지를 드러낸 셈이다.

TSMC는 A16가 N2P(2nm)에 비해 데이터 센터 제품에서 동일 전력 기준 8~10% 속도가 향상되고 동일 속도에서는 15~20% 전력이 감소한다고 강조하고 있다. 칩 밀도는 최대 1.1배 향상된다.

인텔 1분기 실적ⓒ인텔

파운드리 1위 지위를 공고히하려는 TSMC와 6년 내 파운드리 2인자가 되겠다는 인텔이 1nm 초미세공정 기싸움에 나서면서 삼성전자의 파운드리 전략에도 변화가 생길지 관심이 쏠린다.

삼성전자는 2025년 2nm, 2027년 1.4nm 공정 양산 로드맵을 갖고 있다. 구체적으로 2nm에서는 모바일향 중심으로 2025년 2nm 공정(SF2)을 양산하며, 2026년 고성능 컴퓨팅(HPC)향, 2027년 오토모티브향 공정으로 범위를 점진적으로 확대한다. 개발 속도로 보면 TSMC와 유사하다.

다만 삼성은 최선단 기술인 GAA(게이트 올 어라운드·Gate All Around)을 통해 승부를 걸고 있다. GAA는 게이트는 3면 외에 아랫면까지 쓰는 4차원 방식이어서 핀펫의 한계를 극복할 차세대 기술로 손꼽힌다.

파운드리 만큼 중요한 패키징 기술도 갈고 닦고 있다. 경계현 DS부문장(사장)은 지난달 열린 삼성전자 주주총회에서 “지난해 처음으로 AVP 사업팀을 만들어 운영을 시작했다. 올해는 2.5D 패키징에서 하반기부터 투자 결과가 나오기 때문에 1억 달러 이상의 매출이 발생할 것으로 본다”고 언급했다.

파운드리 3사의 선단 공정 속도전 승부는 결국 고객사 확보에서 갈릴 것이라는 전망이 나온다. 그러려면 경쟁사 보다 수율(결함이 없는 합격품 비율)을 더 끌어올려야 한다.

이 대목에서는 선제적으로 GAA를 도입한 삼성이 다소 유리하다. 수율이 개선되면 생산량은 늘고 원가는 줄어든다. 수율은 제품 단가·물량, 납기에도 두루 영향을 미치기 때문에 고객사 유치에도 유리하다.

타이완 신주공업단지 내 위치한 TSMC 본사 전경.ⓒTSMC

인텔은 네덜란드 장비 업체 ASML의 ‘하이 뉴메리컬어퍼처(High NA) EUV’를 가장 먼저 확보해, 1.4nm 공정 양산을 준비중이다. 2~3nm를 건너뛰고 1nm 공정에 뛰어든 인텔이 안정적인 수율까지 낼 수 있을지 업계는 반신반의하고 있다.

엔비디아, 애플 등 탄탄한 고객사를 확보하고 있는 TSMC는 A16 공정에는 인텔이 쓰는 ASML의 하이-NA EUV가 필요하지 않다는 입장이다. 이에 따라 기존 EUV를 활용하는 방식으로 양산 준비에 나설 것으로 예상된다. 각기 다른 ‘3사3색’ 파운드리 기술이 얼마나 글로벌 팹리스(반도체 설계)의 마음을 흔들 수 있을지 주목된다.