삼성, 파운드리 3나노 세계 첫 양산...피말리는 TSMC 추격전

[반도체가 미래다-1부] ⑦비메모리 전쟁의 일대 승부처

반도체 없이 살 수 없는 시대가 왔습니다. 반도체는 이제 사회와 산업의 생명수이자 권력입니다. 모든 것을 움직이고 연결할 수 있지만, 모든 것을 멈추고 파괴할 수도 있습니다. 1960~1970년대 노동집약적인 우리 경제를 첨단·고부가가치 산업으로 탈바꿈시킨 반도체가 이제 기술 패권 경쟁과 4차 산업혁명 속에 새로운 시대를 맞았습니다. 새 정부 출범과 함께 국내 반도체 산업의 경쟁력 강화와 생태계 확장은 어느 때보다 시급한 과제로 떠올랐습니다. 지디넷코리아가 창간 22주년을 맞아 '반도체가 미래다' 시리즈를 3부에 걸쳐 연재합니다. 우리 수출 산업의 첨병을 넘어 경제 안보 자산으로 평가 받는 한국 반도체 산업의 현주소를 면밀히 짚어보고, 무엇을 준비하고 미래를 어떻게 설계해야 할지 방향을 모색하고자 합니다. [편집자주]

<글 싣는 순서>

1부: 세계는 반도체 전쟁

2부: 한국 반도체 신화는 계속된다

3부: 전문가에게 듣는다

삼성전자가 상반기 반도체 위탁생산(파운드리) 3나노미터(㎚) 공정을 세계에서 처음으로 양산하겠다던 약속을 지켰다. 1나노미터는 10억분의 1미터다.

이재용 삼성전자 부회장이 공언한 대로 경쟁사를 뛰어넘고 파운드리 시장에서도 왕좌를 차지할지 관심이 모아진다. 세계 최대 파운드리 회사인 대만 TSMC는 하반기 3나노 공정을 양산하기로 했다. 삼성전자는 메모리 반도체 1등이지만 비메모리 반도체는 경쟁력이 낮다는 평가를 듣는다.

정원철 삼성전자 파운드리사업부 상무, 구자흠 부사장, 강상범 상무(앞줄 왼쪽부터)가 30일 삼성전자 화성캠퍼스 파운드리 3나노 양산 라인에서 3나노 웨이퍼를 보여주고 있다. 뒤에는 손가락으로 3을 가리키며 3나노 파운드리 양산을 축하하는 직원들.(사진=삼성전자)

세계 최초 3나노 양산

삼성전자가 30일 세계 최초로 파운드리 3나노 공정 양산을 시작했다. 파운드리 업계 1위인 TSMC보다 초미세 공정을 앞서는 셈이다. 4월 말 삼성전자는 1분기 실적을 설명하는 자리에서 2분기에 3나노 공정을 세계 최초로 양산해 경쟁사 대비 기술 우위를 확보하겠다고 발표했다. TSMC는 하반기부터 3나노를 양산하기로 했다.

삼성전자는 지난달 20일 윤석열 대통령과 조 바이든 미국 대통령이 경기 평택사업장을 찾았을 때 3나노 반도체 시제품을 공개했다. 바이든 대통령은 방한 첫 일정으로 삼성전자 평택사업장을 방문했다. 이 부회장이 직접 소개했다. 윤 대통령과 바이든 대통령은 3나노 시제품에 서명했다.

삼성전자는 3나노에 차세대 공정 기술 게이트올어라운드(GAA·Gate-All-Around)를 처음 적용했다. GAA는 반도체 트랜지스터 구조를 개선해 접촉 면적을 4개면으로 늘린 방식이다. 3면 구조인 기존 핀펫(FinFET)보다 전력 효율이 뛰어나다고 평가된다. TSMC는 2025년 2나노 공정에 GAA를 도입하기로 했다.

윤석열 대통령과 조 바이든 미국 대통령이 5월 20일 경기 평택시 삼성전자 반도체 공장에서 만나 웨이퍼에 서명하고 있다. 이 웨이퍼는 삼성전자가 세계 최초로 양산하는 3나노미터(nm·10억 분의 1m) 공정 웨이퍼다.(사진=대통령실사진기자단=뉴스1)

미세공정 장비 확보전

미세 공정 싸움은 이를 가능하게 하는 장비 확보 전쟁으로 이어진다.

이 부회장은 지난 14일(현지시간) 네덜란드 에인트호번에 있는 ASML 본사를 찾아 피터 베닝크 최고경영자(CEO)와 극자외선(EUV) 노광 장비를 원활하게 수급할 방안을 논의했다. 2020년 10월에도 이 부회장은 ASML 본사를 찾아가 장비 수급을 협의했다.

ASML은 반도체 업계에서 을의 입장이지만 갑보다 힘이 세다는 뜻에서 ‘슈퍼 을’로 불린다. 반도체 미세 공정에 필요한 EUV 노광 장비를 독점하기 때문이다. EUV 노광 장비를 1년에 45대 안팎으로 한정 생산한다. 삼성전자와 TSMC는 물론이고 SK하이닉스와 미국 인텔도 장비 사려고 줄 서는 것으로 전해졌다.

이재용 삼성전자 부회장(왼쪽 두 번째)이 14일(현지시간) 네덜란드 에인트호번에 있는 ASML 본사에서 반도체 장비를 점검하고 있다.(사진=삼성전자)

갈 길 먼 시장 지배력

이 부회장은 2019년 4월 ‘시스템 반도체 비전 2030’을 내놓으며 “메모리 반도체에 이어 파운드리를 포함한 시스템 반도체에서도 확실히 1등을 하겠다”고 선언했다. 2030년까지 시스템 반도체 생산·연구개발(R&D)에 133조원을 투자하기로 했다.

삼성전자가 대대적으로 나선 까닭은 TSMC에 뒤지기 때문이다. 1분기 세계 파운드리 시장이 성장한 가운데 10대 회사 가운데 삼성전자만 뒷걸음질 쳤다. 대만 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 1분기 삼성전자 파운드리 매출은 53억2천800만 달러(약 6조4천억원)로 집계됐다. 지난해 4분기 55억4천400만 달러보다 3.9% 줄었다. 시장 점유율도 지난해 4분기 18.3%에서 올 1분기 16.3%로 2%포인트 하락했다.

삼성전자 파운드리 시장 점유율은 TSMC의 절반도 안 된다. 1분기에는 격차가 37.3%포인트로 3.5%포인트 더 벌어졌다. 1분기 TSMC의 시장 점유율은 52.1%에서 53.6%로 커졌다. 매출은 11.3% 늘었다.

대만 TSMC 반도체 공장(사진=TSMC)

대만 "삼성전자, TSMC 못 이겨"

대만에서는 삼성전자가 TSMC를 따라잡을 가능성이 없다고 보고 있다. 투자 규모가 차이나기 때문이다. 대만 정보기술(IT) 매체 디지타임스는 매출의 60%를 투자하는 TSMC를 삼성전자가 이길 수 없다고 평가했다. TSMC는 자본적지출(CAPEX)을 2020년 170억 달러에서 올해 400억 달러로 늘렸다. 삼성전자는 2020년 100억 달러, 올해 100억~130억 달러다.

디지타임스는 지난해 삼성전자 반도체 매출의 77%가 메모리 반도체에서 나왔다고 추정했다. 삼성전자 비메모리 반도체 매출은 TSMC 3분의 1이라고 평가했다. 디지타임스는 삼성전자가 TSMC만큼 CAPEX를 투입한다면 비메모리 반도체 매출의 180%나 쏟아 붓는 격이라며 불가능한 일이라고 지적했다.

디지타임스는 내년 TSMC가 순수 파운드리 업체 중 처음으로 세계 반도체 매출 1위에 오를 것으로 기대했다. 인텔과 삼성전자가 엎치락뒤치락하는 자리를 빼앗을 것이라는 전망이다.