TSMC, 2나노 본격 양산 vs 삼성전자, '수율 향상' 맹추격

'엑시노스 2600' 수율 50%대 기록…차세대 공정 SF2P 프로모션 진행

TSMC가 최첨단 파운드리 시장 내 '초격차'를 확대하고 있다. 지난해 4분기 3나노미터(nm) 공정 매출 비중을 크게 늘렸으며, 올해에는 2나노 공정의 양산을 본격화할 계획이다.

삼성전자도 1세대 2나노 공정의 수율을 50%대로 끌어올리며 추격에 나서고 있다. 또한 협력사들을 대상으로 2세대 2나노 공정의 프로모션을 지시하는 등 추가 성장동력 확보를 적극 준비하고 있는 것으로 알려졌다.

15일 TSMC는 지난해 4분기 실적발표 컨퍼런스콜에서 최첨단 파운드리 공정 개발 및 상용화 현황에 대해 공개했다.

TSMC 본사 (사진=TSMC)

TSMC, 올해 2나노 램프업…차세대 공정 준비도 순항

C.C. 웨이 TSMC 회장은 "N2(2나노미터) 공정은 지난해 하반기 성공적으로 대량 생산에 진입했고, 지속적인 성능 개선 전략을 바탕으로 올해 빠른 램프업(Ramp-up; 양산 본격화)을 기대하고 있다"고 밝혔다.

N2의 다음 버전인 N2P 공정도 올 하반기 양산될 예정이다. N2P는 N2 대비 성능 및 전력 효율을 더 끌어올렸다. 나아가 자체 후면전력공급(BSPDN) 기술이 적용된 16A(1.6나노미터)도 올 하반기 양산을 개시한다. BSPDN은 전력 공급선을 칩 후면에 배치해 칩 성능 개선 및 설계 자유도를 높인다.

업계는 TSMC의 2나노 공정이 양산 초기부터 안정적인 수율을 확보한 것으로 보고 있다. 대만 현지에서는 해당 공정의 수율이 80% 이상이라는 주장도 나온다.

이 덕분에 TSMC는 지난해에 이어 올해에도 최첨단 파운드리 시장을 과점할 것으로 관측된다. 지난해 4분기 기준 TSMC의 전체 매출에서 3나노 공정이 차지하는 비중은 28%로 역대 최대치를 기록한 바 있다.

삼성전자, 2나노 공정 수율 향상으로 추격

삼성전자 또한 지난해 4분기부터 1세대 2나노(SF2) 공정 기반의 최신형 모바일 AP(애플리케이션 프로세서) '엑시노스2600'의 양산에 돌입했다. 엑시노스 2600은 삼성전자가 올 1분기 공개할 예정인 플래그십 스마트폰 '갤럭시S26' 시리즈에 탑재된다. 퀄컴의 최신형 칩셋과 병행 탑재하는 구조다.

삼성전자 안팎의 이야기를 종합하면, 해당 공정의 웨이퍼 기준 수율은 50%대로 추산된다. 30%대였던 지난해 중반과 비교하면 진일보한 수준이다. 전작(엑시노스2500)과 달리, 초도 양산 과정에서 치명적인 불량 문제도 발생하지 않았다.

반도체 업계 관계자는 "양품 판별 기준에 따라 구체적인 수치는 달라질 수 있으나, 엑시노스2600의 수율은 50%대로 비교적 안정적인 수준에 다다른 것으로 안다"며 "MX사업부에서도 해당 칩셋 사용을 독려해 전체 갤럭시 중 25% 가량의 비중을 차지할 것"이라고 말했다.

삼성전자의 첨단 모바일 AP 엑시노스 2600(사진=삼성전자)

SF2P 공정 성공 여부가 핵심…"협력사에 프로모션 지시"

다만 삼성전자 최첨단 파운드리 사업이 반등하기 위해서는 2세대 2나노(SF2P) 공정의 성공 여부가 가장 중요하다는 게 업계 중론이다. SF2P는 SF2 대비 성능은 12%, 전력 효율은 25% 향상됐으며, 면적은 8% 줄였다.

또 다른 반도체 업계 관계자는 "삼성전자가 SF2 공정을 기반으로 다음 세대인 SF2P 공정 개발에 심혈을 기울여 왔고, 지난해 중반 기본적인 공정 설계 키트(PDK)를 완성했다"며 "최근 DSP(디자인솔루션파트너)에게도 SF2가 아닌 SF2P를 고객사에 적극적으로 프로모션하라는 가이드라인을 전달한 것으로 안다"고 말했다.

잠재 고객사들도 SF2P의 성공 여부에 주목하고 있다. SF2P는 삼성전자의 차세대 모바일 AP인 '엑시노스 2700' 외에도, 테슬라의 AI반도체 양산을 담당하고 있기 때문이다.

앞서 삼성전자는 지난해 테슬라와 22조원 규모의 반도체 위탁생산 계약을 체결했다. 테슬라의 차세대 FSD, 로봇, 데이터센터 등 전반에 활용되는 고성능 시스템반도체 'AI6'를 양산하는 것이 주 골자다.

AI6는 삼성전자의 SF2P 공정을 채택한 것으로 알려졌다. 이에 삼성전자는 국내 파운드리 및 패키징 설비를 통해 AI6칩의 초도 샘플 제작을 진행하고, 이후 테일러시에 구축 중인 신규 파운드리 팹에서 본격적인 양산에 나설 계획이다.

반도체 업계 관계자는 "SF2P 공정은 삼성전자 2나노 공정 중 외부 고객사의 대규모 양산을 공식적으로 확정지은 첫 공정"이라며 "해당 칩 양산이 성공적으로 시작돼야 타 고객사들도 이를 참고삼아 삼성전자에 더 적극적으로 양산 의뢰를 맡길 수 있을 것"이라고 말했다.