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3나노 부진 극복할 마지막 기회…초미세공정 삼국지 승부처 될 듯
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테크파워업은 지난달 29일(현지시각) "삼성의 2세대 2나노 GAA 노드가 파운드리 사업의 성패를 가르는 분기점"이라고 보도했다.
삼성전자는 올해 하반기 첫 2나노 제품으로 자사 엑시노스 2600 플래그십 시스템온칩(SoC) 양산을 목표로 한다. 외부 고객들은 삼성이 개발 성과를 믿을 만하고 높은 수율의 양산으로 바꿀 수 있는지 지켜보고 있다. 이는 3나노 공정에서 수율 부진을 겪었던 삼성이 외부 고객사들 신뢰를 되찾을 수 있는 중요한 기회다.
삼성전자는 2022년 6월 업계 최초로 3나노 공정에 GAA 기술을 도입했으나 시장에서는 TSMC에 밀렸다. 초기 수율이 10~20% 수준에 머물면서 퀄컴과 엔비디아 등 주요 고객사 확보에 실패했다. GAA는 채널을 4면에서 완전히 감싸 전류 제어 정밀도를 극대화하는 기술로 핀펫(FinFET)보다 성능이 35% 향상되고 전력 소모는 50% 줄어드는 장점이 있다. 그러나 복잡한 공정 특성상 양산 과정에서 다층 나노시트 적층 공정의 결함 발생률이 늘어나고 열 불안정성 문제도 생겼다.
최근 보도에 따르면 삼성전자의 2나노 플랫폼을 사용한 AI 중심 칩 공급을 위한 수십억 달러(수조원) 규모 대형 계약 체결 소식이 전해져 기대감을 높였다. 그러나 이런 계약이 의미를 가지려면 삼성이 꾸준한 수율과 예측 가능한 생산 능력을 확보해야 한다는 조건이 따른다.
업계에 따르면 현재 엑시노스 2600의 초기 시험생산에서 확보된 수율은 30% 수준으로 전해진다. 이후 공정 안정화가 진행되어 최근에는 40~50% 이상, 일부는 60%에 근접했다는 관측도 있다. 수율 목표는 연말까지 70% 달성으로 알려진다.
반면 경쟁사인 대만 TSMC는 2나노 공정에서 시험 생산 단계에서 60% 이상 달성하였고, 본격 양산 시에는 90% 이상에 달하는 압도적인 수율을 보이는 것으로 알려져 격차가 심각한 상황이다. 업계에서는 삼성전자가 올해 연말까지 2나노 수율 70%를 달성할 경우 파운드리 시장 점유율을 현재 7.7%에서 15%까지 회복할 수 있을 것으로 본다.
삼성전자는 장기간에 걸쳐 2나노 웨이퍼에 대한 다년간 수요를 예상해 여러 공정 세대를 병행 개발한다. 그러나 회사의 최첨단 파운드리 작업에 대한 평가는 SF2 변형 공정, 특히 2세대 SF2P와 SF2P+가 고객이 요구하는 기술 이점과 제조 안정성을 모두 제공할 수 있을 만큼 빠르게 성숙할 수 있는지 여부에 따라 결정될 것으로 보인다.
한진만 삼성전자 파운드리사업부장은 지난해 12월 취임 후 수율 개선을 최우선 과제로 삼았다. 한 사장은 임직원 메시지에서 "GAA 공정 전환을 누구보다 먼저 이뤄냈으나 사업화에서는 아직 부족함이 많다"며 "기회의 창이 닫혀 다음 노드에서 또다시 승부를 걸어야 하는 악순환을 끊어야 한다"고 강조했다.
현재 파운드리 시장에서 TSMC가 67.6%로 압도적인 점유율을 보이는 가운데, 삼성의 2나노 GAA 공정 안정화 성공 여부는 파운드리 시장 판도 변화를 이끌 핵심 변수가 될 전망이다. 업계 관계자는 "삼성전자 파운드리에 중요한 분기점"이라며 "2나노 GAA 공정 양산 결과에 따라 올해 TSMC를 추격하는 발판을 마련할 수 있을 것"이라고 말했다.
첫 2나노 양산 확대가 안정성을 보인다면 수개월간의 엔지니어링 작업을 검증하고 대규모 파운드리 계약 기회를 다시 열 수 있다. 삼성전자는 2025년 하반기 AI와 모바일용 SF2P 공정 양산을 시작으로, 2026년 자동차용 SF2A와 고성능컴퓨팅(HPC)용 SF2X 공정 상용화를 계획한다. 첫 2나노 노드 확장 가능성을 입증하는 것이 중요하나, 삼성의 미래 경쟁력은 궁극적으로 수율을 안정화하고 2세대 공정이 지속적인 제조 안정성을 유지할 수 있음을 보여주는 데 걸려 있다.
박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com
