TSMC '3나노 천재'도 중국 복귀… 삼성·SK 후공정 흔들 변수 부상

화웨이가 극자외선(EUV) 노광장비 없이 3차원(3D) 수직 적층 설계로 애플 최신 프로세서를 추격하는 기술 혁신을 달성했다. 이와 동시에 대만 TSMC의 일본 3나노미터(nm) 공정 장비·재료 최적화를 주도한 석학까지 중국 학계로 복귀했다.

기술 혁신과 핵심 인재 확보라는 두 축으로 중국의 반도체 자강론이 동시 가속화하면서, 국내 파운드리와 첨단 패키징 기업의 경쟁 지형을 흔들 변수로 부상했다.

IT 전문 매체 Wccftech와 사우스차이나모닝포스트(SCMP)는 지난 25일(현지시각) 화웨이의 차세대 스마트폰 칩 ‘기린 9050’의 3D 패키징 도입과 반도체 석학 다보 박사의 중국과학기술대(USTC) 석좌교수 부임 사실을 보도했다. 미국 제재로 선단 공정 장비 반입이 막힌 중국이 후공정(패키징) 혁신과 해외 인재 흡수로 돌파구를 찾고 있다는 분석이다.

올가을 출시할 메이트 90시리즈에 탑재할 기린 9050은 기존 7나노 공정 기반으로 제작된다. 중국 최대 파운드리 기업 SMIC는 미국 규제 탓에 5나노 이하 공정에 필수적인 EUV 장비를 확보하지 못했다. 미세화 한계에 직면한 중국은 기술적 열세를 극복하기 위해 반도체 소자를 수직으로 쌓아 올리는 ‘로직폴딩(LogicFolding) 3D IC’ 패키징 기술을 도입했다.

평면 미세화 대신 실리콘관통전극(TSV)과 차세대 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding) 기술을 융합해 트랜지스터 밀도를 끌어올리는 우회 전략이다. 수직 적층 시 신호 전달 경로는 단축되지만, 열 밀도가 급증하는 기술적 상충관계가 발생한다.

중국 시티증권(CITIC) 유팡보 분석가가 공개한 초기 테스트 결과에 따르면, 기린 9050은 고전력 환경의 특정 연산 기준(AI 추론·멀티코어)에서 TSMC의 첨단 3나노 공정으로 제조한 애플 ‘A18 Pro’를 웃도는 성능을 발휘했다.

다만 모바일 기기 탑재의 핵심 조건인 소비 전력과 발열 제어 역량은 상용화 검증을 더 거쳐야 한다. 전력 공급이 무제한인 통제 환경에서 거둔 일시적 성과라는 신중론도 공존하지만, 공정 한계를 패키징으로 극복해 추격 속도를 좁혔다는 사실 자체만으로 국내 업계에 상당한 압박이다.


중국 반도체 굴기의 또 다른 축은 첨단 인재의 귀환이다. 일본 국립재료과학연구소(NIMS) 최연소 종신 학자이자 글로벌 장비 기업 램리서치의 공동 연구를 이끈 다보 박사가 연구팀을 이끌고 중국 USTC 공학과학부 석좌교수로 부임했다. 다 박사는 데이터 기반 스펙트럼 분석법을 개발해 2차원 원자 박막 반도체 특성화 연구 등에서 두각을 나타낸 인물이다.
특히 TSMC의 일본 구마모토 3나노 공정과 연관된 장비·재료 최적화 연구에 적용된 램리서치 공동 연구개발 프로젝트를 이끌며 전자빔 및 식각장비의 핵심 부품·재료 공정 최적화 연구를 주도했다. 그의 귀환은 선단 공정 가동 노하우와 장비 최적화 기술이 중국으로 고스란히 이식됨을 뜻한다.

다 박사 연구팀은 이미 안후이성 허페이 시정부의 지원을 받아 ‘허페이국정기기기술’ 등 반도체 테스트 장비 기업의 산업화 플랫폼 구축에 착수했다. 업계 관계자는 "미국 장비 기업과의 공동 연구 경험을 가진 다 박사가 전면에 나서면서, 중국이 취약했던 반도체 소부장 전반의 국산화 수준을 국제 표준으로 끌어올리는 기폭제가 될 것"으로 진단했다.


중국의 기술 추격과 인재 확보는 글로벌 반도체 지형을 흔들 변수다. 국내 반도체 전문가들은 이번 흐름이 국내 기업에 미칠 파장을 세부 영역별로 정교하게 분리해 주시해야 한다고 조언한다.

종합반도체(IDM) 기업의 경우 파운드리를 병행하는 삼성전자는 첨단 선단 공정 수주 전선에서 중국 파운드리의 추격 압박을 받게 된다. 반면 SK하이닉스는 고대역폭메모리(HBM) 중심의 구조를 짜고 있어 모바일 로직 칩 중심인 이번 변화의 직접 영향권에서는 다소 비껴나 있다.

그러나 향후 중국이 로직 투 로직(Logic-to-Logic) 적층 기술을 고도화해 범용 AI 칩 양산 단계로 확장할 경우 잠재적 변수가 될 수 있다. 가장 큰 타격이 예상되는 곳은 국내 OSAT(반도체 후공정 외주업체)와 소부장 기업이다. 다보 박사 주도로 중국 내 반도체 검사·식각 장비의 국산화가 가속화하면 국내 소부장 기업들의 중국 수출 전선에 직접적인 타격이 불가피하다. 후공정 기술 자급률이 올라갈수록 국내 생태계의 설 자리는 좁아질 전망이다.


첫째, 올가을 메이트 90 실사용 리뷰 시점의 발열·배터리 효율 확인이다. 화웨이 기린 9050의 실제 모바일 환경 구동 전력 대 대비 성능비를 확인해야 3D 적층 양산 수율의 실체를 판단할 수 있다.

둘째, 허페이 국산 장비 플랫폼의 SMIC 라인 적용 여부(2026~2027년)다. 다보 박사 주도의 전자현미경 및 테스트 장비가 중국 파운드리 양산선에 진입하는 속도에 따라 국내 소부장 기업의 수출 둔화 시점이 결정된다.

셋째, 국내 기업들의 첨단 패키징 글라스 기판 가동률과 신소재 선점 속도다. 중국의 우회 축적 역습에 대응해 삼성전기, LG이노텍 등 국내 부품사들의 유리기판 설비투자(CAPEX) 진척도와 독점 기술 확보 여부를 주시해야 한다.

TSMC·삼성 역시 3D 적층(SoIC, X-Cube 등)을 병행 중이라는 점에서, 향후 경쟁 축이 ‘공정 vs 패키징’이 아닌 ‘공정+패키징 통합’으로 이동하고 있다는 분석도 나온다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com