파운드리(반도체 위탁생산) 1위 TSMC가 올해 하반기 3나노 공정 양산을 시작한다. 예정대로라면 삼성전자보다 몇달 늦은 양산이지만, 높은 수율로 차세대 반도체 공정 경쟁에서 우위를 점한다는 전략이다. 다만 수율 확보에 어려움을 겪고 있어 3나노 공정이 차질을 빚을 수 있다는 주장도 제기된다.

24일 업계에 따르면 삼성전자와 TSMC는 올해 3나노 공정을 본격화한다. 글로벌 팹리스(칩 설계) 기업들이 3나노 공정을 활용해 보다 개선된 시스템 반도체 개발에 나설 예정이다. 관건은 고객사 유치다. 현재 파운드리 시장은 TSMC가 절반의 점유율을 확보하고 있다.

먼저 삼성전자가 선제적으로 3나노 게이트올어라운드(GAA) 기술공정을 통해 다수의 팹리스 고객사를 확보한다면 TSMC 격차를 좁힐 것으로 기대된다. 삼성전자는 GAA 기술 기반 3㎚ 1세대 제품을 올해부터 양산할 계획이며, 내년에는 3㎚ 2세대 공정에도 GAA 기술을 적용하기로 했다. 반면 TSMC는 2㎚ 공정부터 GAA를 도입한다는 계획이다.

삼성전자가 3나노 제품 선제 공략에 열을 올리는 이유는 파운드리 시장에서 TSMC와의 격차 때문이다. 트렌드포스에 따르면 TSMC의 파운드리 시장 점유율은 작년 기준 55%(1분기), 52%(2분기), 53%에 달한다. 파운드리만 수행하는 TSMC는 지난해 영업이익률이 무려 41%에 달한다. 같은 기간 삼성전자의 영업이익률은 30%다. 2020년에는 반도체 영업이익 1위 자리를 TSMC가 가져가기까지 했다.

TSMC는 나노 경쟁에서도 앞서가는 형국이다. TSMC의 연간 7nm 이하 공정별 매출 비중은 ▲5nm 19% ▲7nm 31%다. 스마트폰과 HPC 매출액이 각각 44%와 37%를 차지했다. 북미 고객 비중은 65%다. 여기에 미국 퀄컴은 내년에 출시할 3나노 공정의 차세대 애플리케이션 프로세서(AP) 파운드리를 삼성전자가 아닌 대만 TSMC에 전량 맡기기로 했다.

TSMC는 지난해부터 2023년까지 단 3년동안 1000억달러(112조4500억원)를 투자하겠다고 선언하며 1위 굳히기를 시사했다. 팹(제조 시설)도 동맹 국가 위주로 더욱 늘리기로 했다. TSMC는 일본 구마모토현에 70억 달러를 들여 공장을 짓기 시작해 2024년 반도체 양산에 들어간다는 계획이다. 소니 또한 TSMC와 협력할 수 있다는 뜻을 밝혔다.

오는 2024년 가동을 목표로 미국 애리조나주에도 120억 달러(약 14조원)를 투입해 반도체 공장을 추진하고 있다. C.C. 웨이 TSMC 최고경영자(CEO)는 애리조나주 공장을 통해 5나노미터 생산기술을 사용하는 반도체 대량생산을 2024년부터 시작할 것이라고 발표했다. 평균 영업이익률이 30~40%인 TSMC는 벌어들인 이익을 기술 개발 및 설비에 과감하게 재투자하고 있는 것이다.

TSMC는 미중 간 공급망 전쟁이 심화되면서 미국 편으로 선회했다. 2020년 9월부터는 중국 최대 통신 업체인 화웨이와의 거래를 중단하면서부터다. 화웨이는 당시 TSMC의 2대 고객임에도 말이다. 화웨이는 제품에 들어가는 반도체의 대부분을 TSMC에서 수입할 만큼 의존도가 높다. TSMC는 화웨이를 잃었음에도 같은 해 반도체 기업 영업이익 1위에 등극하는 등 파죽지세를 이어가고 있다.

올해 삼성전자와 TSMC가 3나노 공정을 본격화하면서 양사 간 첨단 공정 경쟁은 더욱 힘을 받을 것으로 보인다. 삼성전자가 수율에 있어 열세로 꼽히지만 TSMC 또한 3나노 공정에서 수율 확보에 난항을 겪고 있다는 주장이 제기된다. 대만 디지타임스는 "3나노 공정을 계속해서 개선하고 있지만 수율이 내부 기준을 충족하지 못하며 하반기까지 일정한 생산량을 달성할 수 없을 것"이라고 설명했다. 또 "3나노 공정 때문에 TSMC 고객사 중 일부가 로드맵을 수정하는 등 혼란을 겪고 있다"고 덧붙였다.

이에 따라 TSMC의 3㎚ 공정을 적용하기로 한 일부 세트(완성품) 업체들은 기존 5㎚ 공정을 적용하기로 계획을 변경한 상태다. 디지타임스에 따르면 AMD가 올해 출시할 노트북용 라이젠 6000 시리즈는 TSMC 6나노, 올 하반기 출시 예정엔 젠4(Zen 4) 기반 라이젠 프로세서는 TSMC 5나노 공정에서 생산될 예정이다. 

[위키리크스한국=최종원 기자]

sus@wikileaks-kr.org

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