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삼성전자, '파운드리·메모리·AVP 턴키'로 승부수
김민기 기자
2024.06.14 07:00:23
AMD, 3나노 GAA 공정 활용한 HBM으로 턴키 전략 첫 발판 마련
이 기사는 2024년 06월 13일 18시 18분 유료콘텐츠서비스 딜사이트 플러스에 표출된 기사입니다.
6월 12일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 열린 '삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)'에서 삼성전자 파운드리 사업부장 최시영 사장이 기조연설을 하고 있다. (제공=삼성전자)

[딜사이트 김민기 기자] 삼성전자가 종합반도체기업(IDM)의 강점을 살려 메모리와 패키징 역량을 바탕으로 한 인공지능(AI) 턴키 솔루션을 제공해 대만 TSMC와의 격차를 줄일 계획이다. 이재용 삼성전자 회장도 미국 출장을 통해 대형 파운드리 고객사 확보에 힘을 기울이고 있다.


업계에서는 삼성전자가 파운드리 포럼에서는 1.4나노 양산 시점을 앞당기는 등의 '깜짝 발표'를 하는 게 아니냐는 관측이 나왔지만 기존 계획대로 2027년 양산을 발표했다. 삼성전자는 선단공정도 중요하지만 파운드리·메모리·패키징 역량을 모두 가진 IDM의 강점으로 AI시대에 고객사에 필요한 '원스톱' AI 솔루션을 제공한다는 전략이다.


삼성전자는 12일(현지시간) 미국 실리콘밸리 DS부문 미주총괄(DSA)에서 '삼성 파운드리 포럼(SFF) 2024'를 열고 AI 시대를 겨냥한 파운드리 전략을 공개했다.


통상 삼성전자는 파운드리 포럼에서 공정 로드맵을 공개한다. 지난해 행사에서도 삼성전자는 글로벌 파운드리 1위인 TSMC보다 먼저 업계 최초로 구체적인 2나노 공정 로드맵을 제시했다. 이에 올해 삼성전자가 기존 1.4나노 공정 일정을 앞당기는 것이 아니냐는 전망이 많았다.

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이는 지난 4월 TSMC가 1나노대 양산 일정을 2026년으로 앞당겼기 때문이다. TSMC는 2026년부터 1.6나노 공정을 통한 반도체 생산을 시작할 예정이라고 발표했다. 2025~2027년 각각 양산할 2나노와 1.4나노의 중간에 1.6나노를 추가해 1나노대 진입 시기를 1년 앞당긴다는 계획이다.


하지만 삼성전자는 무리하게 선단공정을 도입하기 보다는 세계 최초 도입한 GAA(Gate-All-Around)의 성숙도를 높이고 고객사 맞춤에 더욱 힘을 기울여 추가 고객사 확보에 나선다는 전략을 선보였다. 삼성 파운드리는 양적 1등이 아닌 질적 1등을 이루겠다는 포부다.


실제 삼성전자는 이날 행사에서 3나노 공정에 GAA 트랜지스터 기술을 최초 적용한 이후 2나노 및 1.4나노까지 개발이 순항 중이라고 밝혔다. 안정적인 수율로 GAA 기반 3나노 1세대(SF3E)를 양산 중이며, 2세대 공정(SF3) 역시 SF3E 양산 경험을 토대로 차질 없이 개발해 하반기 양산 예정이라고 밝혔다.


최시영 파운드리사업부장 사장은 기조연설에서 "인공지능(AI) 반도체에 최적화한 게이트올어라운드(GAA) 공정 기술과 적은 전력소비로 고속 데이터 처리가 가능한 광학소자 기술을 통해 고객사들이 필요로 하는 AI 솔루션을 제공할 것"이라고 밝혔다.


특히 삼성전자는 기존 파운드리 공정 로드맵 중 SF2Z, SF4U 추가로 공개해 2나노에 승부수를 던질 계획이다. 이날 삼성전자는 BSPDN(후면전력공급 기술, Back Side Power Delivery Network) 기술을 적용한 2나노 공정(SF2Z)을 2027년까지 준비한다고 밝혔다. BSPDN은 전류 배선층을 웨이퍼 후면에 배치해 전력과 신호 라인의 병목 현상을 개선하는 기술이다. 


SF2Z는 기존 2나노 공정 대비 PPA 개선 효과뿐 아니라, 전류의 흐름을 불안정하게 만드는 '전압강하' 현상을 대폭 줄일 수 있어 고성능 컴퓨팅 설계 성능을 향상시킬 수 있다. PPA는 Power(소비전력), Performance(성능), Area(면적)의 약자로, 공정을 평가하는데 있어서 주요한 3가지 지표다. 이번에 발표한 또 다른 신규 공정인 4나노 SF4U는 기존 4나노 공정 대비 광학적 축소(optical shrink)를 통해 PPA 경쟁력이 추가 향상되며, 2025년 양산 예정이다.


더불어 삼성전자는 메모리와 파운드리, 첨단패키징 역량을 모두 보유하고 있는 강점을 살려 이를 일괄적으로 제공하는 통합 AI 솔루션을 선보이겠다고 강조했다. 팹리스가 파운드리, 메모리, 패키지 업체를 각각 활용하는 경우 대비 칩 개발에서 생산에 걸리는 시간을 약 20% 단축할 수 있다.


일례로 AMD가 삼성전자의 3나노 GAA 공정 활용하면 이 같은 AI턴키 솔루션 제공이 가능해진다. 메모리 사업부가 HBM을 공급하고 파운드리 사업부가 위탁생산 및 패키징까지 담당하는 방식으로 HBM '턴키' 전략 성공에 첫 발판을 마련하게 될 것이라는 분석이다. 이를 통해 높은 HBM 생산 비용을 상쇄하고 맞춤형 반도체 생산까지 노릴 수 있어 HBM 점유율 상승에도 기여할 것으로 예측된다. 


하지만 결국 삼성 파운드리의 점유율 확대의 핵심은 고객사 확보다. 올해 1분기 삼성전자와 TSMC의 점유율은 11.0%대 61.7%로, 점유율 격차는 전 분기 49.9%포인트에서 50.7%포인트로 확대됐다. 특히 3나노 공정에서는 사실상 TSMC가 독과점 지위를 가져가고 있다. 엔비디아, AMD, 퀄컴, 미디어텍, 애플, 구글에서 모두 TSMC의 3나노 핀펫(FINFET) 공정을 채택 중이다.


최근 삼성전자가 다행히 3나노 GAA공정에서 글로벌 반도체 설계자산(IP) 기업 Arm과 손을 잡으며 TSMC와의 격차를 줄이는데는 도움이 될 것으로 보인다. 삼성전자는 Arm과 10년 이상 협력 관계를 맺으며 파운드리 사업 경쟁력을 높여왔다. 이재용 회장 역시 이번 미국 출장을 통해 마크 저커버그 메타 최고경영자(CEO), 크리스티아노 아몬 퀄컴 CEO 등 주요 빅테크 수장들과 잇따라 만나 고객사 확보에 나섰다. 


반면 TSMC가 3나노 가격을 인상할 것으로 보이면서 삼성전자에게는 고객사 확보에 청신호가 켜졌다. TSMC는 퀄컴의 스냅드래곤 8 Gen 4의 경우 전 세대 대비 가격을 25% 인상한 것으로 알려졌다. 웨이퍼 원가 상승과 독점적 지위 등으로 인한 가격 상승이며 추가 인상도 이뤄질 것으로 보인다. 이에 퀄컴이 삼성전자에 일부 파운드리 물량을 맡길 가능성도 배제할 수 없다. 


김영건 미래에셋증권 연구원은 "메모리와 파운드리 유저가 별개였던 과거와 달리 이제는 AMD 등 칩메이커가 파운드리의 사용자이자 동시에 HBM의 고객"이라며 "공급자 입장에서 다양한 운영의 묘를 살릴 여지가 있고, 글로벌에서 삼성전자만이 할 수 있는 사업 모델"이라고 말했다.

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