[딜사이트 김민기 기자] 세계 최대 파운드리(반도체 위탁생산) 업체 이자 업계 1위인 대만 TSMC와 기술력에서는 한 발 앞서지만 시장 점유율면에서 열세인 삼성전자가 치열한 파운드리 고객 수주전을 펼칠 전망이다. 

TSMC는 최근 삼성에 이어 3나노미터(nm·10억분의 1m) 양산 행사를 개최하고, 테슬라로부터 4나노 반도체 주문을 받는 등 발 빠른 행보를 보이고 있다.

26일 대만 경제일보에 따르면 TSMC는 오는 29일 대만의 남부과학단지 내 18팹(fab·반도체 생산공장)에서 3나노 양산 및 공장 증설 기념식을 개최한다. 삼성전자에 이어 2번째다.

해당 12인치(300㎜) 웨이퍼 공장은 5나노 제품을 생산해 왔다. 이번 5~9기 라인 공정에서 3나노 제품을 생산한다. 3차원 구조 핀펫(FinFET) 방식의 기술을 적용한 3나노 제품 양산이다. 2023년부터 N3E 칩제조 기술을 사용한 대량 생산에 나서 보다 나은 공정 수율(생산품 대비 정상품 비율)로 효과적인 제품을 생산하겠다는 계획이다.

반도체 업계 전문가는 "이번 TSMC의 3나노 기술은 3차원 구조 핀펫 방식으로 보이는데 이는 삼성의 'GAA'(Gate-All-Around)와는 다른 기술"이라면서 "결국 TSMC도 2나노로 갈 때는 GAA 기술을 도입할 것으로 보이는데 삼성이 좀 더 먼저 GAA 기술을 3나노에 도입했고 TSMC도 GAA를 따라갈 수밖에 없을 것"이라고 전했다. 

◆삼성 vs TSMC, 3나노 둔 물러설 수 없는 기술 경쟁

TSCM의 3나노 양산식 개최로 인해 삼성과 TSMC의 기술 경쟁은 더욱 치열해질 전망이다. 삼성전자는 지난 7월 세계 최초로 차세대 트랜지스터 구조 GAA(게이트 올 어라운드) 신기술을 적용해 파운드리 3나노 공정 제품 출하식을 개최했다.

그동안 TSMC는 4·5나노 공정에서 삼성을 앞질렀다. 이에 삼성은 파운드리 시장에서 '게임 체인저'가 되기 위해 지난 6월 세계 최초로 3나노 공정 양산을 시작한 것이다. 당시 TSMC는 3나노 양산을 7월에 하겠다고 했지만 연말로 연기하겠다고 밝힌 바 있다.

TSMC는 애리조나 1기 공정 팹에서 4나노 반도체 칩을 생산하고, 2기 공정 팹에서 3나노 반도체 칩을 생산할 예정이다. 두 팹의 총투자액은 51조3000억원(400억달러)에 이른다. 또 TSMC는 3나노 반도체보다 첨단 제품인 2나노 제품을 개발하고 있으며 오는 2025년 생산 목표로 북부 신주 지역에 2나노 공장 건설에 나설 계획이다.

삼성전자 역시 경기 평택 3공장(P3)에 내년 하반기까지 12인치 웨이퍼 월 생산량 10만장 규모의 D램·파운드리 라인을 신설한다. P3 파운드리용 웨이퍼 생산능력도 내년에는 3만장 더 늘린다. 4㎚급 신규 라인이다. 3만장은 지난 3분기 삼성전자 전체 파운드리 웨이퍼 월간 생산 규모 47만6000장의 6.8%에 달하는 수치다.

◆테슬라-퀄컴 두고 수주전 치열

양 사는 3나노 공정을 두고 본격적인 고객 확보에 온 힘을 쏟을 것으로 예상된다. 최근 업계에서는 테슬라를 두고 양 사가 치열한 경쟁을 벌이고 있는 것으로 보고 있다.

IT전문 매체인 디지티임즈에 따르면 TSMC는 현재 건설 중인 애리조나 팹에서 2024년부터 테슬라의 4나노 완전자율주행(FSD) 칩을 생산할 예정이다.

테슬라는 TSMC의 첫 전기차 고객사가 됐다. TSMC는 그동안 애플, 퀄컴, 엔비디아 등 IT 기업들에 납품할 칩을 위탁생산해 왔다. 테슬라 물량을 확보하며 차량용 반도체 경쟁력을 입증, 사업 포트폴리오를 넓힐 수 있을 전망이다.

테슬라는 그동안 삼성전자 파운드리를 통해 차세대자율주행(FSD) 칩 생산을 해왔다. 1·2세대 칩은 삼성전자가 위탁생산했다. 1세대는 텍사스 오스틴 공장에서 14나노 기반으로, 2세대는 화성 공장에서 7나노 기반으로 만들어졌다.

TSMC는 미국내 공급량 확대에 대응하기 위해 지난해 애리조나주에 새로운 반도체 공장을 설립했으며, 2024년부터 4개 반도체 제품을 대량 생산할 예정이다. 이 공장에서는 테슬라용 제품 외에 애플에 공급할 3나노 반도체도 생산될 예정이다.

이에 삼성전자 역시 내년 스냅드래곤8 3세대를 3나노 GAA 공정으로 양산할 가능성이 크다. 퀄컴은 이전 모델인 스냅드래곤8 1세대의 생산은 삼성전자, 스냅드래곤8 플러스 1세대와 2세대 생산은 TSMC에 맡겼다. 3나노 공정이 늦어지는 TSMC를 따돌리고 퀄컴을 고객으로 맞겠다는 계획이다. 

송명섭 하이투자증권 연구원은 "삼성전자는 3나노 경쟁에서 GAA가 가진 속도와 전력 소모량 우위를 바탕으로 고객 확보 전략을 펼 것"이라며 "높은 수율을 달성해 TSMC에 대한 높은 의존도에서 벗어나고 싶은 엔비디아·퀄컴 등에 충분한 물량을 적기에 공급할 수 있을지와 TSMC 3나노 핀펫(FinFET) 공정 대비 낮은 이익률을 어떻게 극복할지가 관건"이라고 분석했다.