삼성전자 3나노 파운드리 반도체 생산으로 TSMC의 벽을 넘을 수 있나?

삼성전자가 세계 최초로 GAA(Gate All Around) 기술인 '3나노 파운드리 반도체' 생산을 시작했습니다. 파운드리 반도체와 3나노 공정은 무엇이며, 삼성전자가 파운드리 시장 점유율 세계 1위 TSMC의 벽을 왜 못 넘는가에 대한 이유를 정리해 보았습니다.

삼성전자 파운드리사업부 정원철 상무(왼쪽부터), 구자흠 부사장, 강상범 상무가 GAA 기술로 양산한 3나노 웨이퍼를 보여주고 있다. - 출처 : 동아일보

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목차

1. 파운드리 반도체란
2. 3나노 반도체 공정이란
3. 삼성전자는 왜 'TSMC를 뛰어넘지 못하는가'
4. 정리

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파운드리 반도체란

파운드리 반도체란 반도체 제조회사가 설계를 하면 그 설계대로 생산을 하는 것을 말합니다.

• 예) NVIDIA에서 GPU 신제품을 설계하면 삼성전자는 설계서 그대로 GPU를 생산, 즉 반도체 위탁생산입니다.

이 파운드리 반도체를 다른 용어로 시스템 반도체, 또는 비메모리 반도체라고도 합니다.

아래는 시스템 반도체의 종류입니다.

• CPU(Central Processing Unit), 모바일 AP(Mobile Processor)
  • 컴퓨터의 중앙처리장치로 제어, 연산, 기억, 해석의 기능을 처리하는 장치입니다.
• GPU(Graphics Processing Unit)
  • 그래픽 처리 장치로 그래픽 연산을 빠르게 하여 모니터에 출력하는 연산 장치입니다.
• NPU(Neural Processing Unit)
  • 인공지능 프로그램에 최적화된 프로세서입니다.

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3나노 반도체 공정이란

나노란 '나노미터'를 의미하며 '3나노미터는 3억 분에 1미터'입니다. 모든 반도체 내부에는 전기회로를 구성해야 하는데, 이 전기회로 폭이 3나노미터라는 겁니다. 나노라는 단위가 이 정도로 미세한 단위라는 거에 다시 한번 놀라지 않을 수가 없겠네요.
그럼 이 반도체 공정이 미세할수록 좋은 것 인가하면 미세할수록 크기가 작아지고 더 많은 회로를 연결할 수 있으며, 전력소비는 낮고 속도는 더 빠르기 때문입니다. 대표적인 반도체 칩인 '애플의 M1은 5나노 공정'입니다.

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삼성전자는 왜 'TSMC라는 벽을 못 넘는가'

대만의 TSMC는 파운드리 시장에서 독보적인 1위(점유율 55%)를 하고 있습니다. 삼성전자는 2위(17%)로 몇 년째 제자리걸음을 하고 있습니다.

삼성전자가 세계 최고의 반도체 생산 기술력을 가지고도 TSMC를 못 넘어서나 이것에 대한 의문점이 있을만합니다. 여기에는 삼성전자의 기술력이 거꾸로 단점이 되고 있습니다.
삼성전자는 크게 메모리 사업부, LSI 사업부, 파운드리 사업부가 있습니다.
문제는 CPU, GPU, NPU 등의 설계를 담당하는 LSI 사업부가 있기에 세계적인 IT기업들 애플, 구글, 인텔, IBM 등은 삼성전자에 위탁생산을 꺼려하고 있습니다. 즉 위탁생산을 맡기려면 설계도를 삼성전자에 제공해야 하는데, 핵심 기술들이 LSI사업부에 노출될 것을 우려한 나머지 대부분의 글로벌 기업들은 파운드리 사업만 하는 TSMC를 선호하게 되었던 겁니다. 그리고 몇 년 전에는 TSMC가 삼성전자보다 파운더리 기술력에 조금 더 우위에 있었던 것도 사실입니다.

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정리

현재까지도 대만의 TSMC를 포함한 대부분의 반도체 업체는 5나노 공정이 대세지만, 이번 삼성전자의 'GAA 3나노 반도체'의 생산을 기점으로 반도체 시장에 큰 변화가 있을 것입니다. 삼성전자가 3나노 기술을 앞세워 파운더리 시장 점유율 1위를 할 수 있느냐에 대해서는 단기간 관점에서는 불가할 것으로 보이지만, 앞으로2030년까지 반도체 기술개발에 171조 원을 투자하는 삼성전자는 분명히 파운더리 사업에서도 1위를 달성할 것입니다.