삼성전자가 27일(현지시각) 미국 실리콘밸리에서 개최한 '삼성 파운드리 포럼 2023'에서 최시영 삼성전자 파운드리사업부 사장이 기조연설을 하고 있다. /삼성전자

[더팩트｜최문정 기자] 종합 반도체 기업 전환에 속도를 내는 삼성전자가 파운드리(반도체 위탁생산) 분야 주도권 확보에 나선다. 삼성전자는 클린룸을 선제적으로 건설하고, 시장 수요와 연계한 탄력적인 설비투자를 골자로 하는 '쉘퍼스트 전략'을 가동을 본격화한다. 이를 통해 2나노미터(㎚, 10억분의 1미터) 초미세 공정 양산에서 경쟁사 TSMC를 앞지른다는 구상이다.

삼성전자는 27일(현지시각) 미국 실리콘밸리에서 '삼성 파운드리 포럼 2023'을 개최하고, 최첨단 파운드리 공정 서비스 확대 제공과 쉘퍼스트 전략 단계별 실행을 통한 안정적인 고객 지원을 약속했다.

삼성전자는 △최첨단 2나노 공정의 응용처 확대 △첨단 패키지 협의체 'MDI' 출범 △올해 하반기 평택 3라인 파운드리 제품 양산 등을 통해 파운드리 사업 경쟁력을 강화해 나가겠다고 강조했다.

삼성전자는 오는 2025년 모바일향 중심으로 2나노 공정(SF2)을 양산하고, 2026년 고성능 컴퓨팅(HPC) 향 공정, 2027년 오토모티브 향 공정으로 확대한다. 특히 최첨단 SF2 공정은 SF3 대비 성능 12%, 전력효율 25% 향상, 면적은 5% 감소하는 것이 특징이다.

1.4나노 공정은 계획한 대로 2027년부터 양산한다.

다양한 고객 수요 충족을 위한 스페셜티 공정 경쟁력도 강화한다. 삼성전자는 컨슈머, 데이터센터, 오토모티브 향으로 2025년 8인치 GaN(질화갈륨) 전력반도체 파운드리 서비스를 시작한다. 질화갈륨은 차세대 전력반도체로 실리콘(Si) 반도체의 한계를 극복해 시스템의 고속 스위칭과 전력 절감을 극대화할 수 있다.

아울러 삼성전자는 차세대 6세대 이동통신(6G) 선행 기술 확보를 위해 5나노 라디오 프리퀀시(RF) 공정도 개발해 2025년 상반기에 양산한다. 5나노 RF 공정은 기존 14나노 대비 전력효율은 40% 이상 높이고, 면적은 50% 줄인 것이 특징이다.

또 현재 양산 중인 8나노, 14나노 RF 공정을 모바일 외 오토모티브 등 다양한 응용처로 확대해 나갈 계획이다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부 사장은 기조연설에서 "많은 고객사가 자체 제품과 서비스에 최적화된 인공지능(AI) 전용 반도체 개발에 나서고 있다"며 "삼성전자는 인공지능 반도체에 가장 최적화된 게이트 올 어라운드(GAA) 트랜지스터 기술을 계속 혁신해 나가며 인공지능 기술 패러다임 변화를 주도하겠다"고 말했다.

삼성전자는 게이트 올 어라운드(GAA) 공정 등을 앞세워 2나노미터 선단 공정에서 경쟁사 TSMC를 따돌리고 파운드리 사업 주도권을 쥔다는 목표다. /삼성전자

GAA는 반도체 공정이 미세화되면서 발생하는 트랜지스터 성능저하를 극복하고, 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 반도체 핵심기술로 꼽힌다. 삼성전자는 3나노 파운드리 공정에 GAA를 도입했으며, 안정적인 수율로 양산하고 있다. 현재 GAA 트랜지스터 구조를 도입한 파운드리 기업은 삼성전자가 유일하다.

앞서 경계현 삼성전자 DS부문장 대표이사 사장은 지난달 한국과학기술원(KAIST) 강연에서 "삼성전자는 냉정하게 TSMC보다 4나노 기술력은 2년, 3나노는 1년이 뒤처졌다"며 "하지만 2나노로 들어오면 삼성전자가 앞설 수 있다. 5년 안에 TSMC를 따라잡겠다"고 밝혔다.

당시 경 사장은 GAA를 삼성 파운드리의 핵심 무기로 꼽았다. 그는 "2나노 공정부터는 업계 1위(TSMC)도 GAA를 도입할 것"이라며 "그때가 되면 삼성전자는 업계 1위와 같이 갈 것"이라고 말했다.

삼성전자는 시장과 고객 수요에 신속하고 탄력적으로 대응하기 위해 평택과 테일러에 반도체 클린룸을 선제적으로 건설하고 있다. 오는 2027년 클린룸의 규모는 2021년 대비 7.3배 확대된다.

삼성전자는 올해 하반기 한국 평택 3라인에서 모바일 등 다양한 응용처의 파운드리 제품을 본격 양산할 계획이다. 또한 현재 건설 중인 미국 테일러 1라인을 계획대로 올해 하반기에 완공하고, 내년 하반기에 본격적으로 가동할 예정이다. 아울러 국가산업단지로 조성중인 용인으로 생산거점을 확대해 나갈 계획이다.

삼성전자는 최첨단 패키지 협의체 구축에도 나선다.

삼성전자는 글로벌 SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 파트너, 메모리, 패키지 기판, 테스트 분야 기업과 함께 최첨단 패키지 협의체 MDI(Multi Die Integration) 얼라이언스 출범을 주도한다고 밝혔다.

MDI 얼라이언스는 2.5D/3D 이종집적 패키지 기술 생태계 구축을 통한 적층 기술 혁신을 이어가는 한편, 파트너와 함께 '최첨단 패키지 원스톱 턴키 서비스'를 제공해 비욘드 무어 시대를 선도한다.

삼성전자가 27일(현지시각) 미국 실리콘밸리에서 개최한 '삼성 파운드리 포럼 2023'에서 고객과 파트너가 대화를 나누고 있다. /삼성전자

이종집적 패키지 기술은 서로 다른 기능을 가진 반도체를 하나의 반도체처럼 동작하도록 하는 패키지 기술을 말한다. 특히 고성능 컴퓨팅(HPC), 오토모티브 등 응용처 별 차별화된 패키지 솔루션을 개발해 다양한 시장과 고객의 요구 사항을 만족시켜 나가겠다는 방침이다.

삼성전자는 차세대 반도체 설계에 필요한 (IP) 파트너와의 협업을 통해 파운드리 생태계도 강화한다.

IP는 반도체 특정 기능을 회로로 구현한 설계 블록으로, 반도체 설계 필수 요소로 꼽힌다.

삼성전자는 50개 글로벌 IP 파트너와 4500개 이상의 IP를 확보했다. 삼성전자는 LPDDR5x, HBM3P, PCIe Gen6, 112G SerDes 등 2나노 공정에 사용할 최첨단 고속 인터페이스 IP를 내년 상반기까지 확보할 계획이다.

또한 IP 파트너와의 장기 협력을 추진해 AI, HPC, 오토모티브 고객의 광범위한 요구에 대응하고, IP별 다수의 글로벌 파트너와 협력을 추진한다. 여기에는 삼성전자의 글로벌 IP 파트너 회사인 시놉시스, 케이던스, 알파웨이브 등도 참여한다.

삼성전자는 파운드리 고객 수도 꾸준히 늘고 있다고 강조했다. 지난해 삼성 파운드리 고객 수는 100곳 이상으로 2017년 대비 2.4배 증가했다. 2028년에는 2017년 대비 5배 이상을 확보하는 것이 목표다.

계종욱 삼성전자 파운드리사업부 부사장은 "삼성전자는 SAFE 파트너와 협력해 최첨단 공정과 이종 집적 기술 도입에 따라 높아지는 설계 복잡도를 최소화하고 있다"며 "이번 포럼을 계기로 SAFE 생태계의 양적, 질적 성장을 이루며 고객의 혁신과 성공을 지원하겠다"고 밝혔다.

munn09@tf.co.kr