TSMC 따돌린 삼성전자…세계 첫 3나노 반도체 양산

[아이뉴스24 민혜정 기자] 삼성전자가 '3나노미터(㎚, 10억 분의 1m) 반도체' 양산에 돌입한다. 3나노 공정이 적용된 반도체를 만들어 제품으로 공급하는 건 삼성이 최초다.

30일 업계에 다르면 삼성전자는 이날부터 3나노 반도체를 양산한다. 1nm는 머리카락 굵기 10만분의 1에 불과하다. '3나노' 공정은 반도체 회로 선폭을 머리카락 굵기의 10만 분의 3으로 좁힌 셈이다.

반도체는 회로 간격이 미세할수록 성능이 높아지고 전력소비가 줄어든다. 웨이퍼(반도체 원판)에서 나오는 칩 숫자가 증가해 생산 효율성도 개선된다.

3나노 공정으로 제작된 반도체는 5나노 대비 칩 면적은 35% 줄이면서, 성능과 배터리 효율은 각각 15%와 30% 올릴 수 있는 것으로 알려져 있다.

삼성전자는 3나노 반도체 양산을 세계 반도체 위탁생산(파운드리) 1위 TSMC보다 먼저 시작한다. TSMC는 하반기에 3나노 공정을 시작할 예정이다.

3나노 제품은 앞서 전 세계의 주목을 받기도 했다. 지난달 20일 조 바이든 미국 대통령이 윤석열 대통령과 삼성전자 평택캠퍼스를 찾았을 때 삼성이 내놓은 게 바로 3나노 반도체 웨이퍼다. 양국 정상은 3나노 공정 웨이퍼 시제품에 서명했다.

삼성전자는 3나노부터 게이트 올 어라운드(GAA) 기술을 적용한다. TSMC가 3나노엔 기존 핀펫 기술을, 2나노부터 GAA를 활용한다고 발표한 것과 차별화된다.

반도체의 구성을 이루는 트랜지스터는 전류가 흐르는 채널과 채널을 제어하는 게이트로 구분되는데, GAA는 채널의 4면을 게이트가 둘러싸고 있다. 트랜지스터는 게이트와 채널의 접촉면이 많을수록 전류 흐름을 세밀하게 제어할 수 있다.

이에 따라 GAA는 반도체의 전류 흐름을 세밀하게 제어하는 등 채널 조정 능력이 높아지는 효과를 볼 수 있다. 게이트와 채널이 3면에서 맞닿아 있는 기존 핀펫 구조보다 GAA가 전력효율을 높일 수 있는 셈이다.

파운드리 시장에서 삼성전자는 세계 2위다. 세계 1위인 대만 TSMC는 시장을 과점하고 있다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 TSMC의 1분기 파운드리 점유율은 53.6%, 삼성전자는 16.3%다.

삼성전자는 TSMC를 추격할 수 있는 무기는 초격차 기술이라고 보고 있다. 최근 이재용 삼성전자 부회장이 유럽 출장에서 돌아와 "첫 번째도 기술, 두 번째도 기술, 세 번째도 기술"이라고 강조한 바 있다.

다만 삼성전자가 '최초' 3나노 공정에 성공해도 수율이 안정화되지 않으면 삼성 파운드리는 제자리 걸음을 할 수밖에 없다. 삼성전자는 4나노 공정에서 수율 논란을 겪으며 시장에서 파운드리 경쟁력에 의구심을 샀다.

업계 관계자는 "세계 최초로 3나노 공정을 시작한다는 건 의미있는 일"이라면서도 "일각에선 3나노가 늦더라도 4·5나노 공정을 안정화하는게 낫지 않냐는 시각도 있는데 삼성이 이같은 우려를 불식시킬 수 있어야 할 것"이라고 강조했다.