TSMC vs 삼성전자 2나노 반도체 파운드리 경쟁, 미국 일본의 합세

TSMC와 삼성전자가 2 나노 반도체 경쟁에 진입했다. 반도체 분야는 ‘더 작게’를 외치며 불과 3~4년 사이에 5 나노, 4 나노에 이어 3 나노 시대가 열렸고, 이제 2 나노 경쟁이 시작되었다. 반도체 생산기술을 확보하기 위해 미국과 일본이 뛰어들며 반도체 생산 분야의 경쟁은 가속화되고 있다. TSMC와 삼성전자의 2 나노 경쟁을 중심으로 반도체 산업을 살펴보자.

 

 

TSMC와 삼성전자의 2나노 경쟁

 

 

TSMC와 삼성전자의 2 나노 반도체 경쟁과 전 세계 반도체 파운드리 시장

 

TSMC의 2 나노 시범 생산 착수

TSMC가 2 나노 공정 반도체 시범 생산 준비에 착수했다는 소식이다. 애플, 엔비디아를 첫 고객으로 하여 빠르면 올해 말부터 시범 생산을 시작할 계획이라고 한다. TSMC는 2022년 말 공장용지를 확보해서 2 나노 공장과 생산설비를 짓고 있다. 애초 2024년 시범 생산, 2025년 양산하는 목표보다 다소 빨라졌다.

 

삼성전자도 비슷한 로드맵으로 2 나노를 계획을 발표하긴 했지만, 기술 로드맵만 발표하고 구체적인 얘기들은 안 나오고 있어서 업계에서는 일단 TSMC가 먼저 2 나노를 시작했다고 보고 있다.

 

2 나노 공정이란?

반도체를 만드는 공정은 반도체에 새겨지는 전기 회로의 폭을 좁히고 소자의 크기를 줄이는 방식으로 기술 발전이 이루어지는데, 나노 또는 나노미터(nm)라는 것은 반도체 회로의 선과 선 사이의 폭을 의미한다.

 

1nm(나노미터)는 10억 분의 1m로 머리카락 굵기의 10만 분의 1에 해당하는 초미세 크기를 나타내는 단위다.

 

이렇게 회로의 선폭을 좁혀서 작은 크기의 반도체를 만들면 한 장의 웨이퍼에서 더 많은 반도체를 만들게 되어 생산 효율이 높아지고, 제한된 크기의 전자기기에 사용되었을 때 같은 전력을 사용해서 더 많은 데이터를 더 빠르게 처리할 수 있게 된다.

 

보통 2 나노 반도체라 하면 3 나노 공정으로 만든 제품보다 성능은 10~15% 정도 개선되고 소비 전력은 25~30% 절감해 준다. 반도체는 일반적인 전자기기뿐 아니라, 앞으로는 인공지능, 슈퍼컴퓨터, 자율주행차 등 4차 산업 시대에는 더욱 활용도가 높아진다.

 

반도체 공정이 미세할수록 기술 난도가 당연히 올라가고, 생산 비용은 2 나노가 3 나노보다 2배 정도 올라간다. 또 재료 투입 대비 합격품이 나올 확률인 수율이 나오기가 어려워진다.

 

TSMC vs 삼성전자

3 나노 반도체 양산은 삼성전자가 2022년 6월에 세계 최초로 시작했고, TSMC가 2022년 12월부터 양산을 시작했다. 2 나노는 두 회사 모두 2025년 양산을 목표로 하고 있다.

 

2022년 말 기준 전 세계 반도체 시장은 TSMC가 점유율 58.5%로 1위고, 삼성전자가 15.8%로 2위로 TSMC를 따라가는 모양새다. 3 나노의 경우도 양산은 삼성전자가 먼저 시작했지만, 종합적인 완성도에 있어서는 3 나노는 1년, 4 나노는 2년 정도 뒤처져 있다고 삼성전자 스스로 진단하고 있다.

 

삼성전자는 2 나노부터는 TSMC와 어깨를 나란히 하고, 2027년에는 1.4 나노 공정을 도입할 계획을 하고 있다.

 

미국과 일본의 반도체 굴기 선언

AI, 슈퍼컴퓨터, 자율주행과 같은 첨단 산업에 들어가는 첨단 반도체를 생산하는 기술력을 갖고 있지 않으면 국가의 산업 경쟁력 자체가 위협을 받겠다는 판단 아래 미국과 일본도 미세 반도체 생산 분야에 뛰어들고 있다.

 

미국 인텔은 2024년 하반기에 5 나노 반도체를 상용화할 계획을 발표했고, 일본은 라피더스라는 기업이 최근 미국의 IBM과 손잡고 2027년에 2 나노 비메모리 반도체를 생산하려 하고 있다.

 

라피더스는 2022년 11월 소니, 도요타, 소프트뱅크, 키오시아, NTT, NEC, 덴소, 미쓰비시 UFJ 은행의 8개 기업이 차세대 반도체 개발과 생산을 위해 공동으로 설립한 법인이다.

 

일본 같은 경우는 현재 40 나노 정도의 기술력을 가지고 있는데, IBM의 주요 기술을 이전받더라도 개발과 생산 인력 등의 문제로 과연 단기간에 기술 격차를 좁힐 수 있겠느냐는 시장의 의구심이 있기는 하다.

 

삼성전자의 숙제

반도체 미세 공정은 발표만 한다고 다 이루어지는 것이 아니다. 첨단 공정으로 갈수록 시범 생산과 상용화까지 기술적으로 해결해야 할 문제들이 많고, 목표 일정을 어기는 경우도 많다. 3 나노 공정 개발 때도 TSMC가 양산 일정을 미룬 적이 있다.

 

삼성전자는 2 나노 개발도 중요하겠지만, 지금 당장 3 나노 공정을 고도화하는 것도 중요한 과제이다. 삼성은 2024년에 3 나노 2세대 출시를 목표로 하고 있는데 3 나노가 TSMC보다는 빨랐지만, 수율이 낮고 고객사 선점도 뒤처진다는 평가를 받고 있다. 3 나노 보완이 시급한 것이다.

 

TSMC와 삼성전자가 비슷한 수준으로 반도체 칩을 만들어도, 애플 같은 고객사 입장으로 볼 때 TSMC는 위탁생산만 하는 파운드리 기업이고, 삼성전자는 파운드리 외에 자사 완제품을 만들어 내는 기업이어서 기술 유출 우려도 항상 따라다닌다.

 

TSMC와 삼성전자의 2 나노 반도체 개발소식을 중심으로 전 세계 반도체 생산 시장의 흐름을 살펴보았다. 삼성전자가 TSMC를 따라잡으려면 개발 단계의 기술력뿐만 아니라 생산단가, 수율 등의 개선을 통해 가격 경쟁력과 공급의 안정성을 갖추고, 기술 유출에 대한 고객사의 우려를 불식시키는 것이 숙제로 보인다.