삼성 vs TSMC '파운드리 2나노 전쟁'

산업리포트

TSMC, 엔비디아와 기술 협업
슈퍼컴 활용 2나노 공정 개발
"공장 4기 건립에 100조 투자"

삼성 "2025년 양산" 기술 선도
인텔은 이달초 기술개발 성공

사진=게티이미지뱅크

TSMC, 삼성전자 등 파운드리(반도체 수탁생산) 업체의 최첨단 기술 개발 경쟁이 ‘2나노미터(㎚·1㎚=10억분의 1m) 공정’으로 확산하고 있다. 2㎚는 반도체 선폭(회로의 폭)을 뜻하는데, ㎚ 앞에 붙은 숫자가 작을수록 고성능·저전력·초소형 반도체를 만들 수 있다. 최첨단 칩이 필요한 인공지능(AI)·고성능 컴퓨팅(HPC)·자율주행차용 칩 시장을 선점해 대형 고객을 확보하기 위한 목적으로 분석된다.

◆노광 공정에 엔비디아 AI 기술 활용

28일 산업계에 따르면 TSMC는 최근 2㎚ 공정 개발을 위해 엔비디아와 기술 관련 협업을 강화하고 있다. 오는 6월부터 반도체 8대 공정 중 하나로 꼽히는 노광(리소그래피) 공정에 엔비디아의 슈퍼컴퓨터를 활용할 수 있는 ‘쿠리소(cuLitho)’를 적용하기로 한 게 대표적 사례로 꼽힌다.

노광 공정은 쉽게 말해 ‘포토마스크’에 그려진 회로를 극자외선(EUV)을 활용해 웨이퍼(반도체원판)에 사진을 찍듯 옮기는 것이다. 반도체 선폭이 ㎚ 단위로 좁아지면서 AI를 활용한 고성능 컴퓨팅(컴퓨터 기술)이 필요하게 됐다. 포토마스크에 반도체 회로를 정확히 그리고, EUV를 정밀하게 쏘기 위해서다.

개별 포토마스크를 설계할 때 중앙처리장치(CPU)를 활용하면 2주가 걸린다. 엔비디아는 데이터 병렬 처리가 가능한 그래픽처리장치(GPU)를 활용해 포토마스크 설계 기간을 8시간으로 단축했다. 엔비디아의 GPU 기반 컴퓨팅 노광 공정 기술을 활용하면 소비전력도 85% 급감하는 것으로 알려졌다. 엔비디아 관계자는 “TSMC는 쿠리소를 활용해 2㎚ 노광 공정에 걸리는 시간과 비용을 단축하고 정확성을 높일 수 있을 것”이라고 설명했다.

시설 투자에도 적극적이다. 닛케이에 따르면 TSMC는 ‘대만의 실리콘밸리’로 불리는 신주 지역에 2㎚ 공정 기반의 반도체를 생산할 신공장 건설에 들어갔다. TSMC는 총 100조원가량을 투자해 공장 네 곳을 지을 계획인 것으로 알려졌다. 최초 양산 시점은 2025년으로 전망된다.

◆삼성전자, 첨단기술 선제 도입

세계 1위 업체의 공격적인 투자 움직임에 삼성전자는 촉각을 곤두세우고 있다. 삼성전자는 2025년 2㎚ 공정에서 반도체 칩을 양산하겠다고 선언했다. 경기 평택에 들어설 4~6공장에 2㎚ 라인이 깔릴 것으로 관측된다.

반도체업계에선 기술 측면에서 삼성전자가 앞서나가고 있다는 평가가 나온다. 삼성전자는 경쟁사가 2㎚ 공정에 도입을 예고한 게이트올어라운드(GAA) 기술을 3㎚ 공정에 도입했다. GAA 기술은 공정 미세화에 따른 트랜지스터의 성능 저하를 방지하는 기술이다.

파운드리 최첨단 기술 연구 조직인 반도체연구소의 위상을 높이고 투자액도 늘리고 있다. 이재용 삼성전자 회장은 지난 10일 경기 화성 연구소를 방문해 “앞으로 반도체연구소를 양적·질적인 측면에서 두 배로 키워나갈 예정”이라고 말했다. 지난해 8월엔 “연구개발(R&D)에 20조원을 투자하겠다”고 발표했다.

파운드리 사업 재진출을 선언한 인텔도 바쁘게 움직이고 있다. 이달 초 인텔은 “2㎚와 1.8㎚ 공정용 기술을 개발했다”고 선언했다. 최근엔 4개월간 공석이던 인텔파운드리서비스(IFS) 최고경영자(CEO)에 스튜어트 판 부사장을 임명하고 신규 고객사 확보에 주력하고 있다.

황정수 기자 hjs@hankyung.com