삼성전자, 3나노 공정의 독보적 기술력! 그러나 기대만 해야 할 때일까요?

기술의 최첨단을 달리는 산업이 있다면, 당연히 반도체 사업일 것입니다.

이 반도체 기술은, 얼마나 작은 공간에 얼마나 많은 트랜지스터를 집어 넣느냐에 그 핵심이 있지요.

 

그래서 나노 공정이라는 말이 등장합니다. 나노 공정이란 무엇인지, 잠시 백과사전을 보고 가시죠.

 

나노공정은 나노미터 (1 nm=10 억분의 1 미터) 크기의 수준에서 물질과 소자를 다루는 기술을 이용한 공정으로서 정보기술(IT), 생명공학기술(BT) 등과 함께 21 세기 신산업 혁명을 주도할 핵심공정이며 IT, BT, ET(환경기술)의 발전을 받쳐주는 핵심 요소기술로 기대되고 있다. 

벌써 정의부터 아찔하네요. 바늘 구멍 크기보다 훨씬 작은 곳에 엄청난 소재를 집중시키는 일이니, 정말 대단한 기술이 아니라 할 수 없습니다.

어쨌든 대만의 TSMC를 비롯한 삼성전자 등은 이 나노기술을 더 작은 단위에서 실현시키려고 노력해 왔습니다. 그런데 삼성전자가 이번에는 3나노 기술이라는 대단한 기술을 들고 와서 시장에 선전포고를 한 것 같습니다.

 

삼성전자는 30일 GAA(Gate-All-Around) 기술을 적용한 3나노(nm) 파운드리 공정 기반의 초도 양산을 시작했다고 밝혔습니다. 여기서 잠깐! GAA 기술이란 도대체 뭘까요.

 

그것은  반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 채널(Channel) 4개면을 게이트(Gate)가 둘러 싸는 형태인 차세대 기술이라고 합니다.
이렇게 게이트 면적이 넓어지면서 채널 제어 능력이 높아진다고 합니다. 데이터 처리 속도와 전력 효율이 그만큼 올라가지요. 채널 또한 얇고 넓은 모양의 나노시트 형태로 만들었습니다.

 

이 3나노공정은 현재로선 가장 앞선 기술이라고 합니다. 여기에 삼성전자는 나노시트 GAA 구조 적용과 함께 3나노 설계 공정 기술 공동 최적화(DTCO)를 통해 소비전력·성능·면적(PPA)을 극대화했습니다.

한마디로 면적은 작게, 소비 전력은 적게, 성능은 높게 유지한다는 것입니다. 벌써 이러한 반도체를 썼을 경우 컴퓨터나 휴대전화 성능이 얼마나 향상될지 조금은 감이 오는 것 같습니다.

 

 

삼성전자 3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력은 45% 절감했고 면적은 16% 축소됐다고 하네요. 반면 성능 23% 향상시켰다고 합니다. 정말 대단하지요?

그리고 GAA 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적이 35%나 축소된다고 합니다.

삼성전자는 고객 요구에 최적화된 PPA, 극대화된 전성비(단위 전력당 성능)를 제공하며, 차세대 파운드리 서비스 시장을 주도해 나갈 계획입니다.

3나노 공정의 고성능 컴퓨팅(HPC)용 시스템 반도체를 초도 생산하고 이어 모바일 SoC 등으로 확대할 예정입니다. 이러한 상용화가 착착 진행되면 삼성반도체가 앞으로도 시장을 석권할 가능성도 충분히 있다고 생각됩니다.

여기서 파운드리 사업이란, 일종의 수주사업을 말합니다. 다른 회사가 이러이러한 칩의 설계를 제공하면, 그대로 반도체를 생산해서 납품하는 것이지요. 지금 이 파운드리 산업시장 점유율은 TSMC 53.6%, 삼성전자 16.3%로, 두 회사의 격차가 3배 이상입니다. 미세 공정 분야로 좁히면 TSMC 60%, 삼성전자 40%로 차이가 확 줄어듭니다. 이대로 간다면 언젠가 두 회사의 입지가 뒤바뀔 가능성도 엄연히 존재합니다.

 

희망적인 이야기만 들려드렸지만, 이런 모든 시나리오가 가능하려면, 반도체의 수율 관리가 매우 중요합니다.

수율이란 생산품 중 합격품 비율입니다. 이 수율이 높을수록 효율적이겠죠. 

공정의 미세화가 진행되면 될수록 당연히 수율 관리는 어려워집니다. 전의 4나노 공정의 경우 수율이 저조하여 퀄컴을 비롯한 고객사들이 TSMC에 주문을 맡긴 전례가 있습니다. 3나노 수율은 20퍼센트 정도라고 하니까, 아직은 상당히 낮은 편이네요. 이 수율이 최소 60퍼센트는 되어야 글로벌 빅테크들이 관심을 가지게 된다고 합니다. 

물론 파운드리 회사는 '맞춤형 제품'이니까 수율이 낮아도 양산은 가능하지만, 생산시간과 비용이 증가해서 결국 그 생산 업체나 수탁업체 모두 비용을 맞추기가 힘들어지겠죠? 

그래서 '나노 수에 연연하지 말고 수율 확보에 힘써야 한다'는 이야기가 나오는 것도 이러한 이유 때문입니다.

 

삼성전자 주식 가지고 계신 분들 많으시리라 생각합니다.
삼성전자가 3나노 공정의 양산을 시작한다는 것은 분명 아주 좋은 소식입니다. 앞으로 수율을 확보하여 삼성전자 주가가 하늘을 날았으면 좋겠네요^^

 

이상 석아산이었습니다.