삼성전자, 2나노 파운드리 고객사 추가 수주… “초기 수율 확보 청신호”

삼성전자 화성캠퍼스 전경./삼성전자

삼성전자가 일본 인공지능(AI) 반도체 기대주 프리퍼드네트웍스(PFN)로부터 2나노 기반 AI 가속기를 수주한 데 이어 국내 신경망처리장치(NPU) 기업의 2나노(1nm=10억분의 1m) 칩 물량을 수주한 것으로 알려졌다. 삼성 파운드리(반도체 위탁생산)의 2나노 공정은 현재 양산성 테스트를 진행 중이며, 실패를 거듭했던 3나노와 비교해 초기 수율이 기대 이상인 것으로 전해졌다.

31일 업계에 따르면 삼성전자는 2나노 고객사 확보를 위해 대외 수주 활동을 벌이며 다수의 업체와 테스트 과정을 거치고 있다. 최근 국내 한 AI 반도체 기업은 차세대 NPU를 삼성전자 2나노 공정에서 생산하기로 확정하고 협업을 진행 중이다. 올 연말 파운드리 사업부장에 취임한 한진만 사장은 2나노 제조 수율을 획기적으로 높이겠다고 밝힌 바 있다.

삼성전자 파운드리 사업부는 올해 전영현 부회장이 DS(반도체)부문장으로 취임한 이후 대대적인 쇄신에 돌입한 상황이다. 양산 수율과 관련한 내부 지표 역시 기존 프로세스를 변경하고 외부 테스트 기업들의 검증을 받고 있다. 공정뿐만 아니라 설계 최적화를 위한 전문 인력도 적극적으로 영입 중이다.

삼성전자에 정통한 관계자는 “첨단 공정의 수율은 단순히 제조 기술력만으로 확보되는 것이 아니라 설계 능력과 제조 능력의 궁합이 좋아야 한다”며 “삼성전자 파운드리가 기술력에 비해 올해 내내 지나치게 십자포화를 받고 있지만 최선단 공정 분야에서는 최근 들어 선전하며 반등의 계기를 마련하고 있다”고 설명했다.

내년 하반기부터 삼성전자, TSMC가 양산에 나서는 2나노 공정은 3나노와 비교해 많은 부분이 달라진다. 기존 트랜지스터 구조가 변경되며 개발 비용과 설계 난도가 높아지고 정교한 본딩과 높은 웨이퍼 평탄도가 요구된다. 원자층증착(ALD) 공정이 고도화되기 때문에 3나노에서 사용되던 다수의 핵심 장비를 교체하고 셋업하는 작업이 필요한 것으로 알려졌다.

물론 과제도 있다. 대형 고객사를 유치하기 위해서는 TSMC가 오랜 기간에 걸쳐 쌓아놓은 파운드리 생태계와 IP(설계자산) 등을 확보해야 한다. 업계 관계자는 “팹리스(반도체 설계기업) 입장에서 더 빠르고 안정적으로 칩을 양산하기 위해서는 다양한 변수들을 파운드리 업체가 통제해 줘야 한다”며 “TSMC의 경우 디자인하우스 파트너와 수많은 협력사들을 거느리고 있어 더 편한 것이 사실”이라고 설명했다.

삼성전자 파운드리 사업부도 이 부분을 인지하고 적극적으로 자사 진영의 생태계 확보에 공을 들이고 있다. 디자인하우스와의 파트너십을 확대하고 있으며, 반도체 설계자동화(EDA), 테스트, IP 등의 분야에서 우군을 끌어모으고 있다. 이는 해외 영업통이자 대외 파트너십에 능통한 한진만 사장의 강점이기도 하다.

삼성전자는 내년 상반기 2나노 공정 시험생산을 위해 올해 4분기부터 화성사업장 파운드리 라인 ‘S3′에 2나노 생산 장비를 순차적으로 반입하고 있다. 최근 삼성전자는 미국 테일러 공장에서도 2나노 공정에 주력한다는 계획을 새롭게 수립했다. 내년과 내후년 파운드리 사업 실적이 2나노 공정의 성공 여부에 달려있는 셈이다.

한편 경쟁사인 TSMC도 최근 2나노 시험생산에서 60%의 수율을 확보한 것으로 알려졌으며 내년부터 본격적인 양산 체제에 돌입할 예정이다. TSMC는 대만 신주과학단지 바오산 지역의 20팹에서 2나노 생산을 시작하며, 이후 타이중 중부과학단지 신규 공장에서도 2026년부터 단계적으로 대량 생산을 개시할 계획이다. 미국 애리조나 공장에서도 2나노 공정을 도입할 예정이다.

황민규 기자(durchman@chosunbiz.com)

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