전세계 파운드리 전쟁 격화… 삼성, Arm과 손잡고 TSMC 추격

글로벌 시장 합종연횡 돌입

AI 반도체 고도화로 경쟁 불붙어
3나노 파운드리 연 64.8%씩 성장

Arm 차세대 SoC 설계 자산 이용
삼성, 첨단 GAA 공정 최적화 나서

인텔, 1.8나노 선점 ‘퀀텀점프’ 노려
9300조원 투자 올트먼과 연대 주목

글로벌 파운드리(반도체 위탁생산) 업계의 초미세 공정 ‘전쟁’이 격화하고 있다. 오픈AI의 챗GPT 등 생성형 인공지능(AI)이 촉발한 AI 반도체 고도화 경쟁은 시장 선점을 위한 반도체 업체들의 합종연횡을 부추기며 업계를 달구고 있다.

삼성전자 파운드리 사업부는 세계 최대 반도체 설계 자산(IP) 기업인 영국 Arm(암)과의 협력 관계를 강화한다고 21일 밝혔다. Arm의 차세대 시스템온칩(SoC) IP를 삼성전자의 최첨단 게이트올어라운드(GAA) 공정에 최적화하는 것이다.

사진=뉴시스

GAA는 삼성전자가 2022년 6월 세계 최초로 3나노(㎚·10억분의 1m) 공정에 도입한 기술로, 기존 핀펫 기술의 한계를 극복한 AI 반도체에 최적화된 공정으로 평가받는다. 핀펫은 공정이 미세화할수록 트랜지스터 성능 저하로 전력 효율이 낮아지는데, GAA는 전류가 흐르는 채널의 면적을 늘려 누설 전류를 줄이고 데이터 처리 속도를 높일 수 있다.

GAA는 삼성 파운드리의 ‘승부처’다. 파운드리 업계 ‘절대 강자’인 대만의 TSMC는 3나노 공정까지 핀펫 구조를 활용하는 것으로 알려졌지만, 삼성전자는 이미 GAA 기반 3나노 1세대(SF3E)를 양산 중이고 2세대 공정 개발에도 속도를 내고 있다.

삼성전자와 Arm의 협업은 파운드리의 고객사인 팹리스(반도체 설계 전문 회사) 기업이 차세대 제품 개발에 소요되는 시간과 비용을 최소화할 수 있다.

미국 인텔도 초미세 파운드리 공정 개발에 속도를 내고 있다.

인텔은 지난해 9월 1.8나노급인 18A공정 반도체 웨이퍼 시제품을 깜짝 공개하며 양산 목표 시기를 2025년으로 선언했다. 현재 5나노 이하 파운드리 시장을 양분한 TSMC와 삼성전자가 양산 중인 3나노보다 한층 더 앞선 공정으로 ‘퀀텀 점프’하겠다는 구상이다.

업계는 인텔이 21일(현지시간) 미국 캘리포니아 새너제이에서 여는 ‘다이렉트 커넥트’ 행사를 주목하고 있다. 엔비디아의 AI칩 독점 타파를 위해 7조달러(약 9300조원) 투자 유치에 나선 오픈AI의 샘 올트먼 최고경영자(CEO)가 참석하는 가운데, 인텔의 초미세 공정 개발 상황이 올트먼의 AI칩 로드맵과 어떤 방식으로 연합 전선을 구축할 수 있을지가 관건이다.

반도체 업계가 초미세 파운드리 공정에 열을 올리는 배경엔 관련 시장의 폭발적인 성장이 예상되기 때문이라는 분석이 나온다.

시장조사업체 옴디아는 전체 파운드리 시장이 2023년 1043억7000만달러에서 연평균 13.8% 성장해 2026년 1538억3000만달러에 달할 것으로 예상한다.

특히 공정이 미세해질수록 성장 속도는 빠를 것이라는 전망이다. 옴디아는 파운드리 5나노 이하 매출은 2023년부터 2026년까지 연평균 34.4% 성장하는 가운데, 3나노 이하 시장의 연평균 성장률은 같은 기간 64.8%로 약 2배에 이를 것으로 전망했다.

최근 업계 상황을 봐도 이 같은 관측이 유효하다는 분석이 나온다. 삼성전자는 일본의 최대 AI 기업 프리퍼드네트웍스(PFN)의 2나노 AI 가속기 생산 과제를 수주한 것으로 알려졌다.

TSMC는 세계 스마트폰 업계를 주도하는 애플과 2나노 파운드리에서도 공고한 협력을 이어갈 전망이다.

이동수 기자 [e-mail]