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외신 “퀄컴, 삼성에 최첨단 스냅드래곤 제조 맡길 것”
TSMC 3나노 공정 양산 지연…출시 일정 차질 불가피
‘선단 공정 우위’ 삼성, 퀄컴과의 파트너십 강화 기대

퀄컴이 차세대 모바일 애플리케이션프로세서(AP)를 생산할 파운드리(반도체 위탁 생산) 업체로 삼성전자를 고려하고 있다는 외신 보도가 나왔다. 선단 공정 구축에 어려움을 겪고 있는 대만 TSMC와 달리 삼성전자가 업계 최초로 3nm(1nm는 10억분의 1m) 양산에 돌입했기 때문이다. 특히 삼성은 차기 스마트폰 모델에 퀄컴의 모바일 AP인 ‘스냅드래곤’ 을 전량 채택키로 한 바 있어, 삼성과 퀄컴 간 파트너십이 더욱 끈끈해질 전망이다.

28일 IT 전문 매체 Wccftech는 유명 정보 유출자 ‘OreXda’를 인용해 퀄컴이 내년 말 공개할 차세대 모바일 AP ‘스냅드래곤8 3세대’의 제조를 TSMC가 아닌 삼성전자 파운드리에 맡길 것이라고 보도했다.

이는 퀄컴이 첨단 스냅드래곤 제품 양산을 위한 파운드리 업체로 TSMC를 가장 우선적으로 검토하고 있다는 기존 관측과는 상충되는 것이다. OreXda는 퀄컴이 삼성을 고려중인 이유로 “TSMC의 3나노 공정 생산이 계속 지연되고 있기 때문”이라고 제시했다.

실제로 TSMC는 3나노 공정 전환에 난항을 겪고 있다. TSMC는 지난 9월부터 3nm 양산을 시작한다는 계획을 내놨으나 일정은 계속 늦춰지고 있다.

업계는 TSMC가 핀플렉스(FinFLEX) 기술로 3nm 반도체를 생산하는 과정에서 수율을 높이고, 품질을 확보하는 데 어려움을 느끼고 있기 때문이라고 보고 있다. 핀플렉스 기술은 기존 5nm 공정에 적용된 핀펫(FinFET) 기술을 기반으로 3nm 공정 전환을 위해 업그레이드한 것이다.

노근창 현대차증권 리서치센터장은 “TSMC의 3nm 공정에 쓰이는 핀플렉스 기술은 기존에 쓰던 핀펫 기술 기반이기는 하지만 기존 장비와 다른 EUV(극자외선) 노광 장비 등을 써야 한다”며 “반도체 제품 품질을 확보하고 양산하는데 상당한 시간이 걸릴 것이다”고 분석한 바 있다.

주요 고객사인 인텔의 반도체 주문 감소도 TSMC에 악영향을 미치고 있다. 인텔은 ‘메테오레이크’의 GPU 칩셋을 당초 올 하반기부터 양산하려 했으나, 제품 설계 및 공정 검증 문제로 내년 하반기로 연기했다. 이에 따라,  내년 TSMC의 3나노 생산 계획은 대부분 취소됐다. 파운드리 산업은 ‘선 주문, 후 생산’ 시스템으로 운영된다. 선단 공정 경쟁 대신 기존 기술을 개량해 수율을 높이는 전략을 취하고 있는 TSMC로서는 인텔발 주문량 급감으로 3nm 공정 전환 추진에 차질이 불가피해졌다.

퀄컴 스냅드래곤8 2세대. <사진=퀄컴>

이런 와중에 퀄컴은 내년 말 스냅드래곤8 3세대를 출시한다는 계획을 세운 것으로 전해졌다. 사실상 차세대 모바일 AP 출시까지 1년 정도 밖에 남지 않은 것이다.

발등에 불이 떨어진 퀄컴은 TSMC를 대신할 파운드리 업체 물색에 나섰다. 이에 대한 최적의 선택지로 삼성전자가 부상하고 있다는 것이다.

삼성전자는 이미 지난 6월부터 3nm 반도체 양산을 시작했다. 현재 수율을 끌어올리는 과정에 있다.

경계현 삼성전자 DS부문장 대표이사는 지난 7월 25일 열린 3나노 양산 출하식에서 “삼성전자가 파운드리 사업에 한 획을 그었다”며 “핀펫 트랜지스터가 기술적 한계에 다다랐을 때 새로운 대안이 될 GAA(Gate-All-Around) 기술의 조기 개발에 성공한 것은 무에서 유를 창조하는 혁신적인 결과다”고 극찬했다.

3nm 공정은 회로 간격이 미세할수록 성능이 높아지는 반도체 제조 공정 중 가장 앞선 기술이다. 삼성전자에 따르면 3nm 공정 생산 제품(1세대 기준)을 기존 5나노 공정 제품과 비교하면 전력은 45% 절감하면서도 성능은 23% 향상됐다. 또한 면적은 16%나 줄었다.

핀펫 기술 대신 GAA 기술을 적용한 것도 긍정적으로 평가된다. 핀펫 기술은 상어 지느러미처럼 생긴 차단기로 전류를 막아 신호를 제어하지만 GAA 기술은 전류가 흐르는 채널을 4면으로 둘러싸 전류의 흐름을 더욱 세밀하게 조정할 수 있다. 이에 삼성전자는 3나노 반도체 생산에서 TSMC보다 최소 5개월 정도 앞서고 있는 것으로 진단됐다.

우수한 기술력에 힘입어 삼성은 다수의 고객사를 확보한 상태다. 삼성전자는 올 2분기 실적 컨퍼런스콜에서 3나노 공정과 관련해 “모바일 분야에서 대형 고객사들을 확보했다”며 “현재 몇몇 업체와도 수주를 논의 중이며, 파운드리 수주 규모는 점차 확대될 것이다”고 자신감을 내비쳤다.

삼성이 언급한 논의 중인 기업 가운데 퀄컴이 포함됐을 것이라는 관측도 제기된다. 앞서 퀄컴은 삼성전자가 3나노 양산을 시작한 올 6월 반도체 제품 샘플을 받아 품질 등을 검토한 것으로 알려졌다.

삼성전자 화성캠퍼스 3나노 양산라인에서 3나노 웨이퍼를 보여주고 있는 정원철 삼성전자 파운드리사업부 상무(맨 왼쪽부터), 구자흠 부사장, 강상범 상무. <사진=삼성전자>

상황이 이렇다보니 차세대 모바일 AP ‘스냅드래곤8 3세대’ 제조를 위한 삼성전자와 퀄컴 간 협력 관계가 다시 공고해질 것이라는 기대감이 높아지고 있다.

최근 삼성은 퀄컴의 동반자로서의 입지를 TSMC에 뺏긴 바 있다. 당초 퀄컴은 올 초 출시한 모바일 AP 스냅드래곤8 1세대의 생산을 삼성전자 4나노 공정에 맡겼다. 이에 퀄컴은 처음으로 삼성전자의 5대 고객사에 이름을 올리기도 했다.

그러나 반도체 수율과 성능 문제 등이 불거지며 삼성전자 4나노 공정은 극심한 홍역을 앓았다. 결국 퀄컴은 지난해 하반기부터 TSMC로 물량을 돌린 데 이어 이달 15일 공개한 모바일 AP 스냅드래곤8 2세대 전량도 TSMC 4나노 공정에 생산을 위탁했다.

비록 4nm 공정 등에서는 TSMC에 밀렸으나 3nm와 같은 선단 공정 경쟁에서 한 발 앞서게 된 삼성은 퀄컴과의 파트너십을 강화할 수 있는 기회를 손에 쥐게됐다. 삼성전자가 퀄컴의 최첨단 모바일 AP 제조를 맡게 되면 향후 글로벌 파운드리 시장 점유율을 빠르게 확대에 나갈 수 있을 것으로 기대를 모은다.

퀄컴은 삼성전자와의 파운드리 협력을 긍정적으로 보고 있다. 돈 맥과이어 퀄컴 수석부사장 겸 최고마케팅책임자(CMO)는 지난 15일 미국 하와이에서 열린 ‘스냅드래곤 서밋 2022’에서 “삼성 파운드리와는 계속 협력 관계를 유지하고 있다”며 “3nm, 2nm 공정 등 향후 기술 성숙도에 따라 TSMC 외에도 삼성전자 등 여러 파운드리와 함께할 수 있다”고 말했다.

삼성도 자신감을 내비치고 있다. 심상필 삼성전자 파운드리사업부 부사장은 최근 싱가포르에서 기관 투자자를 대상으로 열린 ‘인베스터스 포럼 2022’에서 “삼성 파운드리는 4~5nm 공정에서 TSMC에 뒤처졌다”면서도 “그러나 올 6월 양산을 시작한 3nm 공정은 앞으로 중요한 ‘게임 체인저’가 될 것인 만큼 첨단 기술 경쟁에서 우위를 점할 것이다”고 밝혔다.

심 부사장은 “3nm 반도체 칩 수요가 높아지고 있기 때문에 파운드리 생산 능력을 3.4배 확대할 계획이다”며 “이를 통해 파운드리 고객사를 2027년까지 5.5배 이상 확보하겠다”고 덧붙였다.

[CEO스코어데일리 / 오창영 기자 / dongl@ceoscore.co.kr]