TSMC, 선단 공정 A16 개발 성공…AI·HPC 최적화
“A16, 올 4분기 양산 예정”…1.4나노 개발도 탄력
“TSMC, 첨단 공정 기반 AI 칩 수요 수주” 자신감
삼성 파운드리 위상 흔들…글로벌 시장 점유율 추락
삼성전자, 초미세 파운드리 전략 전면 수정 불가피

글로벌 파운드리(반도체 위탁 생산) 시장 1위 대만 TSMC가 선단 공정인 1.6nm(1nm는 10억분의 1m) 기술 개발에 성공하며, 2나노 이하 초미세 파운드리 시대를 열었다.

TSMC가 첨단 공정 기술 경쟁에서 승기를 잡으면서, 세계 2위 삼성전자의 파운드리 전략에도 비상이 걸렸다. TSMC를 따라 잡겠다고 공언했던 삼성 파운드리의 비전이 무색하게, 양사 간 기술 격차가 더욱 벌어지면서 삼성전자의 위상은 크게 흔들리는 모습이다.

자유시보 등 복수의 대만 매체는 소식통을 인용해 “TSMC가 업계 최고의 웨이퍼 후면전력공급(BSPDN) 기술인 슈퍼파워레일(SPR)을 채택한 옹스트롬(Å·100억분의 1ｍ)급 A16(1.6나노)을 성공적으로 개발하고, 검증을 완료했다”고 21일 보도했다.

대만 매체는 “TSMC가 SPR을 통해 전력 공급망을 기존의 웨이퍼 전면이 아닌 후면으로 분리 배치했다”며 “버티컬백사이드콘택트(Vertical Backside Contacts)를 통해 전력을 각각의 트랜지스터의 소스 및 드레인 영역에 직접 공급한다”고 설명했다.

이어 “이로써 데이터가 오가는 신호 배선과 전력 배선 간의 병목 현상 등을 없애 전력 효율과 성능을 극대화했다”고 덧붙였다.

아울러 TSMC는 웨이퍼 전면의 게이트 구조, 소자 크기 및 레이아웃 면적에 대한 변동을 최소화해 기존 웨이퍼 설계와의 호환성을 유지한 것으로 전해졌다.

대만 매체는 TSMC의 A16이 인공지능(AI)과 고성능컴퓨팅(HPC)에 적합하다고 강조했다. 실제로 A16의 속도는 TSMC의 2나노 개량형인 N2P 공정 대비 8~10% 빠른 것으로 나타났다. 또 전력 소비는 15~20% 줄었고, 칩 집적도는 8~10% 향상됐다.

대만 매체는 소식통을 인용해 “A16은 올해 4분기부터 양산될 예정이다”고 강조했다.

또한 대만 매체는 A16 개발 성공을 계기로, TSMC가 완전한 노드 전환 기반의 차세대 실리콘 공정 기술인 A14(1.4나노) 개발에 한층 탄력을 받게 됐다고 높이 평가했다. 업계에선 2028년 A14 양산에 나서겠다는 TSMC의 계획이 차질 없이 진행될 것으로 보고 있다.

대만 TSMC 본사. <사진=연합뉴스>

이렇듯 초미세 공정인 1.6나노 기술을 확보한 TSMC는 첨단 반도체를 양산하고자 하는 주요 고객사의 파운드리 주문 수요를 빠르게 흡수할 전망이다.

이미 TSMC는 초미세 공정 칩 수요를 대거 수주할 것으로 자신하고 있다. TSMC는 지난달 열린 올 2분기 실적 콘퍼런스콜에서 “첨단 공정 기반 AI 반도체에 대한 수요가 매우 강하다”며 “주요 고객사와 클라우드서비스제공업체(CSP)를 중심으로 수요가 급증하는 추세다”고 말했다.

이에 TSMC는 AI 수요의 지속가능성에 대한 경영진의 자신감을 보여주는 핵심 지표인 연간 자본 지출 전망치를 기존 500억달러 수준에서 600억~640억달러(약 83조1900억~88조7360억원) 수준으로 상향 조정했다.

업계에선 TSMC가 1.6nm 선단 공정 기술을 앞세워 글로벌 파운드리 시장 내 입지를 더욱 넓혀 나가지 않겠느냐는 분석마저 내놓는다.

시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올 1분기 TSMC의 전 세계 파운드리 시장 점유율은 72.3%에 달했다. 이는 직전 분기인 지난해 4분기 70.4% 대비 1.9%p 더 늘어난 수치다.

이런 와중에 초미세 파운드리 시대를 연 TSMC는 향후 70%대 후반, 나아가 80%대까지 시장 점유율을 더 늘려 나갈 것으로 기대를 모은다.

이재용 삼성전자 회장(가운데)이 2025년 12월 삼성전자 기흥캠퍼스 내 ‘NRD-K’ 클린룸 시설을 살펴보고 있다. <사진=삼성전자>

TSMC가 첨단 공정 기술 경쟁력을 대폭 강화하는 사이, 세계 2위 삼성 파운드리의 위상은 급격히 흔들리고 있다.

올 1분기 삼성전자의 파운드리 시장 점유율은 6.5%에 그쳤다. 이는 TSMC에 턱없이 못 미치는 수치다.

결국 삼성전자와 TSMC 간 점유율 격차는 무려 65.8%p까지 벌어졌다. 글로벌 파운드리 시장 2위라는 타이틀이 무색하게 삼성이 TSMC와의 간극을 좀처럼 좁히지 못하고 있는 것이다.

그간 삼성전자는 파운드리 역량을 제고하는 데 전력을 다해 왔다. 특히 이재용 삼성전자 회장이 강조해 온 ‘기술 초격차’ 전략에 따라 선단 공정 경쟁력 강화에 부단히 힘써 왔다.

이 회장은 앞서 지난 2019년 4월 ‘시스템 반도체 비전 2030’을 통해 “메모리 반도체에 이어 파운드리를 포함한 시스템 반도체에서도 확실히 1등을 하겠다”고 선언한 바 있다.

이어 “2030년까지 시스템 반도체 생산 및 연구개발(R&D)에 133조원을 투자해 전 세계 파운드리 1위인 TSMC를 넘어서겠다”고 도전장을 냈다.

그러나 삼성 파운드리는 초격차 경쟁력을 강화하는 데 적잖이 애를 먹었다. 이는 ‘만년 적자 사업부’라는 불명예스러운 타이틀을 부여했다.

상황이 이렇다보니 전 세계 파운드리 시장에서 삼성전자의 입지가 위축되는 것 아니냐는 관측마저 제기된다.

삼성전자 평택캠퍼스 반도체 생산라인. <사진=삼성전자>

삼성전자를 둘러싼 위기가 빠르게 고조되는 가운데, 파운드리 사업 전략을 전면 수정할 필요가 있다는 목소리가 높아지고 있다.

현재 삼성 파운드리는 1.4나노 등 차세대 공정 개발에서 한발 물러난 대신, 2나노 및 3나노 공정 수율 개선에 주력하고 있다.

삼성은 지난해 ‘SAFE 포럼’에서 1.4나노 양산 목표를 당초 2027년에서 2029년으로 2년 늦추겠다고 발표했다. 대신 2나노 등 선단 공정의 완성도를 높여 팹 가동률과 수익성을 높이겠다는 목표를 제시했다.

그러나 TSMC가 A16 개발을 통해 2나노 이하 초미세 파운드리 시대를 열면서, 삼성 파운드리도 다시금 선단 공정 기술을 고도화하는 데 속도를 내야 하는 상황에 맞닥뜨렸다.

삼성전자는 대규모 투자를 단행해 게이트올어라운드(GAA) 공정 기반 파운드리 리더십을 더욱 강화한다는 포부다.

삼성은 지난 3월 ‘2026년 삼성전자 기업 가치 제고 계획’을 통해 올해 110조원 이상의 투자를 집행한다고 밝혔다. 삼성의 연간 투자 규모가 100조원을 상회하는 것은 이번이 처음이다.

해당 재원은 반도체 사업을 영위하고 있는 디바이스솔루션(DS) 부문에 집중될 것으로 알려졌다. 이는 삼성 파운드리의 선단 공정 기술을 고도화하고, 수율을 끌어 올리는 마중물이 될 전망이다.

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