5나노(nm) 파운드리 공정 3분기 본격 양산, 첫 고객사는 ‘애플·화웨이’

양대규 기자 / 기사승인 : 2020-05-20 17:00:24
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올해 5나노 양산은 TSMC가 유일…삼성 내년부터 양산 가능
▲ASML의 EUV 장비[사진=ASML]

[IT비즈뉴스 양대규 기자] TSMC가 미국에 공장을 세우기로 했다. 미국은 화웨이에 자국의 반도체 기술 사용을 중지시켰다. 코로나19로 많은 반도체 관련 소재·부품 기업들의 생산이 줄어들고 있다.

악재 속에서도 반도체 미세공정기술은 5나노(nm) 수준까지 줄어들었다. 대만 파운드리 기업 TSMC와 한국의 삼성전자가 ASML의 극자외선(EUV) 노광장비를 사용하면서 올해부터 5나노 파운드리 제품을 본격 양산한다.

인텔과 글로벌파운드리, SMIC 등의 업체들이 미세화 공정을 도전하고 있으나 TSMC와 삼성전자가 이미 양산하고 있는 7나노 기술도 아직은 못 미치고 있다.

지난해부터 TSMC와 삼성전자는 7나노 공정을 통해 퀄컴, 삼성전자, 화웨이가 만든 스마트폰용 애플리케이션프로세서(AP)를 비롯해 5G 모뎀, AMD와 엔비디아, 자일링스가 주문한 고성능 시스템온칩(SoC) 등을 생산했다.

회로선폭 크기를 작게 할수록 비슷한 성능에도 전력효율은 커진다. 같은 크기의 웨이퍼에서 더 많은 반도체를 만들 수 있어 생산성은 높아지고 가격은 저렴해진다.고성능, 저전력 중심의 최근 반도체 시장 트렌드에 필수적인 요소다.

이에 최신 플래그십 스마트폰과 노트북, 서버 등 첨단기기에 성능과 전력 효율성이 좋은 7나노 공정 기반 제품이 도입되면서 10~14나노 공정의 기존 제품은 상대적으로 외면을 받는 실정이다.

업계에 따르면 TSMC는 올해부터, 삼성전자는 내년부터 본격적인 5나노 제품을 시장에 공급할 것으로 알려졌다.

▲반도체 웨이퍼[원본사진=TSMC]
◆첫번째 5나노 제품은 애플·화웨이 스마트폰 AP

가장 먼저 공개되는 제품은 여전히 IT시장에서 큰 비중을 차지하는 스마트폰용 AP일 가능성이 크다. 업계 관계자들은 애플과 화웨이의 AP가 올해 TSMC의 5나노 공정을 통해 생산될 것으로 기대하고 있다.

애플의 A14와 A14X AP와 화웨이의 자회사인 하이실리콘의 기린 1000 5G SoC가 올해 3분기 TSMC의 5나노 공정을 통해 양산된다. 애플의 새로운 AP는 차세대 아이폰12 모델에, 기린 1000 5G SoC는 차세대 스마트폰인 메이트40에 탑재될 것으로 예상된다.

대다수 스마트폰 업체들이 애용하는 퀄컴의 5나노 스냅드래곤 875 AP는 내년은 돼야 양산이 시작될 것으로 전망된다. 애플과 화웨이를 제외한 타 기업이 생산하는 플래그십 스마트폰의 기술격차는 최대 반년까지 차이가 날 것으로도 예상된다.

삼성전자의 차세대 엑시노스 AP 양산 여부가 불확실한 가운데 삼성 파운드리의 5나노 양산도 올해는 힘든 상황으로 보여, 5나노 AP를 사용한 갤럭시 모델 역시 애플과 화웨이보다는 한발 늦을 것으로 분석된다.

다만 단기적으로 스마트폰 시장에서 한 단계 차이의 노광공정은 큰 문제가 되지는 않기 때문에 삼성전자의 전세계 스마트폰 점유율은 큰 차이를 보이지 않을 것으로 예상된다.

업계는 TSMC가 내년부터 퀄컴, 미디어텍, 자일링스, 브로드컴, AMD, 엔비디아를 포함한 다른 고객들의 5나노 제품을 약 2년간 대량 생산할 것으로 보고 있다.

퀄컴의 스냅드래곤 875 SoC와 X60을 비롯한 5G 모뎀 제품군, 또 미디어텍의 디멘시티 2000시리즈 5G SoC, AMD의 Zen4 아키텍처 CPU와 RDNA3 아키텍처 GPU와 엔비디아의 호퍼 아키텍처 GPU는 내년부터 생산될 대표적인 TSMC의 5나노 제품 포트폴리오에 포함돼 있다.

최근에는 인텔이 5나노 기반의 Xe 그래픽을 TSMC에 아웃소싱할 수도 있다는 이야기도 나온다. 해외 IT매체인 WCCF테크는 "인텔의 그래픽 팀이 설계 프로세스에만 집중할 수 있고 파운드리 관련 우려에 얽매이지 않는 것이 허용된다면 투자자들에게 매우 성공적인 리스크 다변화를 보장할 수 있을 것"이라고 분석했다.

지난 몇 년간 인텔은 잇따른 반도체 미세화 공정의 실패로 14나노에 머물고 있다가 최근에서야 10나노 제품 양산에 성공했다. 하지만 7나노 이하의 공정은 아직도 연구개발 중이어서 TSMC나 삼성에 최신 프로세서를 맡길 것이라는 루머가 업계에 돌았다.

애널리스트들의 분석에 따르면 TSMC는 올해 자사의 매출에서 5나노 점유율을 10%까지 달성하며 내년에는 25~30%까지 끌어올릴 것으로 전망된다.

TSMC에 비해 삼성의 5나노 용량과 수율은 떨어질 것으로 보인다. 삼성은 퀄컴과 엔비디아에서 일부 5나노 제품의 수주를 받았지만 TSMC의 생산 기술에는 못 미친다는 것이 업계의 중론이다.

실제 7나노 공정에서도 EUV 기술의 개발은 삼성이 앞섰지만 양산에서는 순수 파운드리 기업인 TSMC의 성정이 더 좋은 것으로 나타났다. 이에 따라 TSMC의 지난 1분기 점유율은 54.1%로 압도적인 1위를 기록했으며, 삼성전자는 2위를 차지했지만 점유율은 15.9%에 불과했다.

지난해에 이어 최근 불거진 미중 간 무역분쟁 불씨로 하이실리콘이 고급 공정 노드의 일부 주문이 SMIC로 이전했고 삼성전자가 이로 인해 일부 반사이익을 얻을 수도 있다는 이야기도 나온다. 

 

허나 대다수의 전문가는 TSMC의 리더십이 지속될 것으로 보고 있다. 향후 2년 간 5나노 공정 양산을 위해 칩을 설계하는 고객이 점점 늘어나며 이를 소화할 수 있는 기업이 TSMC밖에 없다는 게 이유다. 

 

삼성파운드리의 역량이 TSMC에 못 미치는 상황에 다른 파운드리 기업들의 기술은 아직도 10나노급을 못 벗어나고 있기 때문이다.

중국의 차이나타임즈는 TSMC의 CEO C.C 웨이(Wei)가 최근 투자자 컨퍼런스에서 언급한 말을 인용하며 "TSMC의 5나노 공정으로 설계된 칩의 초도 물량이 7나노 대량 생산 초기 단계의 같은 기간보다 많을 것"이라며 "7나노에 이어 5나노는 또 다른 긴 수명의 공정이 될 것이며 올해 매출의 10%를 차지할 것으로 예상한다"고 보도했다.

 

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