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| 대만 TSMC.(사진=TSMC 홈페이지) |
초미세 공정으로 글로벌 무대를 종횡무진하던 파운드리(반도체 위탁생산) 1위 대만 TSMC가 3nm(나노미터, 10억분의 1m)에서 암초에 부딪혔다. 애플 신형 스마트폰에 탑재된 3나노 공정 모바일 AP(어플리케이션 프로세서)가 이전 공정 대비 낮은 성능 향상폭을 보이며 가성비가 떨어진다는 의견과 함께, 공개 예정인 미디어텍의 3나노 모바일 AP도 발열 논란에 휩싸였기 때문이다. 이에 업계에서는 파운드리 2위 삼성전자가 3나노 이하 공정에서 TSMC를 제칠 수 있을 지 여부에 촉각이 모아지고 있다.
19일 업계에 따르면 최근 애플의 신제품 스마트폰 아이폰 15 프로에는 TSMC의 3나노 공정 AP ‘A17 프로’가 탑재됐다. 소비자향 제품으로는 사상 첫 3나노 칩이다. 하지만 기대만큼 반응은 신통치 않다. 성능이 예상보다 떨어진다는 것이다.
A17 프로의 성능은 전작인 A16 바이오닉 대비 코어(CPU) 성능은 10%, 그래픽(GPU) 성능은 20% 향상됐다. 현존하는 스마트폰 최고의 성능이지만, TSMC의 3나노 웨이퍼 한 장당 가격이 1만9865달러로 4·5나노 웨이퍼 가격인 1만3400달러보다 비싸다. 가성비가 떨어지는 셈이다.
업계 관계자는 “동일공정에서 이런 성능이라면 괜찮은 성과이지만 3나노에서 이 정도의 성능 향상은 사실상 큰 향상은 없다고 봐야 한다”고 설명했다.
미디어텍의 모바일 AP ‘디멘시티(Dimensity) 9300’도 공개 전부터 논란에 휩싸였다. 모바일 전문 매체 폰 아레나는 유명 팁스터(정보 유출자) 에반 블라스의 SNS를 인용해 미디어텍 9300이 고성능 코어 위주로 탑재된 CPU 구성이 발열 문제로 이어졌다고 보도했다. 빠른 성능을 위해 저전력 코어 없이 고성능 코어 위주로 CPU를 구성해 과도한 열을 견디지 못했다는 분석이다.
설계 자체에 문제지만 TSMC의 3나노 공정을 거친 만큼 TSMC의 고객 신뢰도에 영향을 줄 것으로 보인다. 디멘시티 9300은 올해 말 출시될 예정이다.
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| 사상 첫 3나노 모바일 AP 애플 ‘A17 프로’.(사진=애플) |
업계에서는 TSMC가 3나노에 적용하고 있는 핀펫(FinFET) 방식이 한계에 도달한 것으로 보고 있다. 기존 공정을 활용하는 게 더 안정적으로 제품을 생산할 수 있다는 판단에서다. 핀펫은 기존 평면 구조의 한계를 극복하기 위해 도입된 입체 구조의 공정 기술로 3나노 미만 초미세 공정에 주로 활용됐다.
반면 파운드리 2위 삼성전자는 3나노에 GAA(게이트올어라운드) 기술을 적용했다. GAA 기술은 3나노 이하 초미세 공정에서 핵심 기술로 꼽힌다. 채널과 게이트가 3면이 맞닿는 핀펫과 달리 GAA는 4면에서 맞닿게 해 전력 소모가 더 적고, 누설 전류도 적다는 특징이 있다. 또 GAA는 핀펫보다 전성비(전력대비 성능) 측면에서도 10% 정도 우위에 있는 것으로 알려졌다. 3나노 이하 공정부터 삼성이 TSMC에 앞설 가능성이 점쳐지는 이유다.
증권가에서도 3나노에서는 삼성전자가 TSMC에 앞설 것으로 관측한다. 3나노 시대 핵심 기술 차이가 수율에도 영향을 미친다는 분석이다. 지난 7월 하이투자증권은 ‘삼성파운드리전’ 보고서를 통해 삼성전자 파운드리의 3나노 공정 수율이 60%에 이르렀다고 추정했다. 반면 TSMC의 3나노 수율은 55%이다.
TSMC는 2025년 양산 예정인 2나노부터 GAA 공정을 적용할 계획이다. 따라서 업계는 GAA에 대한 노하우를 쌓은 삼성전자가 첨단 공정에서 앞설 것으로 추정하고 있다.
박상욱 하이투자증권 연구원은 “3나노 이하 파운드리 자체 난이도도 높기 때문에 이미 3나노 GAAFET 수율이 60% 이상 올라온 삼성전자가 2나노 경쟁에서 유리할 것으로 예상된다”고 밝혔다.
전화평 기자 peace201@viva100.com
