삼성전자가 미래 파운드리 시장에서 입지를 공고히 하기 위해 2027년까지 1.4나노를 생산한다는 청사진을 비롯해 파운드리 기술 혁신 방향성, 향후 매출 포트폴리오, 사업전략을 발표했다. 

이러한 비전과 파운드리 신기술, 사업 전략이 3일(현지시간) 미국 실리콘밸리 ‘삼성 파운드리 포럼 2022’에서 공개됐다. 이번 포럼에는 팹리스 고객·협력사·파트너 등 500여명이 참석했다.

삼성전자는 △파운드리 기술 혁신 △응용처별 최적 공정 제공 △고객 맞춤형 서비스 △안정적인 생산 능력 확보 등을 앞세워 파운드리 사업 경쟁력을 강화해 나가겠다고 다짐했다.

삼성전자는 선단 파운드리 공정 혁신과 함께 차세대 패키징 적층 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 선단공정은 사업부에서 주력으로 양산하고 있는 공정이 아닌 미래를 보고 개발하는 신규 공정을 의미한다.

삼성전자는 2015년 핀 전기장 효과를 가진 트랜지스터(Fin Field-Effect Transistor)인 ‘핀펫(FinFET) 트랜지스터 양산에 성공했고 지난 6월 GAA(Gate All Around) 트랜지스터 기술을 적용한 3나노 1세대 공정 양산을 시작했으며 앞선 양산 노하우를 기반으로 3나노 응용처를 늘리고 있다.

또한 GAA 기반 공정 기술 혁신을 지속해 2025년에는 2나노, 2027년에는 1.4나노 공정을 도입한다는 목표를 제시했다.

삼성전자는 공정 혁신과 동시에 2.5D/3D 이종 집적(Heterogeneous Integration) 패키징 기술 개발도 가속화한다. 이종집적은 여러 개 서로 다른 칩들을 가까이에 집적해서 서로간 연결에서 최적의 효율을 내도록 만들면 성능이 개선되고 소모전력도 줄일 수 있다는 개념이다.

특히, 삼성전자는 3나노 GAA 기술에 삼성 독자의 ‘다중가교채널트랜지스터(MBCFET·Multi Bridge Channel FET)’ 구조를 적용하는 한편 3D IC 솔루션도 제공하며 고성능 반도체 파운드리 서비스를 제공한다는 방침이다.

삼성전자는 2015년 고대역폭 메모리 HBM2의 성공적인 출시를 시작으로 2018년 2.5D 아이큐브(I-Cube), 2020년 3D 엑스큐브(X-Cube) 등 패키징 적층 기술 혁신을 이어가고 있다. 아이큐브는 실리콘 인터포저 위에 로직과 HBM을 배치하는 2.5D 패키지 기술이고 엑스큐브는 웨이퍼 상태의 복수의 칩을 위로 얇게 적층하는 3D 패키지 기술이다. 인터포저는 미세 공정으로 제작된 IC의 I/O 패드 크기가 PCB에 제작된 I/O 연결 패드와 그 크기가 맞지 않을 때 IC와 PCB사이에 추가적으로 삽입하는 미세회로 기판이다.

게다가, 마이크로범프(u-Bump)형 엑스큐브를 2024년에 양산하고 2026년에는 범프리스 형 엑스큐브를 선보인다는 구상이다. 마이크로범프는 일반 범프 대비 더 많은 I/O를 패키징에 넣을 수 있어 더 많은 데이터 처리가 가능하다. 범프리스는 패키징에서 범프를 없애고 더 많은 I/O를 삽입이 가능해 데이터의 처리 양을 u-Bump 보다 더 많게 구현할 수 있다.

삼성전자는 슈퍼컴퓨터(HPC·High Performance Computing)와 오토모티브(차량용 반도체), 5G, IoT 등 고성능 저전력 반도체 시장을 공략해 2027년까지 모바일을 제외한 제품군 매출 비중을 50% 이상으로 키우겠다는 방침이다.

또 지난 6월 3나노 공정 기반 HPC 제품을 양산한데 이어 4나노 공정을 HPC와 오토모티브로 확대한다. ‘임베디드 비휘발성 메모리(eNVM·embedded Non-Volatile Memory)’와 RF도 다양한 공정을 개발해 고객 니즈에 맞춘 파운드리 서비스를 제공한다.

삼성전자는 현재 양산 중인 28나노 차량용 eNVM 솔루션을 2024년 14나노로 확대하고, 향후 8나노 eNVM 솔루션을 위한 기술도 개발하고 있다. RF 공정 서비스도 확대한다. 삼성전자는 현재 양산 중인 14나노 RF 공정에 이어 8나노 RF 제품 양산에 성공했으며, 5나노 RF 공정도 개발 중이다.

삼성전자는 현재 56개 설계자산(IP) 파트너와 IP 4000개 이상을 제공하고 있으며 디자인솔루션파트너(DSP), 전자설계자동화(EDA) 분야에서도 각각 9개, 22개 협력사와 협업하고 있다. 또한 9개 파트너와 클라우드(Cloud) 서비스 및 10개 반도체 후공정(OSAT·Outsourced Semiconductor Assembly and Test) 파트너와 패키징 서비스를 제공하고 있다.

향상된 성능과 기능, 신속한 납기, 가격경쟁력까지 갖춘 맞춤형 서비스를 강화해 새로운 팹리스 고객을 발굴하는 한편 하이퍼스케일러(Hyperscaler), 스타트업(Startup) 등 신규 고객도 적극 유치 한다는 설명이다. 하이퍼스케일러는 대규모 데이터센터를 운영하는 기업을 일컫는다.

삼성전자 관계자는 소비자경제와의 통화에서 “삼성전자는 제조, 생산을 전담으로 하나 저희 생태계에는 디자인, 설계, 테스트, 특허를 지원해주는 관계사들이 있고 이들로부터 삼성 파운드리에서 설계할 때 어떻게 준비하면 되는 지 도움을 받을 수 있다”고 설명했다.

일례로 “고객이 원하는 칩도 다양할 거고, 칩 설계도 도와줄 수 있다”고 덧붙였다.

삼성전자는 2027년까지 선단 공정 생산능력을 올해 대비 3배 이상 확대해 고객 니즈에 적극 응대한다는 구상이다. 현재 평택과 화성, 미국 테일러에서 선단 공정 파운드리 제조 라인을 운영하고 있으며 화성과 기흥, 미국 오스틴에서는 성숙(레거시) 공정을 양산하고 있다. 성숙 공정은 추가적인 공정개발 없이 기존에 개발해둔 공정을 의미한다.

특히, 삼성전자는 앞으로 ‘쉘 퍼스트(Shell First)’ 라인 운영으로 시장 수요에 신속하고 탄력적으로 대응할 예정이다. ‘쉘 퍼스트’는 클린룸을 선제적으로 건설하고, 향후 시장 수요와 연계한 탄력적인 설비 투자로 안정적인 생산 능력을 확보해 고객 수요에 적극 대응한다는 의미다.

미국 테일러 파운드리 1라인에 이어 투자할 2라인을 ‘쉘 퍼스트’에 따라 진행할 계획이며 향후 국내외 글로벌 라인 확대 가능성도 밝혔다.

소비자경제신문 문재호 기자