“3㎚(나노미터·10억분의 1m) 게이트올어라운드(GAA) 공정부터 2㎚ 양산 계획, 후면전력공급(BSPDN) 적용까지 파운드리(위탁생산) 공정 로드맵이 모두 순항 중입니다. 설계자산(IP)과 메모리 반도체, 파운드리, 패키징 솔루션까지 모두 제공하는 삼성전자만의 경쟁력은 고성능, 저전력 인공지능(AI) 반도체 제조가 필요한 고객들에게 최적의 선택이 될 것입니다.”
최시영 삼성전자 파운드리 사업부장(사장)이 9일 서울 강남 코엑스에서 개최된 삼성 파운드리 포럼 및 세이프 포럼(SAFE) 2024에서 이같이 말했다. 이날 삼성전자는 AI를 주제로 삼성 파운드리만의 공정 기술∙제조 경쟁력∙에코시스템∙시스템 반도체 설계 솔루션 등을 발표했다.
최 사장은 기조연설에서 “삼성전자는 국내 팹리스(반도체 설계) 고객들과 협력을 위해 선단 공정 외에도 다양한 스페셜티 공정 기술을 지원하고 있다”며 “삼성은 AI 전력 효율을 높이는 BCD(Bipolar-CMOS-DMOS), 엣지 디바이스의 정확도를 높여주는 고감도 센서 기술 등 스페셜티 솔루션을 융합해 나가며 고객에게 가장 필요한 AI 솔루션을 제공할 것”이라고 했다.
스페셜티 공정 기술은 메모리와 이미지센서 등 특정한 기능을 구현하기 위한 공정을 뜻한다. BCD 공정은 아날로그 신호제어(Bipolar), 디지털 신호제어(CMOS), 고전압 관리(DMOS) 트랜지스터를 하나의 칩에 구현한 것으로, 주로 전력 반도체 생산에 활용된다.
◇ 삼성전자, ‘턴키’ 솔루션으로 TSMC 추격… “2027년, BSPDN 도입 계획”
현재 삼성 파운드리는 경쟁사인 TSMC와 격차를 좁히기 위한 전략이 절실한 상황이다. 엔비디아와 AMD, 인텔 등 글로벌 빅테크들의 첨단 반도체 생산을 사실상 TSMC가 독점하고 있다. 삼성 파운드리의 오랜 고객사였던 구글마저도 내년부터 모바일 애플리케이션 프로세서(AP) 제조와 관련해 TSMC 3㎚ 공정을 사용하는 것으로 알려졌다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올 1분기 파운드리 시장에서 TSMC는 61.7%, 삼성전자는 11%의 점유율을 기록했다.
삼성전자는 종합 반도체 기업(IDM)으로서 강점을 활용해 TSMC와 격차를 좁히겠다는 전략이다. 최 사장은 이번 포럼에서 “파운드리와 메모리, 패키지 역량을 모두 보유한 종합 반도체 기업의 강점을 바탕으로 고객 요구에 맞춘 통합 AI 솔루션 턴키(일괄 생산) 서비스 등을 제공할 것”이라고 했다.
삼성전자는 첨단 공정 로드맵도 차질없이 진행 중이라고 설명했다. 삼성전자는 내년 2㎚ 공정 양산을 앞두고 있다. 2027년에는 후면전력공급(BSPDN) 기술도 도입할 방침이다. BSPDN은 전류 배선층을 웨이퍼(반도체 원판) 후면에 배치해 전력과 신호 라인의 병목 현상을 개선하는 고난도 기술이다. TSMC는 이르면 내년, 인텔은 올해 말 이를 적용할 예정이다.
삼성전자는 AI 반도체에 적합한 고성능·저전력 반도체를 구현하기 위한 GAA 공정과 2.5차원(D) 패키지 기술 경쟁력을 바탕으로 선단 공정 서비스를 강화한다는 전략이다. 최 사장은 “삼성전자는 2022년 세계 최초로 3㎚ GAA 구조 기반 파운드리 양산을 성공한 데 이어, 3㎚ 2세대 공정 역시 계획대로 진행 중”이라고 밝혔다.
◇ 삼성전자, 韓 DSP와 협력 강화… 프리퍼드 네트웍스 2㎚ 기반 AI 가속기 수주
삼성전자는 국내 DSP 업체인 가온칩스와의 협력으로 최첨단 공정 기반 턴키 서비스를 수주했다고 밝혔다. 삼성전자는 일본 프리퍼드 네트웍스(PFN)의 2㎚(SF2) 기반 AI 가속기 반도체를 2.5차원(I-Cube S) 첨단 패키지를 통해 양산할 계획이다. 프리퍼드 네트웍스는 일본 AI 기업으로, 딥러닝 분야에 특화해 칩부터 슈퍼컴퓨터, 생성형 AI 기반 모델까지 AI 밸류체인을 수직적으로 통합해 첨단 소프트웨어 및 하드웨어 기술을 개발하는 기업이다.
삼성전자는 이날 한국 팹리스 업체들이 HPC·AI 분야에서 영향력을 확대해 나갈 수 있도록 디자인 솔루션 파트너(DSP)들을 지원하겠다고 밝혔다. 삼성은 국내 고객들이 공정 기술을 활용할 수 있도록 지원하고 있으며 시제품 생산을 위한 멀티 프로젝트 웨이퍼(MPW) 서비스를 운영하고 있다. 삼성전자는 MPW 서비스를 활용하는 고객은 단일 웨이퍼에 여러 종류의 설계를 배치해 테스트하는 등 제조 비용을 절감할 수 있다고 설명했다.
삼성전자의 올해 MPW 서비스 총횟수는 4㎚ 공정부터 고성능 전력 반도체를 생산하는 BCD 130나노 공정까지 32회로 작년 대비 약 10% 증가했으며, 2025년에는 35회까지 확대한다. 삼성전자는 국내 팹리스와 DSP의 수요가 많은 4㎚의 경우, 내년 MPW 서비스를 올해보다 1회 더 추가 운영해 HPC, AI 분야 국내 첨단 반도체 생태계 확대를 지원할 계획이라고 밝혔다.
삼성전자는 이날 공정 로드맵과 서비스 현황 등을 발표하는 한편, 파트너사 간 협력 강화 방안을 논의했다. 텔레칩스와 어보브 반도체, 리벨리온 3사는 삼성 파운드리 포럼 세션 발표를 통해 삼성 파운드리와의 협력 성과와 비전 그리고 팹리스 업계 트렌드 등을 공유했다.
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