바이든 서명한 삼성 ‘3나노’…파운드리 시장 추격할 ‘게임 체인저’ 될까

바이든 美 대통령, 삼성전자 평택공장 방문
이례적으로 종이 대신 반도체 웨이퍼 서명
“미국이 필요로 하는 기술…상징적인 장면”
TSMC 우위 기술…올 상반기에 상용화 계획 외국 대통령이 한국에 방문하면 늘 이름을 남기는 방명록. 외국 대통령이 종이에 서명하면 한국 대통령이 이를 지켜보는 사진 구도는 친숙하다. 하지만 올해는 ‘남다른’ 방명록에 미국 대통령의 이름이 적혔다. 바로 반도체 웨이퍼다.

조 바이든 미국 대통령은 방한 첫날인 20일 윤석열 대통령과 삼성전자 평택 반도체 공장을 찾아 3나노미터(㎚) 반도체 공정 웨이퍼에 서명했다. 이후 양국 대통령은 22분간 평택 반도체 공정 라인을 함께 돌아봤다.

나노미터는 10억분의 1m에 해당하는 크기다. 얼핏 들어선 와 닿지 않을 수 있지만, 반도체 기업들이 1㎚라도 줄이기 위해 사활을 걸고 있다. 삼성전자는 세계 최초로 3나노 반도체 웨이퍼를 양산해 반도체 시장에서 우위를 다지겠다는 계획이다.

3나노 반도체, 파운드리 1위 TSMC 따라잡을 ‘게임 체인저’

반도체 위탁생산을 의미하는 파운드리 시장은 대만의 TSMC가 지난해 기준 시장 점유율 53%을 차지할 정도로 독보적 1위의 위치에 있다. 반면 삼성전자는 약 1/3 수준인 18%에 불과하다. 메모리 반도체 시장에선 삼성전자의 D램 생산 비중이 42%이 달할 만큼 뛰어난 역량을 자랑하고 있지만, 시스템 반도체(파운드리) 시장에서만큼은 아직 미미한 수준이다.

이런 가운데 삼성전자가 파운드리 시장에서의 확장을 위해 내세운 카드는 세계 최초의 ‘게이트올어라운드’(GAA) 3나노 공정 양산이다. GAA는 삼성전자의 초미세공정 신기술로, 올 2분기 중에 GAA 기술을 3나노 공정에 도입할 계획이다. GAA 기술이 적용되면 기존의 핀펫 5나노 공정보다 칩 면적은 35% 줄이면서 성능은 30% 향상시킬 수 있다. 전력 소모도 절반이나 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

삼성전자는 내년에 3나노 2세대, 2025년엔 GAA 기반 2나노 공정 양산을 시작하겠다는 로드맵을 세웠다. 계획대로 진행된다면 삼성전자는 1위 TSMC와의 기술 경쟁에서 우위에 설 수 있다. 앞서 강문수 삼성전자 파운드리사업부 부사장은 지난달 28일 올 1분기 실적을 발표하면서 “3나노 공정은 선단 공정 개발 체계 개선을 통해 단계별 개발 검증 강화로 수율 램프업(장비 설치 후 양산까지 생산 능력 증가) 기간을 단축했다”고 밝힌 바 있다. 관건은 ‘고객사 잡기’ 다. 파운드리는 위탁생산인 만큼 퀄컴, 애플, 인텔, 엔비디아 등 글로벌 팹리스(생산시설 없이 반도체 설계를 전문으로 하는 업체)로부터 생산 수주를 받아내는 것이 곧 실적이다. 결국 시스템LSI사업부에서 생산시설을 넘겨받아 독립 사업부로 승격된 지 5년 남짓 된 삼성전자 파운드리가 1987년 이후 35년 역사를 자랑하는 TSMC로부터 고객사 물량을 가져오려면 독보적인 기술력 우위를 확보해야 한다.

퀄컴도 삼성전자와 TSMC가 경쟁적으로 확보하려는 주요 고객사의 하나다. 앞서 삼성전자는 퀄컴의 최신 모바일 칩 ‘스냅드래곤8 1세대’를 생산하면서 처음으로 퀄컴을 5대 매출처에 올렸다. 하지만 최근 4나노 공정 생산 수율(결함이 없는 합격품의 비율)이 떨어진다는 지적에 따라 퀄컴이 차세대 칩 생산처를 TSMC로 옮긴다는 얘기가 나오면서 변수로 작용하고 있다. 다만 이날 퀄컴의 크리스티아누 아몬 최고경영자(CEO)도 바이든 대통령과 함께 평택 공장 방문에 동행하면서 삼성전자와 퀄컴의 관계가 돈독해질 것이란 기대감도 나오고 있다.

평택공장 한미 반도체 동맹 강화…중국 견제 대비도

업계에선 이번 바이든 대통령의 평택 공장 방문을 계기로 반도체 공급망 동맹이 공고해질 것으로 보고 있다. 뛰어난 설계 경쟁력을 가진 미국과 파운드리를 기반으로 한 생산 능력을 가진 한국의 시너지가 발휘될 것으로 기대된다.

특히 미국 입장에서도 미중 무역 경쟁에서 패권을 지키기 위해서라도 한국을 확실하게 자국 공급망 안으로 편입시킬 필요가 있다. 현재 미국 팹리스 업체들의 TSMC에 대한 의존도가 매우 큰 상황인데, 중국에 의한 지정학적 리스크가 있는 만큼 미 정부는 TSMC의 장악력을 경계하는 것으로 전해졌다. 이에 한국을 새로운 반도체 생산거점으로 삼을 것이란 분석이 나온다. 최근 삼성전자가 미국 텍사스주에 대규모 파운드리 공장을 건설하기로 한 만큼 추가적인 세제 혜택 등이 제공될 것이란 기대감도 있다.

한국반도체산업협회 안기현 전무는 “바이든 대통령이 3나노 웨이퍼에 서명한 것은 매우 상징적”이라며 “미국이 필요로 하는 기술에 대한 신뢰를 보여주는 장면”이라고 밝혔다. 그러면서 “미국은 첨단 반도체 제조 기술을 보유한 삼성전자가 반드시 필요한 상황이기 때문에 공장 방문을 통해 신뢰를 다진 것”이라고 평가했다.

다만 역효과도 경계해야 한다는 시각도 있다. 바이든 대통령은 이번 방한 과정에서 우리나라도 참여하는 ‘인도·태평양경제프레임워크’(IPEF) 공식 출범을 선언해 대중 견제망을 공식화할 계획이다. 하지만 삼성전자와 SK하이닉스 등 국내 주요 반도체 기업들은 중국 현지 공장도 있는 만큼 중국이 무역보복에 나설 경우 피해를 입을 수 있다. 한미 기술 동맹의 강화가 반도체 업계에게 ‘양날의 검’인 셈이다.

한 업계 관계자는 “IPEF를 중심으로 새로운 공급망이 구축된다면 보다 안정적인 수급을 통한 비즈니스가 가능하겠지만, 중국에서 들어오는 반도체를 비롯한 부품이 적지 않은 만큼 경계할 필요가 있다”고 말했다.

나상현 기자