[View & Review] 파운드리 지형을 뒤집어라…삼성의 비밀병기 ‘겟올라’

삼성 연구 - 신기술 DNA “승부처는 ‘겟올라’다.” 삼성전자 파운드리(반도체 위탁생산)사업부 직원들끼리 요즘 외치는 구호다. 새로운 생산 방식으로 세계 파운드리 1위 대만 TSMC를 역전하겠다는 의지의 표현이다. 겟올라는 ‘GAA(게이트올어라운드·Gate All Around)’기술을 가리킨다. GAA는 최근 반도체 업계에서 가장 주목받는 신기술이자, 미래 시장을 좌우할 화두다. 삼성은 ‘2030년 시스템 반도체 세계 1위에 오르겠다’는 목표를 내걸고 있다. 파운드리는 대표적인 시스템 반도체다. 세계 파운드리 시장에서 TSMC는 독보적인 존재다. 올해 파운드리 시장 규모가 1000억 달러(약 118조5000억원)대로 성장할 것으로 예측되는 가운데 향후 시장 점유율이 60%를 넘을 것이라는 분석도 나온다. 지난달 30일 시장조사업체인 카운터포인트리서치에 따르면 TSMC는 올해 2분기 파운드리 시장 점유율(매출 기준)이 58%로 1위를 지켰다. 삼성전자는 14%로 2위였다. 전 세계 파운드리 시장 추이 및 TMSC 비중. 그래픽=박경민 기자 minn@joongang.co.kr삼성전자 입장에선 이 판을 뒤흔들 ‘무엇’이 절실하다. 그 히든카드가 바로 GAA다. GAA는 삼성전자가 20년을 벼르며 개발한 비밀병기이기도 하다. 삼성전자 관계자는 “반도체 기술 영역에서 GAA 개발은 ‘산업혁명’에 비견될 정도로 획기적인 기술의 변환”이라고 말했다. GAA는 쉽게 말하면, 반도체 칩의 기본 소자인 ‘트랜지스터’를 더 작고 빠르게, 적은 전력만 소모하도록 만드는 기술이다. 지금까지 트랜지스터를 가장 작고 빠르게 만들 수 있는 기술은 물고기의 등지느러미(Fin) 모양을 닮은 ‘핀 트랜지스터’였다. 삼성의 경우 2012년 14나노 공정부터 핀 트랜지스터를 도입했다. 하지만 7나노미터(㎚)→5나노→4나노 등 초미세 공정 기술이 발전하면서 브레이크가 걸렸다. 핀 트랜지스터 구조로는 4나노 이하 공정에서 ‘동작 전압(트랜지스터 등을 동작시키기 위해 필요한 전원 전압)’을 줄이는 게 불가능했다. 이를 해결하는 기술이 바로 GAA다. 파운드리 시장 규모 및 전망. 그래픽=김경진 기자 capkim@joongang.co.kr삼성이 GAA 기반 3나노(1㎚=10억 분의 1m) 공정 양산에 먼저 성공하면 TSMC를 단숨에 잡을 수도 있다. 반대로 실패하면, 삼성의 TSMC 추격전은 사실상 끝이 난다. 삼성 입장에서 GAA는 파운드리 사업 명운을 걸고 던지는 승부수라는 얘기다. 최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 이와 관련해 “최첨단 GAA 기술을 토대로 개발된 3나노 프로세스는 향후 한층 소형화된 칩 개발에 핵심이 될 것”이라고 자신했다. 삼성전자는 지난 7일 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2021’에서 내년 상반기에 GAA 기반 3나노 공정에 들어가고, 2025년엔 2나노 GAA 공정에 돌입할 것이라고 선언했다. 반면 TSMC는 기존 핀펫 방식으로 내년 7월 3나노 양산에 들어가고, 2024년에 GAA를 적용한 2나노 제품 양산에 나설 계획이다. 겟올라이종호 서울대 반도체공동연구소장(전기공학부 교수)은 “삼성의 자신감으로 볼 때 GAA 기술 개발에서 상당한 비전을 본 것으로 생각된다”며 “만약 내년 상반기에 의미 있는 수율(웨이퍼 한장에서 생산되는 정상 반도체 칩의 비율)로 양산에 성공한다면 기술력에 있어 TSMC를 앞서는 셈”이라고 평가했다. 박재근 한국반도체디스플레이학회장(한양대 교수) 역시 “삼성은 그동안 미세공정에서 TSMC에 뒤처진 게 사실”이라며 “하지만 GAA의 성공은 삼성의 기술 수준이 TSMC와 유사하거나 앞섰다는 방증이 될 것”이라고 말했다. 실제로 삼성전자는 조심스럽게 ‘발톱’을 드러내고 있다. 지난 7일 열린 ‘삼성 파운드리 포럼’에서 향후 3년간 파운드리 매출 증가율을 전체 시장 증가율 전망치(14%)보다 높은 24%로 잡은 것도 이런 자신감이 깔렸다고 전문가들은 분석한다. 삼성전자 관계자는 “파운드리 시장 내 기술 경쟁력을 바탕으로 2017년 35개였던 삼성의 고객사는 현재 100개 이상으로 늘어났다”며 “2025년에는 300개 이상의 고객사를 확보할 것”이라고 장담했다. 노근창 현대차증권 리서치센터장은 “현재는 생산캐파(능력)에서 삼성이 TSMC를 따라잡기 어렵다”며 “하지만 GAA를 적용한 3나노 칩이 대형 고객사에 인정을 받고 (TSMC) 물량을 가져올 수 있다면 시장 판도가 바뀌게 된다”고 내다봤다. TSMC가 파운드리 시장에서 점유율 50%가 넘는 독보적 1위에 오를 수 있었던 비결은 앞선 미세화 기술로 수율을 높일 수 있었고, 이를 바탕으로 애플·퀄컴·AMD·인텔·엔비디아·미디어텍 같은 빅 바이어에게서 대량 주문을 따냈기 때문이다. 거꾸로 삼성전자가 이들 대형 고객을 사로잡으면 상황이 역전된다는 얘기다. 고성능, 소형, 저전력 제품을 먼저 만들어 신뢰를 얻는다면 TSMC로 향하던 고객사가 삼성으로 이탈할 수 있다는 분석이다. 애플이 애플리케이션프로세서(AP) 등의 물량을 TSMC에 내주면서 삼성이 주도권을 빼앗긴 2016년의 ‘반대 현상’이 일어날 수 있다는 얘기다. 최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 지난 7일 삼성 파운드리 포럼에서 “이제 파운드리 기업들은 GAA로 방향을 전환하기 시작했다”며 “삼성은 새로운 세상을 열 준비가 돼 있다”고 강조했다. 밑그림은 이미 촘촘하게 그려 놨다는 의미다. 더 쉽게 말하면 지금 지형으로는 역전이 어려우니, 아예 삼성 식으로 ‘지도’를 바꾸겠다는 청사진이다. 이제 실행이 남았다.　 GAA기술 반도체 칩의 전류 조절 스위치 역할을 하는 트랜지스터의 성능과 효율을 높인 차세대 기술이다. 기존 핀펫 방식보다 전류 흐름을 세밀하게 제어해 더 성능을 높이면서도 적은 전력만 소모하도록 만들었다.게이트 반도체 회로에서 전류 흐름을 통제하는 문과 같은 역할을 하는 곳.채널 반도체 회로에서 전자가 공급되는 곳과 전자가 빠져나가는 곳을 연결하는 통로.STI 반도체 소자 분리기술 중 하나.