TSMC는 오랫동안 반도체 파운드리 분야에서 지배적인 위치를 차지해 왔습니다. 파운드리 기술이나 규모에 관계없이 모든 분야에서 선두 경쟁업체로 꼽힙니다. 그러나 최근 온라인상에서 "반도체 파운드리 시장의 변화"와 "삼성이 TSMC를 대체할 것"이라는 이야기가 나오고 있습니다.

그 이유는 삼성전자가 얼마 전 열린 IEEE ISSCC 국제 고체회로 학회에서 세계 최초로 3나노미터 칩을 선보였기 때문입니다.

더욱이 삼성에서 선보인 칩은 최첨단 공정 기술을 사용할 뿐만 아니라 TSMC의 GAAFET(서라운드 게이트 전계 효과 트랜지스터) 기술을 더욱 업그레이드한 것입니다.

간단히 말해, TSMC와 삼성은 현재 5nm 칩 생산에 FinFET(핀형 전계 효과 트랜지스터) 기술을 사용하고 있습니다. 삼성의 3nm 칩에 사용되는 GAAFET 기술은 FinFET의 차세대 기술로 여겨집니다.

이 기술의 장점은 뛰어난 구조이며, FinFET 기술을 사용하는 칩은 더 많은 트랜지스터를 수용할 수 있다는 점입니다.

GAAFET 기술은 FinFET 기술의 장점을 유지할 뿐만 아니라 칩 상의 트랜지스터를 정렬 및 조정하여 에너지 활용도를 극대화합니다. 이를 통해 에너지 절약 및 발열 감소 효과를 얻을 수 있습니다.

삼성의 공식 자료에 따르면, GAAFET 기술을 사용하는 3nm 칩은 FinFET 기술을 사용하는 3nm 칩보다 전력 소비량이 50% 적고 성능은 30% 더 높습니다.

삼성에서 제공한 데이터가 사실이라면, 삼성의 GAAFET 기술이 적용된 3nm 칩은 같은 시기의 TSMC 칩보다 성능이 뛰어날 것이 확실하다. 삼성이 TSMC를 제치고 세계 1위 반도체 파운드리가 되겠다는 목표는 향후 2년 안에 달성될 수 있을 것으로 보인다.

하지만 TSMC에게도 든든한 지원군이 있습니다. 아시다시피 TSMC는 항상 시장에서 뛰어난 기술력을 자랑해 왔습니다. 이번에 위협적인 삼성에 맞서 TSMC 역시 칩 기술 업그레이드에 박차를 가하며 속도를 높였습니다.

대만 언론 보도에 따르면, TSMC는 일본 반도체 업계와 협력하여 2nm 칩 개발에 박차를 가할 예정이다. 일본은 첨단 웨이퍼 파운드리는 보유하고 있지 않지만, 첨단 기술의 상류 부문에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있다.

국내 사용자들에게 가장 친숙한 EUV 리소그래피 장비를 예로 들어보겠습니다. 우리 모두 알다시피, ASML은 전 세계에서 유일하게 EUV 리소그래피 장비를 생산할 수 있는 회사입니다. 하지만 많은 사람들이 모르는 사실은 ASML이 일본 기업의 도움 없이는 EUV 리소그래피 장비를 제작할 수 없다는 것입니다.

일본 기업들은 EUV 리소그래피 장비 제조의 여러 측면에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 일본의 도쿄전자(Tokyo Electronics)는 포토리소그래피 장비 코팅 및 현상 장비 시장을 100% 점유하고 있습니다. 또한 일본의 라저텍(Lasertec Corp)은 EUV 마스크 검사 장비를 생산할 수 있는 세계 유일의 기업입니다. 포토레지스트 판매량에서도 일본 업체들이 압도적인 선두 자리를 차지하고 있습니다.

TSMC는 일본 반도체 산업의 탄탄한 기술력을 바탕으로 신기술 연구 개발에 드는 노력을 절반으로 줄여 더욱 효율적인 결과를 얻을 수 있습니다. 일본 또한 TSMC와의 협력에 큰 기대를 걸고 있습니다. 실제로 일본은 2020년 초 TSMC에 협력 제안을 하며 일본 내에 첨단 반도체 생산 공장을 건설해 줄 것을 요청한 바 있습니다.

게다가 일본은 도쿄전자, 캐논, 스크린 등 국내 반도체 장비 대기업들을 한데 모아 연구 개발팀을 구성했습니다. 올해 중반 2나노미터 이후 차세대 반도체 제조 기술을 확립할 계획이며, 이를 위해 해당 기업들에게 정밀 전기 공정 및 세척 기술 개발을 위한 시험 생산 라인 구축을 요구하고 있습니다. 일본은 이러한 협력을 위한 만반의 준비를 갖추고 있다고 할 수 있습니다.

TSMC가 이전에 발표한 소식에 따르면, TSMC는 2nm 공정에 MBCFET(멀티 브리지 채널 전계 효과 트랜지스터) 기술을 적용할 예정이며, 이는 GAAFET 기술의 한 종류입니다. 이 공정은 2023년에 소규모 시험 생산에 들어가 2024년에 본격적으로 보급될 예정입니다. 이는 삼성의 3nm GAAFET 기술보다 더 앞선 기술입니다.

삼성과 TSMC 외에도 또 다른 반도체 대기업인 인텔 역시 반도체 파운드리 시장을 주시하고 있다. 하지만 단기적으로 볼 때 인텔의 경쟁력은 여전히 ​​삼성과 TSMC에 크게 뒤쳐져 있다.

삼성과 TSMC 간의 활발한 소통은 향후 5~10년 동안 반도체 파운드리 시장에서 가장 흔하게 볼 수 있는 풍경이 될 것이다.