2나노 양산 나서는 TSMC, 삼성전자 추격 속 '초격차' 질주

연말까지 5만 장 규모의 2나노 공정 라인 구축
4월부터 가동해 올해 하반기엔 대량 생산 돌입 
내년 하반기 출시하는 아이폰18에 탑재 가능성

세계 최대 파운드리 기업 TSMC가 2㎚(나노미터·10억분의 1m) 공정 기술 분야에서도 경쟁사인 삼성전자를 앞서며 시장을 선도할 것이란 전망이 나왔다. TSMC 2㎚ 공정의 수율은 이미 60~70% 수준을 넘어섰으며 올해 말까지 월 5만 장 규모의 생산능력(CAPA)을 갖춘 2㎚ 공정 라인을 구축할 것으로 예상된다. 외신들은 TSMC의 2㎚ 공정을 통해 생산된 칩이 내년 가을에 출시될 애플 아이폰18 모델에 탑재될 가능성이 높다고 보고 있다.

바오산·가오슝 공장 가동 시 최대 월 8만 장 생산

24일(현지시각) 대만의 경제 매체 커머셜타임즈, 공상시보 등은 "TSMC가 2㎚ 공정 생산량을 올해 연말까지 월 5만 장으로 확대할 계획"이라며 "대만 바오산과 가오슝 공장이 완전히 가동되면 월간 생산량이 8만 장까지 늘어날 것으로 추산된다"고 보도했다. TSMC의 바오산 공장은 오는 4월 1일부터 수주를 받을 예정이며, 대량 생산은 올해 하반기 첫 주문을 받을 계획이다. 가오슝 공장도 이달 31일 확장식을 가질 것으로 전해졌다.

TSMC의 2㎚ 공정은 데이터센터용 인공지능(AI) 반도체 생산에 우선적으로 활용될 것으로 관측된다. 이후 인텔과 AMD의 CPU, 모바일 프로세서 등에 순차적으로 적용될 것으로 보인다. 공상시보는 "애플이 내년 가을 출시하는 아이폰18 시리즈부터 TSMC 2㎚ 미세공정으로 생산하는 A20 프로세서를 활용할 것"이라며 "애플을 비롯해 AMD, 인텔, 브로드컴, 아마존 등이 2㎚ 공정의 첫 고객사 목록에 포함될 것"이라고 전망했다.

TSMC, 2㎚ 공정에 GAA 최초 적용해 성능 개선

TSMC의 2㎚ 공정에는 반도체 전력 효율과 성능을 개선한 게이트올어라운드(GAA) 설계가 처음으로 적용됐다. TSMC는 현재 3㎚ 공정에서는 기존의 핀펫(FinFET) 공정을 유지하고 있다. 핀펫은 트랜지스터의 채널을 세 면(상·좌·우측면)에서 게이트가 감싸는 방식인 데 반해 GAA는 트랜지스터의 채널 네 면(상·하·좌·우측면)을 모두 게이트가 둘러싸도록 설계돼 전류를 보다 정밀하게 제어할 수 있어 누설 전류를 줄이고 전력 효율을 높일 수 있다.

특히 TSMC 2㎚ 공정의 최대 강점은 수율이다. 22일 TF인터내셔널 궈밍치 애널리스트는 "TSMC의 2㎚ 시험 생산 수율이 3개월 전에 60~70%에 도달했으며 지금은 그보다 훨씬 높은 수준"이라고 짚었다. 첨단 공정에서 수율은 파운드리의 경쟁력을 결정짓는 핵심 요소로 꼽힌다. TSMC는 3㎚ 공정에서 삼성전자보다 양산 시점이 6개월가량 늦었음에도 60%에 육박하는 높은 수율을 확보하며 삼성전자에 경쟁 우위를 유지한 바 있다.

공상시보는 TSMC 2㎚ 공정 칩의 위탁생산 단가가 웨이퍼당 3만 달러(약 4,400만원) 수준이 될 것으로 전망했다. 이는 3㎚ 파운드리 초기 단가보다 50%가량 높은 가격이다. 최근에는 미 행정부의 요구에 대응해 미국 내 반도체 생산시설에 대한 투자를 확대하고 있어 해당 비용이 반영될 경우 가격은 더욱 상승할 가능성이 있다. 다만 도입 초기부터 고객사의 주문이 대거 몰릴 것으로 예상되는 만큼 향후 수주에는 큰 어려움이 없을 것으로 보인다.

삼성도 2㎚ 공정 엑시노스2600 시범생산 돌입

한편 삼성전자는 2㎚ 공정의 AP 엑시노스2600의 설계를 완료하고 시범생산에 돌입했다. 시범생산에서 엑시노스의 수율과 성능이 얼마나 확보되느냐에 따라 삼성전자 2㎚ 공정의 기술 경쟁력은 물론 갤럭시S26 시리즈 탑재 가능성이 판가름 날 것으로 보인다. 삼성전자는 최근 퀄컴의 AP 가격 인상으로 스마트폰 사업부의 원가 부담이 커져 갤럭시S26 시리즈에 엑시노스2600을 탑재할 수 있어야 스마트폰 원가 경쟁력을 확보할 수 있다. 갤럭시S26 시리즈는 내년 1월 출시 예정이며 엑시노스2600의 탑재 여부는 이르면 올해 3분기 중 결정될 것으로 보인다.

일각에서는 퀄컴의 차세대 AP '스냅드래곤8 엘리트 3세대'도 일부 물량을 생산하는 데 삼성전자의 2㎚ 공정을 이용할 것이란 관측도 나온다. 이는 TSMC가 2㎚ 공정을 이용한 칩의 위탁생산 가격을 기존 3㎚ 공정에 비해 크게 인상한 영향으로 분석된다. 또한 엔비디아, AMD, 애플 등 주요 빅테크 기업들이 TSMC에 2㎚ 위탁생산을 대거 맡기면서 퀄컴 등 특정 기업 주문을 모두 소화할 수 없게 된 점도 영향을 미친 것으로 보인다. 퀄컴이 AP 생산을 TSMC에만 의존하기는 어려운 상황이 되면서 삼성전자의 2㎚ 공정을 일정 부분 활용할 가능성이 높아졌다는 분석이다.

다만 삼성전자의 2㎚ 공정 수율은 20~30% 수준으로 아직 양상에 들어갈 수준은 아닌 것으로 전해졌다. 한지만 삼성전자 사장도 지난 19일 열린 주주총회에서 "삼성전자의 2㎚ 선단 공정 기술력이 경쟁력이 없는 것은 아니다"라며 "수율을 높여 수익성을 올릴 수 있는 위치까지 최단기간에 도달하는 게 올해의 가장 큰 목표"라고 밝혔다. 한 업계 관계자는 “엑시노스2600이 삼성전자 파운드리 사업의 시험대가 될 것”이라며 “삼성전자 파운드리가 2㎚ 공정에서 기술력을 증명한다면 삼성전자 파운드리 사업 경쟁력이 올라갈 것”이라고 분석했다.