기대 모았던 SF4X 공정, 수율·신뢰성 한계 드러나
AMD 비롯해 빅테크, TSMC 애린조나 공장으로 이탈
삼성 파운드리 타격 불가피, '수주 가뭄' 우려 확산

삼성전자 파운드리(반도체 위탁생산) 사업의 핵심 고객사로 기대를 모았던 AMD와의 4나노미터(nm, 10억분의 1미터) 공정 계약이 철회된 것으로 알려졌다. 삼성전자의 최신 4나노 공정의 신뢰성을 문제 삼아 발을 빼고 해당 물량을 TSMC의 미국 애리조나 공장을 이전하기로 한 것으로 파악된다. 이미 수율 저하와 적자 지속으로 위기감이 고조된 가운데, 삼성전자 파운드리 사업부는 또 한 번 악재를 맞이하게 됐다.

AMD, 공정 안정성 부족을 이유로 발 빼

7일(현지 시각) IT 전문 매체 샘모바일과 Wccftech 등 외신 보도에 따르면 AMD는 삼성전자의 4nm 공정인 SF4X에 대한 우려로 생산을 철회하고 TSMC의 미국 애리조나 공장으로 칩 주문을 이전하기로 결정했다. 삼성전자는 2021년부터 SF4X를 개발해 2025년 3월 양산에 돌입했다. AMD는 해당 공정 개발에 긴밀히 협력한 것으로 알려졌으나 공정의 안정성 부족을 이유로 계획을 전면 수정한 것으로 보인다.

이번 계약 철회가 AMD의 일부 제품군에만 해당되는지, 아니면 삼성전자와의 파트너십 전반에 영향을 미칠지는 아직 불투명하다. 업계에서는 AMD의 계약 철회는 단순히 거래 무산을 넘어 삼성전자 파운드리의 신뢰도에 타격을 줄 것이란 분석이 나온다. 삼성전자가 지속적으로 겪고 있는 기술적 한계와 운영상 문제가 드러나면서 글로벌 반도체 고객사들의 신뢰 회복에도 영향을 미칠 것이란 우려다.

삼성 반도체 반등의 기대 모았던 SF4X

삼성전자는 지난해 11월 4세대 4nm 공정인 SF4X의 양산을 시작했다. 당시만해도 해당 공정이 AI 등 고성능컴퓨팅(HPC) 분야에 초점을 두고 있는 만큼, 향후 삼성전자 파운드리 사업 회복의 핵심 무기가 될 것으로 기대했다. 삼성전자는 2년 만에 수율을 30%에서 80%대로 끌어올리면서 안정화 단계에 진입했고 AI 반도체를 개발하는 국내외 팹리스로부터 견조한 수요를 보이고 있었기 때문이다.

올해 초만 해도 삼성전자가 주요 공정인 4nm 공정에서 1년 새 수율을 30%에서 80% 가까이 끌어올리며 안정화 단계에 진입했다는 관측이 나왔다. 실제로 삼성전자는 끌어올린 4nm 수율을 바탕으로 올해 초 리벨리온의 AI(인공지능)가속기 리벨을 턴키 수주했다. HBM3E 탑재부터 AI가속기 조립까지 모두 삼성전자가 맡았다. 내년 초 3만장의 샘플이 원활히 생산되면 2026년부턴 본격적으로 양산할 계획이다. 현재 계획된 리벨리온 주문은 2026년 6만장, 2027년 12만장, 2028년 17만장이다.

삼성전자는 라벨리온에 더해 해외 고객사 영업에도 적극적으로 나섰다. 지난해부터는 2019년부터 차세대 칩셋 제조 등에 협력망을 구축해 온 AMD에 4nm 공정 칩을 납품할 것이란 전망이 나왔다. 업계에 따르면 삼성전자는 2023년 8월 삼성전자의 HBM3와 첨단 패키징이 AMD의 품질 테스트를 통과했다. 이어 지난해 4월에는 삼성전자가 HBM3E 12단 D램을 30억 달러 규모로 공급할 것이란 보도가 나오기도 했다.

수율 높은 TSMC 美 공장으로 주문 몰려

업계에서는 TSMC가 올해부터 미국 애리조나 공장 4나노 공정 양산을 시작하며AMD가 TSMC로 눈을 돌리고 있다는 분석을 내놓는다. TSMC 애리조나 공장의 수율이 70% 후반으로 대만 공장보다 4% 더 높은 수준을 기록한 점도 TSMC가 유리한 요인이다. 수율이 높으면 생산 비용이 크게 줄고, 가격 경쟁력이 생기는 만큼 고객사로서 선택의 여지가 많아진다. 애리조나 공장의 자동화 시설에 따른 인력 효율화도 TSMC의 가격 경쟁력에 힘을 실어줄 수 있다.

TSMC의 애리조나 공장이 예상보다 빠르게 안정되면서 빅테크 고객사들의 주문이 대거 이곳에 몰릴 전망이다. 이미 엔비디아는 AI 칩 생산을 애리조나 공장에서 시작했다고 밝혔다. 애플도 이 공장의 4나노 공정을 활용해 아이폰에 탑재될 모바일 애플리케이션프로세서(AP) 생산을 맡긴 것으로 알려졌다.

여전히 고객사 확보에 난항을 겪고 있는 삼성전자는 다시 한번 악재에 직면한 셈이다. 파운드리를 포함한 비메모리 부문은 지난해에 이어 올 1분기에도 조 단위 적자를 이어가는 상황이다. 삼성전자는 현재 확보한 고객사도 TSMC에 빼앗길 수 있는 만큼 특단의 대책이 필요하다. 당장 수율 개선을 통한 신뢰성 확보가 시급하다.