3나노 뒤로하고 2나노 패권 강화 나선 TSMC, 삼성전자 '추격전'은 난항 전망

TSMC 2나노 공정, AI 반도체 수요 대거 흡수하며 시장 독주
생산 능력 소진된 3나노 미뤄두고 2나노 투자 대폭 확대
2나노 승부수 띄운 삼성전자, 수율·고객 격차 등 한계 뚜렷

세계 최대 파운드리(반도체 위탁생산) 기업인 대만 TSMC의 차세대 2나노(㎚·10억분의 1m) 공정이 시장 존재감을 확대하고 있다. 탄탄한 기술력과 고객사 라인업을 갖춘 TSMC가 인공지능(AI) 열풍 속 불어난 첨단 반도체 수요를 대거 흡수하는 양상이다. 업계 2위 삼성전자 역시 TSMC를 좇아 2나노 경쟁력 강화에 전념하고 있으나, 시장에서는 삼성전자가 단기간 내 선단 공정 경쟁에서 TSMC를 따라잡기는 사실상 어려울 것이라는 분석에 힘이 실린다.

TSMC, 2나노 파운드리 경쟁 우위 확보

7일(이하 현지시간) IT 전문 매체 WCCF테크는 반도체업계 소식통을 인용해 TSMC의 2나노(N2) 공정 수요가 예상을 뛰어넘는 속도로 급증하고 있다고 전했다. 보도에 따르면 TSMC의 2나노 기술에 대한 테이프아웃 건수는 3나노 기술 대비 1.5배 증가했다. 테이프아웃은 팹리스(설계 전문) 기업이 제품 설계를 마치고 파운드리 회사로 설계 도면을 넘기는 단계로, 양산 직전의 최종 관문을 뜻한다. 테이프아웃 건수가 증가했다는 것은 그만큼 향후 TSMC 2나노 라인에서 양산될 칩의 종류와 물량이 많다는 의미다.

이 같은 흐름은 AI 반도체 시장의 급성장에서 출발했다. WCCF테크는 "TSMC가 AI 가속기 시장에서 95%라는 압도적인 점유율을 유지할 것"이라며 "AI 붐에 힘입어 2026년 말까지 2나노 공정의 월 웨이퍼 생산 목표가 14만 장이라는 기록적인 수치에 이를 것"이라고 분석했다. 매출 구조 역시 급변할 것으로 예상된다. 업계는 오는 3분기 TSMC의 2나노 매출이 기존 주력인 3나노와 5나노 공정 매출 합산치를 뛰어넘으리라 전망한다. 이는 과거 어느 때보다 빠르게 최첨단 공정으로의 전환이 이뤄지고 있다는 방증이다.

TSMC의 2나노 초기 생산 능력의 50% 이상은 애플에 할당됐다. TSMC의 최대 고객사인 애플이 이번에도 가장 먼저 2나노 물량을 '싹쓸이'한 것이다. 이 물량은 대부분 차기 아이폰18 시리즈에 탑재될 'A20' 및 'A20 프로' 칩, 유기발광다이오드(OLED) 맥북 프로에 탑재될 'M6' 칩 생산 등에 투입될 예정이다. 이 밖에도 퀄컴, 미디어텍 등이 주요 고객으로서 TSMC의 2나노 모바일 칩을 공급받고 있다. 

3나노 대신 최선단 공정에 힘 실어

2나노 공정이 시장 패권을 좌우하는 핵심 축으로 떠오르자, TSMC는 기존 3나노 공정에서 점차 힘을 빼는 추세다. 8일 대만 커머셜타임즈는 최근 TSMC 3나노 공정에서 공급 부족 문제가 지속되고 있다고 보도했다. 기존 3나노 설비만으로 급증하는 시장 수요를 감당하기 어려워지자, 3나노 공정 가격을 인상하고 신규 3나노 프로젝트 개시를 잠정 중단하는 등 고객사들의 공정 로드맵을 2나노로 앞당기는 전략을 본격화한 것이다. TSMC의 3나노 제품군은 AI GPU, 클라우드 데이터센터용 ASIC, 고성능 모바일 애플리케이션 프로세서(AP) 주문 등이 몰리며 생산 능력이 사실상 전량 소진된 상태다.

2나노 설비 투자에도 속도가 붙는 중이다. 외신 보도를 종합하면 TSMC는 지난해 11월 국가과학기술위원회(NSTC) 등 정부 부처와의 회의에서 AI 칩 수요 급증에 대응하기 위해 대만에 2나노 공장 3개를 추가로 건설할 계획이라고 밝혔다. 공장은 타이난시가 조성하는 남부과학단지에 들어설 가능성이 높으며, 총투자 금액은 9,000억 대만달러(약 42조2,000억원)에 달할 것으로 추산된다. 업계는 향후 TSMC의 2나노 월 생산량이 내년 말 기준 8만~9만 장(웨이퍼 기준)으로 현재(4만 장)보다 2배가량 증가하리라고 전망한다.

2나노를 넘어선 차세대 공정 개발도 공격적으로 진행되고 있다. 최근 대만 현지 매체들은 TSMC 공급망 관계자를 인용, TSMC가 대만 중부과학단지(중부 사이언스파크)에서 A14 대응 신규 팹 건설을 가속할 가능성이 있다고 전했다. 해당 공장은 2027년 말까지 리스크 생산을 마친 뒤 2028년 양산에 착수할 예정이다. A14는 TSMC의 1.4나노 파운드리 공정이다. 앞서 TSMC는 A14에 대해 “더 빠른 컴퓨팅과 우수한 전력 효율로 AI 기반 혁신을 추진하도록 설계됐고, 스마트폰의 AI 기능을 강화해 성능 향상도 기대된다”며 “개발은 순조롭게 진행 중이며 수율도 계획을 상회하고 있다”고 설명한 바 있다.

삼성전자 2나노 공정의 현실

TSMC의 선단 공정 경쟁력이 빠르게 강화되는 가운데, 경쟁사인 삼성전자 역시 AP '엑시노스2600' 등을 앞세워 2나노 공정에 힘을 쏟는 중이다. 삼성전자는 지난 2023년 세계 최초로 3나노 공정 양산을 시작했으나 시장 경쟁에서 승기를 잡지 못했다. 안정적인 수율(결함 없는 합격품의 비율) 확보에 어려움을 겪으며 시장 점유율이 오히려 하락한 것이다. 2나노 공정 개발이 순항하면 3나노 경쟁에서 쓴맛을 본 삼성전자는 터닝 포인트를 확보할 수 있게 된다.

다만 삼성전자가 실제 시장 경쟁에서 우위를 점할 수 있을지는 미지수다. 업계에선 삼성전자 2나노 공정의 초기 수율이 50~60% 수준으로 TSMC(80% 이상)에 비해 부진할 것이라 본다. TSMC가 기존 3나노 고객사들을 2나노에 끌어들이며 시장을 선점해 버렸다는 점도 악재다. 미국 반도체 전문지 EE타임스는 “TSMC의 2나노 고객에는 엔비디아와 AMD, 애플과 퀄컴, 구글과 마이크로소프트, 아마존이 모두 포함된다”며 “향후 수년간 TSMC가 삼성전자와 인텔 대비 우위를 유지할 것이라는 전문가들의 예측이 나온다”고 보도했다. 시장조사기관 테크인사이츠는 EE타임스에 “TSMC 2나노 공정은 역사상 최대 ‘히트작’이 될 것으로 보인다”며 “이미 15개 이상의 고객사들이 줄을 서 있다”고 전했다.

파운드리 기술이 고도화될수록 높은 생산 수율과 안정적인 기술력을 갖춘 TSMC에 주문이 몰릴 수밖에 없다는 분석도 나온다. 대형 고객사 기준 첨단 반도체 설계에는 평균 8억 달러(약 1조1,600억원), 생산에는 연간 200억~300억 달러(약 29조~43조원)가 투입된다. 파운드리 업체가 양산 등에 실패하면 고객사가 대규모 손실을 떠안게 되는 구조인 셈이다. EE타임스는 이 같은 시장 상황이 과거 미세 공정 반도체 공급에 어려움을 겪었던 삼성전자나 인텔보다 TSMC의 선호도를 더욱 높였다고 진단했다.