“경쟁 이미 치열한데” 日 라피더스 2나노 양산 지연 우려, 막대한 정부 투자 성과 불투명

기술 장벽 부딪힌 日 라피더스, 2나노 반도체 양산 연기 검토
日 정부 대규모 지원에도 사업성 안갯속, 엘피다메모리 전례 재현 우려
TSMC·삼성전자·인텔, 첨단 공정 양산·고객 확보 가속화

일본 국책 파운드리 기업 라피더스가 2나노미터(㎚·10억분의 1m) 첨단 반도체의 양산 시작 시점을 미루는 방안을 검토하고 있다. 양산에 필요한 기술적 과제가 해결되지 않으면서 당초 계획보다 일정이 지연되는 모습이다. 시장에서는 이러한 시나리오가 현실화할 경우, 라피더스가 이미 불이 붙은 2나노 파운드리 경쟁에서 입지를 잃을 수 있다는 전망이 나온다. TSMC·삼성전자·인텔 등 주요 파운드리 업체들이 차세대 공정 상용화와 고객 확보에 속도를 내고 있는 만큼, 시간이 지날수록 후발주자의 시장 진입 부담 역시 커질 수밖에 없다는 진단이다.

라피더스 2나노 양산 난항

11일 일본 지지통신은 라피더스가 당초 2027회계연도 후반(2027년 10월~2028년 3월)으로 예정했던 2나노 반도체 양산 시점을 2028회계연도(2028년 4월~2029년 3월)로 연기하는 방안을 검토 중이라고 보도했다. 라피더스는 2022년 도요타·소니·NTT·소프트뱅크 등 일본 주요 기업들의 출자로 설립된 반도체 업체로, 미국 IBM과의 기술 협력을 통해 최첨단 2나노 공정 상용화를 추진해 왔다. 지난해 7월에는 홋카이도 지토세 공장에서 2나노 공정의 핵심 소자인 트랜지스터 시제품 제작에 성공했다고 발표하기도 했으나, 이후 개별 소자를 연결하고 다른 회로 구성 요소와 집적하는 기술 개발에 차질이 생긴 것으로 전해졌다.

지난 10일에는 라피더스가 프로세서 내부에서 데이터를 임시 저장하는 정적 램(SRAM) 셀의 정상 작동에 실패했다는 블룸버그통신의 보도가 나오기도 했다. 당초 올해 여름까지 완료해야 했던 핵심 기술 개발이 지연되면서 전체 양산 준비 일정도 최소 수개월 뒤처졌다는 전언이었다. 여기에 수율(양품률) 개선과 생산 공정 안정화 역시 과제로 남아 있다. 현재 라피더스는 수율을 높이는 데 지속적인 어려움을 겪고 있으며, 반도체 제조 시설인 클린룸의 먼지·미세입자 관리 문제도 해결하지 못한 것으로 알려졌다.

TSMC가 시장 선도

이런 가운데 시장에서는 격화하는 2나노 경쟁에서 라피더스의 입지가 위태로워질 수 있다는 전망이 나온다. 현재 시장 선두 주자로 꼽히는 기업은 대만 TSMC다. TSMC는 지난해 4분기부터 차세대 게이트올어라운드(GAA) 구조의 나노시트 트랜지스터를 적용한 2나노(N2) 공정 양산에 돌입했으며, 올해 들어 신주 및 가오슝 시설을 중심으로 생산량을 빠르게 늘리고 있다. 올해 3분기에는 전체 웨이퍼 매출에서 2나노 공정이 차지하는 비중이 8%까지 상승하기도 했다. TSMC는 오는 2027년 스마트폰과 인공지능(AI)·고성능컴퓨팅(HPC)용 반도체 수요 증가에 대응해 2나노 계열 공정의 연간 생산 능력을 올해 대비 2배 이상으로 확대하겠다는 방침이다.

후속 공정 개발도 병행되고 있다. TSMC는 기존 2나노 공정의 성능과 전력 효율을 개선한 N2P 공정과 웨이퍼 후면 전력 공급 기술을 적용한 A16 공정을 올해 하반기부터 양산할 계획이다. N2P의 기존 N2 대비 성능 개선 폭은 약 5% 수준이며, A16은 N2P 대비 연산 속도를 8~10% 높이거나 동일한 성능에서 전력 소비를 15~20% 줄일 수 있도록 설계됐다. 여기에 1.4나노급 A14 공정은 2027년 시험 생산을 시작해 2028년 본격 양산에 나설 예정이며, 현재 생산 능력 확보를 위한 준비가 진행 중이다.

삼성전자도 첨단 공정 '질주'

삼성전자도 2나노 공정의 수율을 개선하며 양산 확대에 박차를 가하고 있다. 대만 시장조사업체 트렌드포스의 지난 9월 분석에 따르면, 올해 초 50% 미만이었던 삼성전자의 2나노 GAA 공정 수율은 최근 70% 안팎까지 상승한 것으로 알려졌다. 이를 바탕으로 삼성전자는 올해 하반기 중 2세대 2나노 공정(SF2P)을 적용한 모바일 반도체 양산을 추진할 계획이다. 지난달 3분기 실적 발표에서는 대형 하이퍼스케일러를 포함한 AI·HPC 고객사를 중심으로 2나노 주문이 증가하고 있으며, 올해 2나노 공정의 수주 프로젝트가 지난해 대비 2배 이상 늘어날 것이라는 낙관적인 전망이 제시되기도 했다.

불어나는 수주 규모에 대응한 생산 능력 확충 움직임도 빨라졌다. 삼성전자는 내년 하반기 주요 고객사의 2나노 신제품 양산이 본격화할 것이라는 판단하에 미국 텍사스주 테일러 공장의 가동을 준비 중이다. 테일러 공장은 클린룸 가동 및 장비 반입을 시작한 상태이며, 생산라인 구축을 위한 웨이퍼 투입도 진행 중인 것으로 확인됐다. 이에 더해 삼성전자는 기존 모바일 반도체 위주였던 2나노 공정을 AI·HPC 분야로 확대하는 방안을 두고 협의를 이어가는 한편, 복수의 고객사와 시험용 1.4나노 반도체 개발도 준비 중이라고 전해진다.

표. 주요 파운드리 기업의 첨단 공정 개발 현황

2나노 경쟁 변곡점 코앞

미국 인텔 역시 2027~2028년을 첨단 파운드리 사업의 중요한 분기점으로 보고 있다. 인텔은 지난해부터 1.8나노급(18A) 공정 생산에 돌입한 데 이어, 올해 6월에는 성능을 개선한 18A-P 공정의 시험 생산을 시작했다. 차세대 1.4나노급 14A 공정도 2027년 하반기 시험 생산을 거쳐 2028년 양산을 본격화할 계획이다. 이를 통해 2027년 말까지 파운드리 사업의 손익분기점에 도달한다는 목표다. 다만 지난 8월 데이비드 진스너 인텔 최고재무책임자(CFO)는 고객사 확보에 따른 추가 투자 부담이 발생할 경우 손익분기점 달성 시기가 2028년으로 늦춰질 수 있다고 설명했다.

관련 업계에서도 2나노 공정을 활용한 신제품 개발 및 상용화 속도가 빨라지는 추세다. 일례로 국내 AI 반도체 기업 딥엑스는 삼성전자의 2세대 2나노 공정을 적용한 차세대 AI 반도체 'DX-M2'의 설계를 완료하고 이달 초 테이프아웃을 마쳤다. DX-M2는 약 5와트(W)의 전력으로 로봇과 산업용 기기에서 생성형 AI를 구동하도록 설계된 제품이다. 딥엑스는 2027년 3월 첫 시제품을 확보하고 같은 해 2분기부터 고객사에 평가용 샘플을 공급할 예정이다. 이어 4분기 초기 양산을 시작해 2028년 양산에 착수한다는 방침이다.

日 '반도체 재기' 청사진 흐려지나

글로벌 반도체 시장의 2나노 경쟁이 나날이 치열해지는 가운데, 양산 지연은 라피더스에 치명적인 타격이 될 위험이 있다. 일각에서는 일본 정부의 대규모 지원이 유의미한 성과로 이어지지 못할 수 있다는 전망마저 제기된다. 지난 4월 일본 경제산업성은 라피더스에 6,315억 엔(약 5조2,860억원)의 연구개발비를 추가 지원하기로 결정하면서 누적 지원액을 2조3,540억 엔(약 19조7,040억원)으로 늘렸다. 지난달에는 라피더스의 자본 기반 확충을 위해 2027~2029회계연도에 걸쳐 총 4,000억 엔(약 3조3,480억원)을 추가 출자하는 방안이 제시되기도 했다. 그러나 라피더스는 첨단 공정의 양산 일정이 불투명할 뿐 아니라, 고객사 확보 방면에서도 사실상 초기 단계에 머물러 있다. 지난달 7일 로이터통신은 라피더스가 시놉시스·인포시스 등 17개 기업과 반도체 설계 지원 협력을 추진 중이지만, 실제 대규모 위탁 생산 계약이 체결될지는 불확실하다고 전한 바 있다.

라피더스가 일본 D램 업체 엘피다메모리의 전철을 밟는 것 아니냐는 우려도 존재한다. 엘피다는 1999년 NEC와 히타치의 D램 사업을 통합해 설립된 기업으로, 2003년 미쓰비시전기의 D램 사업까지 인수하며 유력한 D램 전문 업체로 성장했다. 그러나 2000년대 후반 글로벌 금융위기 이후 △반도체 가격 급락 △삼성전자 등 한국 기업들과의 경쟁 심화 △엔화 강세에 따른 수출 경쟁력 약화 등 악재가 누적되며 경영난이 심화했다. 일본 정부는 2009년 일본정책투자은행을 통해 엘피다에 300억 엔(약 2,510억원)을 출자하고 금융권 대출을 지원했지만, 엘피다는 결국 2012년 2월 약 4,480억 엔(약 3조7,500억원)의 부채를 안고 법정관리를 신청해 2013년 미국 마이크론에 인수됐다.