올트먼이 불붙인 ‘2나노전쟁’… 삼성, TSMC 맹추격

■ ‘AI 반도체 첨단공정’ 경쟁 가속

삼성, 3나노·2나노 GAA 개발
절대강자 TSMC 앞설지 주목

ASML 차세대 노광장비 도입
인텔 ‘새 강자’ 부상할지 촉각

삼성전자와 대만 TSMC, 미국 인텔 등이 세계 파운드리(반도체 위탁생산) 시장의 주도권을 잡기 위한 2㎚(나노미터·10억 분의 1m) 첨단 공정 도입 경쟁에 속도를 높이고 있다. 이들 3사의 선점 경쟁에 기름을 부은 것은 생성형 인공지능(AI) 챗GPT를 개발한 샘 올트먼 오픈AI CEO다. 이들 3사는 AI 반도체 자립을 선언하며 9300조 원의 투자비를 조달하기로 한 올트먼의 파운드리 파트너가 되기 위해 절치부심하고 있다.

세계 파운드리 시장 2위인 삼성전자가 2나노 경쟁에서 TSMC를 꺾고 1위 자리에 오를지, 네덜란드 ASML의 차세대 노광장비인 ‘하이 뉴메리컬어퍼처(하이 NA)’ 극자외선 장비(EUV·빛을 이용해 회로를 새기는 노광설비)를 가장 먼저 받은 인텔이 새로운 강자로 등극할지 관심이 집중된다.

14일 시장조사기관 옴디아에 따르면 올해 세계 파운드리 시장 규모는 1260억4000만 달러(약 168조 원)로 예상된다. 지난해부터 2026년까지 연평균 13.8% 성장해 오는 2026년에는 1538억3000만 달러에 이를 전망이다. 가파른 성장은 5나노 이하의 최첨단 공정이 이끌 전망이다. 지난해 5나노 이하 공정의 매출은 전체의 24.8%를 차지했지만, 2026년에는 41.2%까지 급상승할 것으로 분석된다.

삼성전자는 3나노 및 2나노 게이트올어라운드(GAA) 기술 개발에서 앞서가고 있다. 첨단 공정 기술을 사용한 사업 확장도 계획 중이다. GAA 기술은 채널의 3개 면을 감싸는 기존 핀펫구조보다 게이트의 면적이 넓어지며 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고, 데이터 처리 속도·전력 효율을 높인 것이 특징이다. 삼성전자는 선단 공정 기술 개선으로 3나노 GAA 공정의 안정적인 양산을 지속하고, 2나노 공정 개발에 속도를 내고 있다. TSMC는 2나노 공정에 처음으로 GAA 기술을 도입할 계획이다. 업계에서는 TSMC보다 먼저 GAA 기술을 활용한 삼성전자가 2나노 경쟁에서 승기를 잡을 수 있다는 관측도 나온다.

인텔은 오는 22일 파운드리 포럼을 개최하고 사업의 세부 방향 등을 발표할 것으로 알려졌다. 이날 행사에는 올트먼 CEO와 사티아 나델라 마이크로소프트(MS) CEO도 참석하기로 해 배경에 이목이 쏠리고 있다. 인텔은 2나노와 유사한 노드를 20A(옹스트롬)·18A 공정이라 부르는데, 인텔은 GAA 기술을 기반으로 하는 20A 프로세스의 생산을 올해 상반기 시작할 계획이다. 인텔은 ASML의 차세대 노광 장비를 지난해 말 공급받아 2나노 공정에 적용하기로 한 상황이다. 자사 중앙처리장치(CPU) 제품을 20A 공정으로 생산하고, 18A 공정은 파운드리로 제공해 2025년 양산에 나설 계획이다. 다만, 업계에서는 차세대 노광장비가 초기 버전이어서 인텔이 계획대로 스케줄을 소화하기 어려울 것이란 전망이 지배적이다.

안기현 한국반도체산업협회 전무는 “삼성전자와 TSMC는 일정대로 가겠지만, 인텔은 경험과 사람이 부족해 의구심이 든다”고 말했다.

이승주 기자 sj@munhwa.com