면적당 저장 용량 극대화 가능
시스템반도체 1위 비전 연장선
시스템반도체 1위 비전 연장선
삼성전자 제공
삼성전자가 파운드리(반도체 위탁생산)분야에서 세계 최초로 3차원 적층 패키지 기술을 적용한 반도체 생산에 성공했다. 이는 파운드리 1위 TSMC보다도 1년가량 앞선 성과로, 비메모리 반도체 시장의 경쟁이 갈수록 치열해지는 가운데 삼성전자는 또 다시 '초격차'로 추격에 나섰다. 이로써 이재용 삼성전자 부회장이 선포한 비전 '2030년 시스템반도체 1위' 달성에도 한 걸음 더 가까워졌다.
삼성전자는 세계 최초로 7나노 EUV(극자외선) 시스템반도체에 3차원 적층 패키지 기술인 'X-큐브(eXtended-Cube)'를 적용한 테스트칩 생산에 성공했다고 13일 밝혔다. X-큐브는 전공정을 마친 웨이퍼 상태의 복수의 칩을 위로 얇게 적층해 하나의 반도체로 만드는 기술로, 고성능 시스템반도체 경쟁력을 높일 수 있는 핵심 기술이다.
시스템반도체는 일반적으로는 CPU(중앙처리장치)·GPU(그래픽처리장치)·NPU(신경망처리장치) 등 역할을 하는 로직 부분과 캐시 메모리(Cache memory) 역할을 하는 S램(SRAM·Static Random Access Memory) 부분을 하나의 칩에 평면(2차원)으로 나란히 배치·설계한다.
칩을 평면이 아닌, 위로 여러 층 적층하면 단위 면적당 저장 용량을 극대화할 수 있다. 또한 고용량 메모리 솔루션을 장착할 수 있어 고객의 설계 자유도를 높일 수 있다. 이에 반도체 업체들은 고성능 시스템반도체 수요 증가에 대응해 3차원 적층 기술 개발에 열을 올리고 있다.
삼성전자의 EUV 기반 시스템반도체 3차원 적층 기술은 파운드리 최대 경쟁사인 대만의 TSMC보다 1년가량 앞선 것으로 평가된다. 원래 7나노 이하 칩 적층 기술 개념은 지난해 TSMC가 처음 제시했지만 실제 개발은 삼성전자가 먼저 성공했기 때문이다.
여기에다 최근 이재용 삼성전자 부회장이 온양사업장에서 직접 점검했던 실리콘관통전극(TSV) 기술을 적용해 시스템반도체의 데이터 처리속도를 획기적으로 향상 시키는 동시에 면적은 줄이고 전력 효율은 높였다. TSV는 삼성전자가 D램 8~12개를 하나로 묶을 때 사용하는 방식이다. 이 기술은 슈퍼컴퓨터·인공지능(AI)·5세대 이동통신(5G) 등 고성능 시스템 반도체를 요구하는 분야는 물론 스마트폰 등 웨어러블 기기의 경쟁력을 높일 수 있는 핵심 기술로 활용될 것으로 기대된다.
글로벌 팹리스(반도체 설계회사) 고객은 삼성전자가 제공하는 X-큐브 설계 방법론을 활용해 EUV 기술 기반 5나노, 7나노 공정 칩 개발을 바로 시작할 수 있다. 특히 이미 검증된 삼성전자의 양산 인프라를 이용할 수 있기 때문에 칩 개발 기간을 줄일 수 있다. 강문수 삼성전자 파운드리사업부 마켓전략팀 전무는 이와 관련해 "EUV 장비가 적용된 첨단 공정에서도 TSV 기술을 안정적으로 구현해냈다"며 "삼성전자는 반도체 성능 한계 극복을 위한 기술을 지속 혁신해 나가겠다"고 강조했다.
업계는 삼성전자의 이 같은 행보에 대해 '반도체 비전 2030' 비전 달성을 위한 연장선으로 해석한다. 최근 반도체 업계 주도권이 종합반도체기업(IDM)→팹리스→파운드리업체로 이동하면서, 파운드리 시장은 삼성전자가 개척해야 하는 분야로 지목됐다.
파운드리 시장을 선점하기 위해서는 파운드리 시장 절반 이상을 차지하고 있는 TSMC를 꺾어야만 한다. 현재 TSMC는 코로나19 여파로 인한 모바일 부진, 미국 제재에 따른 화웨이 물량 감소 등에도 가파른 성장세를 이어가고 있다.
실제 TSMC 7월 매출은 전년 동기 대비 25% 증가한 1059억대만달러(약 4조2678억원)이다. 올해 월평균 매출(1~7월)은 1039억대만달러로 2019년(892억대만달러)을 훌쩍 넘어서며, 지난해에 이어 올해도 역대 최대 실적이 기대되는 상황인 만큼 TSMC의 벽을 넘는 것은 쉽지 않다.
반도체 업계 관계자들은 "그 동안 파운드리 시장에서 TSMC의 독주체제는 굳건했다"면서도 "하지만 삼성전자가 파운드리 시장에 본격 뛰어들기 시작한 이후 공격적으로 성과들을 달성하면서 시장 지형도가 어떻게 바뀔 지 지켜볼 필요가 있다"고 전했다.
김민주기자 stella2515@
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