2나노 반도체 전쟁: TSMC 독주 속 삼성전자의 '추격', 성공할 수 있을까?

안녕하세요! 미래 산업의 쌀이자 모든 첨단 기술의 핵심인 반도체, 그중에서도 가장 앞선 기술력을 다투는 파운드리(반도체 위탁생산) 시장의 경쟁이 그야말로 점입가경입니다. 특히 '꿈의 공정'이라 불리는 2나노미터(nm) 시대를 앞두고, 절대 강자 TSMC와 추격자 삼성전자 사이의 보이지 않는 전쟁은 더욱 치열해지고 있는데요. 오늘(6월 6일) 전해진 소식들은 이 경쟁의 현주소를 명확히 보여주고 있습니다.

TSMC의 2나노 질주: "상위 1% 고객만을 위한 기술?"

세계 최대 파운드리 기업인 대만의 TSMC는 이미 2나노 공정에서 압도적인 우위를 점하며 천문학적인 수익을 예고하고 있습니다. 대만 현지 언론에 따르면, TSMC의 2나노 웨이퍼 가격은 장당 3만 달러(우리 돈 약 4천만 원 이상)에 달하는 초고가임에도 불구하고, 애플, 퀄컴, 미디어텍, AMD 등 세계적인 테크 기업들의 주문이 쇄도하고 있다고 합니다. 심지어 2나노보다 더 미세한 옹스트롬(1나노미터의 10분의 1)급 공정은 웨이퍼당 가격이 4만 5천 달러에 육박할 것이라는 전망까지 나오고 있습니다.

• 웨이퍼(Wafer): 반도체 칩을 만드는 얇은 원판입니다. 이 위에 회로를 그려넣고 잘라내면 수많은 반도체 칩이 만들어집니다.
• 2나노미터(nm): 반도체 회로 선폭의 단위로, 숫자가 작을수록 더 미세하고 성능이 뛰어난 반도체를 만들 수 있습니다.

TSMC는 올해 연말까지 신주 바오산과 가오슝 공장을 통해 월 3만 장 수준의 2나노 웨이퍼 생산 능력을 확보할 계획이라고 하는데요, 이는 과거 5나노 공정 양산 초기보다 4배 이상 빠른 증설 속도라고 합니다. 이미 미디어텍은 차세대 모바일 칩(디멘시티 9600, 가칭)의 2나노 공정 생산을 오는 9월에 시작(테이프아웃)할 예정이며, AMD와 일본 후지쯔는 차세대 서버 및 AI용 CPU에 TSMC의 2나노 기술을 적용했습니다. 구글의 차세대 TPU(AI 반도체), 아마존웹서비스(AWS)의 AI 학습용 칩(트레이니엄), 마이크로소프트의 AI 칩(마이아) 등도 TSMC의 2나노 공정을 통해 생산될 것으로 예상됩니다.

업계 전문가들은 TSMC의 이러한 기술 리더십이 단순히 회로를 더 작게 만드는 '공정 미세화' 차원을 넘어섰다고 평가합니다. 높은 생산 수율(양품 비율), 공정의 안정성, 첨단 장비 운영 능력, 그리고 고객 지원 플랫폼까지 모든 면에서 완성형 경쟁력을 갖추고 있다는 것이죠. 실제로 2나노 생산라인 하나를 구축하는 데 약 7억 달러(약 9600억 원)가 소요되며, 수천 단계에 이르는 복잡한 공정을 제어하여 높은 수율을 확보하는 능력이 핵심 변수로 꼽힙니다.

삼성전자의 도전: 2026년 2나노 양산 목표, 넘어야 할 산은?

한편, 삼성전자는 2026년 본격적인 2나노 공정 양산을 목표로 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 삼성은 세계 최초로 3나노 공정에 차세대 트랜지스터 구조인 GAA(Gate-All-Around) 기술을 적용하며 기술력을 과시했지만, 초기 수율 문제와 제한적인 고객 확보로 인해 시장의 반응은 기대에 미치지 못했다는 평가를 받았습니다. 현재는 2025년 말까지 3나노 2세대 공정 안정화에 집중한 뒤, 2026년부터 2나노 GAA 공정 양산에 본격적으로 뛰어든다는 계획입니다.

• GAA(Gate-All-Around): 전류가 흐르는 채널의 4면을 게이트가 모두 감싸는 형태의 차세대 트랜지스터 구조로, 기존 핀펫(FinFET) 구조보다 전력 효율과 성능을 높일 수 있는 핵심 기술입니다. 삼성전자가 3나노에 세계 최초로 도입했습니다.
• 수율(Yield): 한 장의 웨이퍼에서 생산된 전체 칩 중 정상적으로 작동하는 양품 칩의 비율입니다. 수율이 높을수록 생산 효율성과 가격 경쟁력이 높아집니다.

하지만 삼성전자가 TSMC와의 격차를 실질적으로 좁히기 위해서는 몇 가지 구조적인 약점을 극복해야 한다는 지적이 나옵니다. 첫째는 수율 안정성 확보입니다. 실제로 3나노 1세대 공정은 일부 고객사를 확보한 이후에도 높은 제조 비용과 불확실한 수율로 인해 후속 대형 고객 유치에 어려움을 겪은 것으로 알려져 있습니다.

둘째는 고객 기반 및 생태계 확장입니다. TSMC는 애플, 엔비디아, 구글 등 다양한 분야의 대형 고객사들과 오랜 기간 긴밀한 협력 관계를 맺으며 탄탄한 설계 생태계(설계자산 IP, 설계자동화툴 EDA, 디자인하우스 등)를 구축해왔습니다. 반면, 삼성전자는 자체적으로 스마트폰과 메모리 반도체 등을 생산하는 종합반도체기업(IDM)이라는 특성상, 팹리스 고객사들이 잠재적인 경쟁 관계나 기술 유출을 우려할 수 있다는 시각이 존재하며, 파운드리 관련 생태계도 상대적으로 약하다는 평가를 받고 있습니다.

서로 다른 전략: '프리미엄' TSMC vs '맞춤형' 삼성

두 회사의 시장 접근 전략도 다소 차이를 보입니다. TSMC는 최첨단 공정 기술을 바탕으로 애플과 같은 고부가가치 소수 고객에 집중하며 웨이퍼 가격을 공격적으로 높이는 '프리미엄화' 전략을 구사하는 반면, 삼성전자는 공동 개발이나 고객 맞춤형 기술 지원 등을 통해 중견 팹리스 고객을 확장하려는 전략을 취하고 있습니다.

그러나 최근 인공지능(AI) 반도체 수요가 고성능컴퓨팅(HPC) 및 데이터센터 분야에 고도로 집중되면서, 고객들의 평가 기준은 단순한 공정 기술 수준을 넘어 수율, 전력 효율, 그리고 여러 칩을 하나로 묶는 첨단 칩 패키지 통합 능력까지 포함하는 '종합 역량'으로 이동하고 있습니다.

전문가의 시각: "삼성, 2나노 성공해도 TSMC는 더 앞서갈 것"

한 업계 관계자는 "삼성전자가 3나노 GAA 기술을 세계 최초로 양산했지만, 실제 수주 경쟁에서는 수율과 고객 생태계에서 한계를 경험한 반면, TSMC는 기술력뿐만 아니라 고객사의 개발 리스크를 줄여주는 '경험 곡선'에서 우위를 점하고 있다"고 평가했습니다. 이어 "삼성이 2026년 2나노 상용화에 성공하더라도, 그 시점에서 TSMC는 이미 옹스트롬 단위 공정 및 3D 패키징 기술 확장으로 다음 단계를 준비하고 있을 가능성이 크다"고 덧붙였습니다.

마무리하며: 삼성 파운드리의 미래, 2나노에 달렸다

결국, 2나노 및 그 이후의 초미세 공정 경쟁은 상상 이상의 기술력과 막대한 투자가 필요한 '총력전'입니다. 현재로서는 TSMC가 생산 능력, 고객 신뢰, 생태계 등 여러 면에서 한발 앞서나가고 있는 것이 사실입니다.

삼성전자는 TSMC 출신 핵심 임원 영입, GAA 기술 안정화 총력, 첨단 패키징 기술 투자 확대 등 다각적인 노력을 통해 이 격차를 좁히려 하고 있습니다. 특히 다가오는 2나노 공정에서의 성공 여부가 삼성 파운드리의 미래를 가늠하는 중요한 시험대가 될 것입니다. 과연 삼성전자가 이 험난한 기술 경쟁에서 의미 있는 '반격'을 보여줄 수 있을지, 전 세계 IT 업계의 시선이 집중되고 있습니다.

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