삼성전자, Arm 손잡고 3나노 GAA 최적화…파운드리 경쟁 격화(종합)

GAA 공정에 Arm SoC IP 최적화
제품 개발 시간·비용 절감 기대

생성형 AI 수요 기대하는 삼성전자
파운드리 업계 최선단 경쟁 '후끈'

삼성전자가 3㎚(1㎚=10억분의 1m) 이하 선단 파운드리(반도체 위탁생산) 경쟁력 핵심인 게이트올어라운드(GAA) 공정 도입을 확대하기 위해 글로벌 반도체 설계자산(IP) 기업 Arm과 손잡았다. 대만 TSMC를 따라잡을 가장 강력한 무기인 GAA 생태계 확장을 위해 Arm 차세대 IP를 GAA 공정에 최적화하기로 했다. 앞으로 최선단 파운드리 경쟁이 한층 치열해질 전망이다.

삼성전자 평택 캠퍼스 전경 / [사진제공=삼성전자]

생성형 AI 시대 맞춰 GAA 기반 Arm IP 지원

삼성전자 파운드리사업부는 Arm의 차세대 시스템온칩(SoC) IP를 최첨단 GAA 공정에 최적화한다고 21일 밝혔다. Arm은 팹리스(반도체 설계 전문) 업체들이 반도체 칩을 설계할 때 필요한 일종의 기초 설계도인 IP를 제공한다. SoC 종류이며 스마트폰 두뇌라 일컫는 모바일 애플리케이션프로세서(AP) 제품들 대다수가 Arm IP 기반일 정도로 시장에서 영향력이 큰 곳이다.

삼성전자와 Arm은 앞으로 팹리스 업체가 생성형 인공지능(AI) 시대에 걸맞은 SoC 제품 개발 과정에서 GAA 공정 기반으로 설계된 Arm의 차세대 코어텍스-X 중앙처리장치(CPU) IP를 활용할 수 있도록 지원한다. 팹리스 기업의 최첨단 GAA 공정 접근성을 높이면서 차세대 제품 개발에 드는 시간과 비용을 최소화할 수 있도록 도울 계획이다. 이 과정에서 우수한 PPA(소비전력·성능·면적)를 구현할 수 있도록 협력 초기부터 설계와 제조 최적화를 동시에 처리하는 방식을 택하기로 했다.

삼성전자는 Arm과의 이번 협력이 GAA 기반의 선단 공정 경쟁력을 강화, 궁극적으로 대만 TSMC와의 파운드리 격차를 줄이는 데 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 삼성전자는 2022년 6월 3㎚ 양산을 시작하면서 파운드리 업계 처음으로 차세대 트랜지스터 구조인 GAA를 도입했다. TSMC가 양산하는 3㎚는 기존 핀펫(FinFET) 트랜지스터 구조다. TSMC는 2025년 2㎚ 양산 시점부터 GAA를 도입하겠다고 예고한 상태다.

전체 파운드리 시장에서 선단 공정 비중이 빠르게 늘어나는 만큼 기술 경쟁력을 높일수록 먹거리도 늘어날 전망이다. 시장조사업체 옴디아는 3㎚ 이하 선단 공정 매출 규모가 지난해 73억9000만달러에서 2026년 330억7000만달러로 늘어날 것으로 예상했다. 해당 기간에 연평균 증가율은 64.8%에 이를 전망이다. 전체 파운드리 시장 매출 증가율 전망치가 13.8%인 것과 비교해보면 성장세가 두드러지는 것이다.

삼성전자가 3㎚ 이하 파운드리 경쟁력을 강화하면서 최첨단 공정 경쟁은 치열해질 전망이다. 2021년 파운드리 사업 재진출을 선언한 인텔은 공정 기술 로드맵을 포함한 사업 전략 등을 소개하기 위해 21일(현지시간) '다이렉트 커넥트'를 개최한다. 반도체 업계는 인텔이 이날 어떤 세부 계획을 공유할지 주목하고 있다. 앞서 인텔은 지난해 9월 자사 행사에서 18A(1.8㎚급) 공정 반도체 웨이퍼 시제품을 깜짝 공개한 바 있다.

삼성전자 GAA 생태계 확대…선단 공정 경쟁력 키운다

삼성전자는 Arm과 10년 이상 협력 관계를 맺으며 파운드리 사업 경쟁력을 높여왔다. 2018년 7월에는 Arm과 7㎚, 5㎚ 공정에서 기술 협력을 확대하며 선단 공정 경쟁력을 강화했다. 팹리스 고객 수주 확대를 위해선 IP 지원이 필수인 만큼 Arm뿐 아니라 케이던스 등 글로벌 IP 업체와의 협력을 늘리는 데 주력하는 모습이다.

삼성전자는 앞으로 다양한 영역에서 Arm과의 협력을 늘릴 예정이다. 차세대 데이터센터 및 인프라 맞춤형 반도체를 위한 2㎚ GAA뿐 아니라 미래 생성형 AI 모바일 컴퓨팅 시장을 겨냥한 AI 칩렛 솔루션을 순차적으로 선보일 계획이다. 계종욱 삼성전자 파운드리사업부 Design Platform 개발실 부사장은 "Arm과의 협력 확대를 통해 양 사 고객에게 생성형 AI 시대에 걸맞은 혁신을 지원하겠다"고 예고했다.

크리스 버기 Arm 클라이언트 사업부 수석 부사장 겸 총괄 매니저 역시 "삼성 파운드리 GAA 공정으로 프로세서 최적화를 구현해 모바일 컴퓨팅 미래를 재정립하겠다"며 "AI 시대에 요구되는 성능과 효율을 제공하기 위해 혁신을 거듭할 것"이라고 말했다.

시장조사업체 트렌드포스에 따르면 지난해 3분기 기준 세계 파운드리 시장에서 TSMC는 57.9%, 삼성전자는 12.4% 점유율을 기록하며 각각 1, 2위를 차지했다. 삼성전자는 현재 GAA 기반으로 3㎚ 1세대(SF3E) 공정 양산을 진행 중이며 3㎚ 2세대 공정(SF3)을 개발하고 있다. 2025년엔 2㎚, 2027년엔 1.4㎚ 공정을 도입할 계획이다. 향후 2027년까지 파운드리 사업에서 모바일 외 제품군 매출 비중을 50% 이상 늘리겠다는 목표도 내놨다.

김평화 기자 peace@asiae.co.kr