'파운드리 포럼'서 로드맵 발표..."파운드리·메모리·AVP 턴키 서비스 강화"
신기술 공정 도입...2나노 SF2Z 2027년, 4나노 SF4U 내년 양산
1.4나노 양산 시점은 2027년 재확인..."목표 성능과 수율 확보"

삼성전자가 2027년 첨단 파운드리 기술을 도입, 인공지능(AI) 칩 개발에서부터 위탁생산, 조립에 이르기까지 AI 칩 생산을 위한 원스톱 서비스를 강화한다고 밝혔다.

종합 반도체 기업(IDM)으로서의 장점을 극대화해 AI 열풍에 따른 AI 칩 수요에 적극 대응하고, 세계 최대 파운드리 업체 TSMC를 추격한다는 계획이다.

◇ '종합 반도체 기업' 강점 부각...'통합 AI 설루션'으로 승부

삼성전자는 12일(수) 미국 실리콘밸리에서 '삼성 파운드리 포럼 2024'를 열고 AI 시대를 주도할 반도체 부문의 기술 전략을 공개했다.

파운드리(반도체 위탁생산), 메모리, 어드밴스드 패키지 사업(AVP·첨단 조립)을 모두 갖춘 만큼 AI 시대에 고객 요구에 맞춘 '커스텀 설루션' 제공에 유리하다고 회사 측은 강조했다.

이런 강점을 살려 파운드리, 메모리, 어드밴스드 패키지를 '원팀'으로 제공하는 AI 칩 생산을 위한 원스톱 턴키(일괄) 서비스를 2027년 더욱 강화할 계획이다.

삼성전자는 현재 파운드리의 시스템 반도체와 고대역폭 메모리(HBM), 이를 패키징하는 '통합 AI 설루션'을 통해 고성능 저전력 AI 칩 제품 출시를 해오고 있다.

이를 통해 기존 공정 대비 칩 개발에서부터 생산에 걸리는 시간을 약 20% 단축하고 있다고 삼성전자는 설명했다.

3개 반도체 사업 분야 간 협력을 통해 고성능·저전력·고대역폭 등 강점을 갖춘 통합 AI 설루션을 선보여 고객의 공급망 단순화에 기여하겠다는 계획이다.
또 2027년에는 새로운 파운드리 기술을 도입해 이를 더욱 강화한다는 방침이다

우선 2027년까지 2나노(㎚·1㎚는 10억분의 1m) 공정에 '후면전력공급'(BSPDN) 기술을 적용한 2나노 공정 'SF2Z'를 도입하기로 했다.

삼성전자는 이미 내년부터 2나노 공정을 시작한다고 밝힌 바 있는데, 여기에 후면전력공급 기술을 탑재한다는 것이다.

후면전력공급은 전력선을 웨이퍼 후면에 배치해 전력과 신호 라인의 병목 현상을 개선하는 고난도 기술로, 아직 상용화 사례가 없다.

그동안 반도체 전력선은 웨이퍼 앞면에 회로를 그렸지만, 후면에도 이를 그리게 되면 초미세화 공정을 구현할 수 있다는 점에서 후면전력공급 기술은 '게임 체인저'로 평가받아왔다.

세계 최대 파운드리 업체인 대만 TSMC는 2026년 말 2나노 이하 1.6나노 공정에 후면전력공급 기술을 도입하겠다고 밝힌 바 있다.

삼성전자는 후면전력공급 기술을 통해 기존 2나노 공정 대비 소비전력·성능·면적(PPA) 개선 효과와 함께 전류 흐름을 불안정하게 만드는 전압 강하 현상을 대폭 줄여 고성능 컴퓨팅 설계 성능이 향상될 것으로 기대하고 있다.

삼성전자는 또 2027년에는 AI 설루션에 적은 전력 소비로도 고속 데이터 처리가 가능한 빛을 이용한 광학 소자 기술까지 통합할 계획이다.

2025년에는 기존 4나노 공정에 칩을 더 작게 만들면서 '광학적 축소'를 통해 PPA 경쟁력을 높이는 'SF4U' 공정을 도입해 양산할 예정이다.

◇ 올해 하반기부터 GAA 적용 '2세대 3나노' 공정 양산

삼성전자는 기존 목표대로 2027년에 1.4나노 공정 양산을 계획하고 있다.

업계에서는 TSMC가 '2026년 1.6나노 공정 양산' 계획을 발표하면서 삼성전자도 1.4나노 양산 시점을 앞당길 수 있을 것이라는 전망이 나왔다.

삼성전자는 그러나 이날 '2027년 1.4나노 공정 양산' 계획을 재확인하며 "목표한 성능과 수율을 확보하고 있다"고 밝혔다.

3나노 공정에는 지난 2022년부터 세계 최초로 차세대 트랜지스터인 GAA(Gate-All-Around) 기술을 적용해 양산 중이다. 올해 하반기에는 2세대 3나노 공정 양산을 시작할 계획이다.

GAA 공정 양산 규모는 2022년 대비 꾸준히 증가하고 있으며, 선단 공정 수요 성장으로 앞으로 계속 큰 폭으로 확대될 것으로 삼성전자는 전망했다.

삼성전자는 파운드리 사업부의 사업 경쟁력 강화를 위해 고객과 응용처별 포트폴리오도 다변화하고 있다.

급격히 성장하는 AI 분야에서 고객 협력을 강화해 올해 AI 제품 수주 규모는 작년보다 80% 이상 성장했다.

8인치 파운드리와 성숙 공정에서도 PPA와 가격 경쟁력을 개선한 공정 포트폴리오를 제공해 다양한 고객 수요에 대응하고 있다.

삼성전자 파운드리 사업부 최시영 사장은 이날 기조연설에서 "AI 시대에 가장 중요한 것은 AI 구현을 가능케 하는 고성능·저전력 반도체"라며 "AI 반도체에 최적화된 GAA 공정 기술과 광학 소자 기술 등을 통해 AI 시대 고객들이 필요로 하는 원스톱 AI 설루션을 제공할 것"이라고 말했다.

이날 행사에는 영국 반도체 설계 기업인 암(Arm) 르네 하스 최고경영자(CEO)와 캐나다 AI 반도체 기업 그로크의 조나단 로스 CEO 등이 각각 협력사와 고객사 자격으로 무대에 올라 'AI 시대에 가속화되는 컴퓨트 플랫폼'과 '생성형 AI를 위한 그로크의 전환'을 주제로 연설했다.

삼성전자는 파운드리 포럼에 이어 13일(현지시간) 실리콘밸리에서 파트너사들과 AI 시대 고객 맞춤형 기술과 설루션을 공유하는 'SAFE 2024' 포럼을 연다.

행사에는 마이크 엘로우 지멘스 CEO, 빌 은 AMD 기업담당 부사장, 데이비드 라조브스키 셀레스티얼 AI CEO 등이 참석해 AI 시대에 필요한 칩과 시스템 설계 기술의 발전 방향을 논의한다.

이번 포럼에서는 지난해 출범한 첨단 패키지 협의체 'MDI 얼라이언스'의 첫 워크숍도 열린다.

삼성전자와 MDI 파트너사들은 구체적 협력 방안을 심도 있게 논의하고 2.5D 및 3D 반도체 설계에 대한 종합적 설루션을 구체화할 예정이다.

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