[이슈분석]2나노 시대 임박…TSMC 쫓는 삼성, 美·日 추격 부담까지

[이데일리 이다원 기자] 글로벌 반도체 업계에서 최첨단 파운드리(반도체 위탁생산) 공정 경쟁이 치열해지고 있다. 대만·한국에 이어 미국, 더 나아가 일본까지 2나노(㎚·10억분의 1m) 양산 시대에 참전하면서다. 나노 숫자가 줄어든다는 건 반도체 선폭이 좁아진다는 의미로, 처리 속도가 빨라지고 소비전력 등은 줄어 칩 성능이 고도화한다는 의미다.

일본 라피더스·미국 인텔 참전…2025년 기술 분기점?

일본 라피더스(Rapidus) CI. (사진=라피더스)

30일 업계에 따르면 일본의 신생 반도체 기업 라피더스는 2025년까지 2나노 시제품 라인을 구축하고 2027년부터 반도체 칩을 생산하겠다는 계획을 최근 내놨다. 라피더스는 토요타, 소니, 키옥시아 등 8개 일본 기업이 공동 출자해 지난해 말 설립한 기업이다. 첨단 반도체 기술을 내재화해 대만·한국 등으로 넘어간 반도체 주권을 확보하기 위해 출범했다. 높은 해외 파운드리 기업 의존도를 낮추고 자체적인 공급망을 구축하겠단 것이다.

이들은 10년간 5조엔(약 47조3000억원)의 자금을 투입할 예정이다. 일본 정부도 지난해 말 700억엔(약 6615억원)을 지원하며 반도체 산업 육성 의지를 드러낸 바 있다.

미국 인텔도 파운드리 사업 확장에 속도를 내고 있다. 2021년 파운드리 사업 재진출을 발표한 인텔은 올해 하반기 3나노, 2024년 2나노, 2025년 1.8나노 제품을 생산하는 계획을 밝힌 바 있다. 대대적 투자를 통해 파운드리 생산 거점도 짓고 있다. 미국 애리조나에 200억달러(약 24조5500억원)를 투자해 건설 중인 파운드리 팹이 대표적이다.

▲3나노 파운드리 양산에 참여한 파운드리사업부, 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 주역들이 손가락으로 3을 가리키며 기념 촬영을 하고 있다. (사진=삼성전자)

현재 파운드리 시장에서 가장 앞선 기술은 3나노다. 반도체 칩 선폭을 머리카락 굵기의 10만분의 3 수준으로 좁혔다. 3나노 칩을 양산 중인 기업은 삼성전자와 대만 TSMC 두 곳뿐이다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 글로벌 파운드리 시장 점유율은 작년 3분기 기준 TSMC가 56.1%로 1위를 차지하고 있으며, 삼성전자(15.5%) 추격하고 있다.

삼성전자는 지난해 6월 세계 최초로 3나노 칩을 양산하며 첨단 기술력을 앞세워 시장을 공략하고 있다. 이어 2025년 2나노, 2027년 1.4나노 공정을 도입하겠다는 로드맵도 내놨다. 설비투자 역시 꾸준히 이어지고 있다. 미국 텍사스에 짓고 있는 파운드리 공장은 올해 말 완공을 앞뒀다.

TSMC 역시 지난해 말 3나노 양산에 돌입한 데 이어 2025년 2나노 생산을 목표로 대만 북부에 신공장을 짓고 있다. 이와 함께 2026년 1나노 공장을 착공하고 2028년께 양산에 돌입하겠단 목표도 세웠다.

현실적으론 어렵겠지만…기술 경쟁 뜨겁다

컴퓨터 회로 기판 위에 놓인 반도체칩. (사진=로이터)

반도체 업계는 일본과 미국의 첨단 파운드리 공정 진출이 쉽지 않을 것으로 보고 있다. 네덜란드 기업인 ASML의 극자외선(EUV) 노광장비 등 현재 장비 수준 등을 고려하면 현실적으로 신생 기업이 빠른 시일 내에 첨단 공정 반도체를 양산하기는 어렵다는 것이다.

김양팽 산업연구원 연구위원은 “기본적으로 장비가 중요한 반도체 산업 특성상 정밀한 차세대 기계가 출시된다면 모르겠지만 지금으로서는 기존 기업이 가진 제조 노하우를 따라야 하는 상황”이라며 “현실적으로 2025년 이후 2나노 양산이 얼마나 가능할지는 판단하기 어렵다”고 설명했다. EUV 장비를 활용해 10나노 이하 첨단 제품을 양산할 수는 있겠지만 3나노 이하 초미세공정은 결국 기업의 노하우에 달렸다는 의미다.

현재 파운드리 시장 대부분을 점유한 TSMC나 삼성의 경우 기존 제조 능력이 우위에 있다. 반도체 업계의 한 관계자는 “첨단 반도체를 오래 양산해 온 파운드리 기업들도 3나노 (양산은) 쉽지 않은 것이 사실”이라며 “시간 내에 2나노 생산라인을 깔 수는 있겠지만 실제 양산에 돌입하는 것은 다른 문제”라고 언급했다. 그러면서 “일본의 경우 반도체를 실제 생산해 본 곳은 키옥시아(구 도시바반도체)뿐”이라며 “이미 첨단 반도체 산업에서는 뒤처진 상황”이라고 덧붙이기도 했다.

대만 TSMC. (사진= AFP)

하지만 압도적 1위인 TSMC에 국가 지원을 바탕으로 한 미국과 일본 기업까지 참전하면서 세계 파운드리 경쟁은 더욱 치열해질 것으로 보인다. 김양팽 연구위원은 “방향성 자체는 파운드리를 비롯한 반도체 산업이 초미세공정과 저전력반도체로 향하고 있다”며 “첨단 반도체 개발에 대한 노력을 많은 기업이 하는 만큼 이 같은 경쟁이 치열해질 것”이라고 내다봤다.

메모리 반도체보다 상대적으로 경쟁력이 낮은 국내 파운드리 산업 육성을 위한 대책이 필요하다는 제언도 나온다. 산업연구원은 2027년께 세계 파운드리 시장이 ‘대만·한국·미국·일본’ 등 4강 체제로 전환할 가능성이 있다며 시스템 반도체 분야에서의 중장기적 육성 전략을 통한 선제 대응이 필요하다고 강조한 바 있다.