서울 코엑스서 ‘삼성 파운드리 포럼’·‘SAFE 포럼’ 개최
파운드리·메모리·패키징 아우르는 통합 AI 서비스 제공
국내 DSP와 협력해 AI 솔루션 턴키 서비스 수주 성과
“스페셜티 지원…고객 맞춤형 원스톱 AI 솔루션 제공”

최시영 삼성전자 파운드리사업부장 사장이 9일 서울 강남구 코엑스에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024’에서 발언하고 있다. <사진=삼성전자>

글로벌 파운드리(반도체 위탁 생산) 시장 1위 대만 TSMC를 5년 안에 따라잡겠다고 선언한 삼성전자가 국내 핵심 파트너사들과 손잡고 차세대 파운드리 주도권 확보에 박차를 가하고 있다. AI(인공지능) 시대에 고객사가 필요로 하는 ‘원스톱(One-Stop) AI 솔루션’을 제공한다는 게 삼성의 구상이다. 특히 종합 반도체 기업의 강점을 살려 파운드리, 메모리, 패키징을 아우르는 통합 서비스를 제공해 오직 파운드리 사업만 영위하는 TSMC와 차별화한다는 포부다.

삼성전자는 9일 서울 강남구 코엑스에서 ‘삼성 파운드리 포럼 2024’와 ‘SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 포럼 2024’를 개최했다.

시대적 흐름인 AI를 주제로 열린 이번 포럼에서는 삼성 파운드리만의 공정 기술·제조 경쟁·에코 시스템·시스템 반도체 설계 솔루션 등이 대거 소개됐다.

삼성의 신 파운드리 전략의 핵심은 원스톱 AI 솔루션이다. 파운드리와 메모리, 패키지 역량을 모두 보유한 종합 반도체 기업으로서 고객 요구에 맞춘 통합 AI 솔루션 턴키(일괄 생산) 서비스를 제공한다는 것이다.

삼성은 이들 사업 간 협력을 본격화해 고성능·저전력·고대역폭 강점을 갖춘 통합 AI 솔루션을 선보이고, 제품의 시장 출시를 가속화한다는 목표다. 이를 활용할 경우, 기존 공정 대비 칩 개발부터 생산까지 소요되는 총 시간을 약 20% 단축할 수 있을 것으로 기대된다.

여기서 그치지 않고 오는 2027년께 AI 솔루션에 적은 전력 소비로도 고속의 데이터 처리가 가능한 광학소자 기술까지 통합키로 했다. 비로소 AI 시대에 고객사가 필요로 하는 원스톱 AI 솔루션이 완성되는 것이다.

이같은 구상을 실현하기 위해 낙점된 핵심 기술이 바로 ‘GAA(게이트올어라운드)’다. GAA 기술은 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고, 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 반도체 기술이다.

삼성전자 반도체공장 화성캠퍼스 생산라인에서 생산된 GAA 기반 3나노 웨이퍼. <사진=삼성전자>

이미 삼성전자는 GAA 기술을 기반으로 선단 공정에서의 경쟁력을 상당 부분 확보한 상태다. 삼성전자는 2022년 6월 세계 최초로 GAA 기술을 적용한 3나노 반도체를 양산하면서 존재감을 과시했다. 이는 같은해 12월 3나노 생산에 돌입한 TSMC보다 반년 가량 앞선 것이다.

GAA 양산으로 경쟁력을 갖춘 삼성 파운드리는 올 하반기 3나노 2세대 공정 양산에 돌입한다는 계획이다. 또한 내년부터는 더욱 미세한 2nm(1nm는 10억분의 1m) 공정 양산에도 나선다.

GAA 기반 첨단 공정에서 우수한 경쟁력을 갖춘 만큼 삼성이 초미세 공정 분야에서 주도권을 쥐게 될 것이란 관측도 있다. 김동원 KB증권 연구원은 “2nm 공정부터 GAA 기술 적용에 따른 변곡점이 발생할 것이다”며 “3nm GAA를 이미 적용해 기술 완성도를 높인 삼성전자가 GAA 공정 안정성 측면에서 상대적 우위에 있기 때문이다”고 설명했다.

삼성은 AI 반도체에 적합한 저전력·고성능 반도체를 구현하기 위해 GAA 공정 기술과 2.5차원 패키지 기술 경쟁력을 바탕으로 선단 공정 서비스를 강화한다는 전략이다.

이날 삼성전자는 최첨단 공정 기반 통합 AI 솔루션 턴키 서비스의 실제 수주 성과도 뽐냈다.

최근 삼성은 국내 파트너사인 가온칩스와 협력해 일본 프리퍼드네트웍스(PFN)의 2나노(SF2) 기반 AI 가속기를 수주했다. PFN은 딥러닝 분야에 특화해 칩부터 슈퍼 컴퓨터, 생성형 AI 기반 모델까지 AI 밸류체인(가치사슬)을 수직적으로 통합해 첨단 소프트웨어 및 하드웨어 기술을 개발하는 AI 기업이다.

가온칩스는 국내 대표적인 디자인 솔루션(DSP) 업체다. DSP는 팹리스(반도체 설계) 업체가 설계한 반도체를 파운드리가 제조할 수 있도록 회로 분석, 설계 오류 수정 등 최적화한 디자인 서비스를 제공한다.

삼성은 향후 2.5차원(I-Cube S) 첨단 패키지를 통해 PFN의 AI 반도체를 양산할 계획이다. 이번 솔루션에 제공하는 I-Cube S는 이종 집적화 패키지의 한 종류로, 복수의 칩을 1개의 패키지 안에 배치해 전송 속도를 높이고 패키지 면적을 줄이는 첨단 기술이다.

9일 서울 강남구 코엑스에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024’. <사진=삼성전자>

수주 성과를 앞으로 더 많이 달성해 나가겠다는 뜻도 내비쳤다. 삼성전자는 국내의 우수한 팹리스 업체들이 HPC(고성능 컴퓨팅)·AI 분야에서 영향력을 빠르게 확대해 나갈 수 있도록 DSP 파트너사들과 함께 적극적으로 지원한다는 방침이다.

이미 삼성은 국내 고객사들이 최신 공정 기술을 활용할 수 있도록 기술 지원을 제공하고 있다.

삼성전자는 시제품 생산을 위한 MPW(Multi Project Wafer) 서비스를 운영 중이다. MPW 서비스를 활용하는 고객사는 단일 웨이퍼에 여러 종류의 설계를 배치해 테스트하는 등 제조 비용을 절감하고, 더욱 완성도 높은 반도체를 개발할 수 있다.

올해 MPW 서비스 횟수는 4나노 공정부터 고성능 전력 반도체를 생산하는 BCD 130나노 공정까지 총 32회로, 지난해 대비 약 10% 증가했다. 삼성은 내년에 MPW 서비스 횟수를 총 35회까지 확대할 계획이다.

특히 국내 팹리스 업체와 DSP의 수요가 많은 4나노의 경우, 내년 MPW 서비스를 올해보다 1회 더 추가 운영해 HPC·AI 분야의 국내 첨단 반도체 생태계 확대를 적극 지원한다.

삼성전자는 통합 AI 솔루션을 앞세워 파운드리 경쟁력을 강화하는 방향으로 전략을 대폭 선회한 것으로 보인다. TSMC가 갖지 못한 삼성 반도체만의 역량을 토대로 맞춤형 AI 칩을 생산·공급한다는 것이다.

글로벌 파운드리 시장에서 삼성전자의 입지는 갈수록 좁아지고 있다. TSMC를 따라잡겠다고 호언장담한 것이 무색하게도 파운드리 점유율 격차는 점점 더 벌어지고 있다.

시장조사업체 트렌드포스에 따르면 지난해 4분기 삼성전자의 전 세계 파운드리 시장 점유율은 11.3%로 집계됐다. 이는 직전 분기인 3분기 12.4%보다 1.1%p 더 감소한 수치다. 반면 삼성의 경쟁자인 TSMC의 지난해 4분기 시장 점유율은 61.2%로, 3분기 57.9% 대비 3.3%p나 확대됐다.

격차를 줄이기 쉽지 않은 상황에서, TSMC가 갖추지 못한 장점을 강화하는 차별화 전략으로 전환한 것으로 풀이된다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장 사장이 9일 서울 강남구 코엑스에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024’에서 발언하고 있다. <사진=삼성전자>

특히 삼성전자는 국내 핵심 파트너사들과 협력을 더욱 공고히 해 향후 세계 시장에서의 경쟁력을 키워 나간다는 구상이다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장 사장은 “삼성전자는 국내 팹리스 업체들과 협력을 위해 선단 공정 외에도 다양한 스페셜티 공정 기술을 지원하고 있다”며 “AI 전력 효율을 높이는 BCD 공정, 디바이스의 정확도를 높이는 고감도 센서 기술 등 스페셜티 솔루션을 융합해 고객사에게 가장 필요한 원스톱 AI 솔루션을 제공하겠다”고 강조했다.

한편 이날 삼성 파운드리는 공정 로드맵과 서비스 현황에 대해서도 발표했다.

삼성전자는 지난달 미국 실리콘밸리에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024’에서 개최된 최첨단 패키지 협의체(Multi-Die Integration Alliance) 첫 워크숍 결과를 파트너사들과 공유했다.

이 자리에서 삼성은 첨단 공정 기술과 설계 인프라, 패키지 기술을 활용한 차세대 고성능·고대역폭 반도체의 높은 구현 가능성을 강조했다.

또 SAFE 포럼에서는 2.5D와 3D 칩렛(Chiplet·하나의 칩에 여러 개의 칩을 집적하는 기술) 설계 기술, 설계 자산(IP) 포트폴리오,설계를 검증하고 최적화하는 방법론 등 AI 반도체 설계 인프라를 집중 소개했다.

파트너사와의 협력 강화 방안도 공유했다. 삼성은 텔레칩스, 어보브, 리벨리온 등 핵심 파트너 3개사와의 성공적인 협력 성과와 비전, 팹리스 업계 트렌드 등을 공개했다.

차량용 반도체 기업 텔레칩스의 이장규 대표는 “350나노부터 5나노 공정에 이르기까지 삼성 파운드리와 함께 만들어 온 칩이 43개에 이른다”며 “삼성은 IVI(차량용 인포테인먼트) 시장에서 텔레칩스의 성장을 지원해준 오랜 파트너다”고 강조했다.

9일 서울 강남구 코엑스에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2024’. <사진=삼성전자>

MCU(마이크로컨트롤러) 기업 어보브 반도체의 박호진 부사장은 “NVM(비휘발성메모리)는 MCU의 핵심 부품 중 하나로, NVM을 지원하는 삼성의 65나노 공정으로 제품을 생산한다”고 소개했다.

그는 올해 삼성 파운드리와 28나노까지 협력을 확대해 MCU 시장 경쟁력을 더욱 강화한다는 계획을 내놨다.

AI 팹리스 스타트업 리벨리온의 오진욱 CTO(최고기술책임자)는 “삼성 파운드리 5나노에 이어 4나노 공정으로 차세대 AI 가속기 ‘리벨’을 개발 중이다”며 “국내 시스템 반도체가 세계적인 경쟁력을 갖췄다는 것을 보여주겠다”고 강조했다.

[CEO스코어데일리 / 오창영 기자 / dongl@ceoscore.co.kr]