[미‧중 기술패권 주 전장인 반도체분야, 한국, 대만 및 일본의 전략은? (6)] 삼성전자, 대만 TSMC와 초미세화 공정에서 진검 승부(上)

최봉 산업경제 전문기자 입력 : 2022.01.04 00:30 ㅣ 수정 : 2022.01.04 00:30

현재 차량용 반도체는 전체 반도체 시장의 1/10에 불과 / 자율주행‧전기차에는 초미세 공정 반도체가 중심 / TSMC는 기존 Fin-FET의 초미세화 공정을 기반으로 글로벌 시장 장악

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미국 바이든 대통령은 지난 2월 미‧중 기술패권의 첫 전장이 반도체임을 선언하였다. 이어 미국 상무부는 9.23 세계 주요 반도체기업들에게 민감한 기업 정보를 제출할 것을 요구하였다. 미·일 반도체 협정 이후 메모리 반도체 패권을 차지한 삼성전자 및 SK하이닉스의 대한민국, 파운드리 분야에서 준독점적 지위에 있는 TSMC의 대만, 그리고 자국 내 반도체 관련 투자 유치를 통해 권토중래하려는 일본 및 반도체 굴기를 포기하지 않는 중국 등 동북아 반도체전쟁 상황을 점검해 본다.  <편집자 주>

 

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세계최대 차량용 반도체 공급업체 NXP [출처=NXP]

 

[뉴스투데이=최봉 산업경제 전문기자] 시장 및 소비자 데이터 전문기업 스태티스타는 2020년 약 342억 달러인 글로벌 차량용 반도체 시장이 연평균 약 9.3%씩 증가하여 2028년 698억 달러에 달할 것으로 전망하고 있으며 2040년 차량용 반도체 시장 규모가 1,750억 달러에 이를 것으로 예측하고 있다.

 

그리고 이 가운데 중국, 일본 및 우리나라가 속한 아시아/태평양의 비중이 절반을 넘고 있는데 이러한 추세는 향후 7년 동안 변함이 없을 것으로 전망하고 있다.

 

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[자료=STATISTA]

 


• 차량용 반도체, 향후 자율주행‧전기차 시대에서 주역으로 부상

 

물론 현재 연간 약 4,400억 달러에 달하는 글로벌 반도체 시장 가운데 44%는 메모리 반도체가 차지하고 있고 차량용 반도체는 약 1/10 이하에 불과하다.

 

그러나 현재 자동차 1대 제조에는 약 400 ~ 700개의 반도체가 들어가는 데 비해 2024년에는 약 600 ~ 1,000개의 반도체가 필요할 것으로 전망된다.

 

또한 KPMG는 2019년 기준으로 차량용 반도체 가운데 고사양 제품 비중은 43% 정도였지만 향후 2040년에는 80%까지 증가할 것으로 전망하고 있다.

 

현재 내연기관 중심의 자동차에 들어가는 차량용 반도체인 ECU 등은 20나노급 이상의 제품이 주류로 대부분 첨단 초미세 공정이 적용되지는 않는다.

 

그러나 미래 자율주행‧전기차에 들어갈 차량용 반도체는 첨단 운전보조시스템용 및 인포테인먼트용 등을 중심으로 5나노 등 초미세 공정 제품이 중심이 될 것이다.

 

따라서 메모리 반도체 분야뿐만 아니라 파운드리 시장에서도 4나노 이하를 지향한 초미세화 기술/공정의 보유 여부는 미래 반도체 시장 패권을 가를 핵심 요소라고 할 수 있다. 

 


• TSMC, 4나노 이하 초미세 공정도 기존 기술로 1위 굳히기

 

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NXP는 TSMC의 16nm Fin-FET 기술로 자동차용 프로세서를 양산하고 있다. NXP와 TSMC는 오랜 파트너 관계를 유지하고 있다. [출처=NXP]

 

현재 반도체 관련 초미세 공정의 중심 기술은 Fin-FET(Fin: 상어지느러미, Field Effect Transistor)이다.

 

입체적으로 돌출된 채널 형태가 상어 지느러미처럼 생겨서 Fin-FET으로 불리며 채널과 게이트가 3면에서 만나게 되어 회로선폭이 감소해도 접촉 면적이 세 배가 되므로 게이트의 통제력이 유지되어 누설전류가 최소화(누설전류가 흐르면 오작동이 발생)된다.

 

이 기술을 바탕으로 TSMC는 2000년대 후반부터 10나노급까지 삼성전자에 비해 글로벌 시장 점유율이 세 배 이상 높은 우위를 차지하면서 시장을 장악하고 있다.

 

TSMC는 미세공정 경쟁력 제고를 위해 일단 7나노급까지는 기존의 Fin-FET로 진행하되 이후 4나노 이하는 GAA-FET(Gate All Around FET)로 전환한다는 전략을 선택했다.

 

GAA-FET은 3면에서 게이트가 채널과 접촉하는 Fin-FET과는 달리 접촉면이 4개로 증가한 것으로서 선로의 미세화에 따른 한계를 극복할 수 있는 기술이다. 이 기술은 아직 상용화는 안 되고 있지만 누설전류 문제 해결에서 탁월한 것으로 알려져 있다.

 

TSMC는 기존 Fin-FET을 통해 3나노 1세대는 2023년 1분기 중으로, 3나노 2세대는 2024년에 출시하고 GAA-FET는 2025년부터 적용하여 2나노급 반도체를 생산한다는 계획이다.

 

파운드리 분야에서 TSMC에 뒤진 삼성전자는 이와는 달리 GAA-FET에 승부를 걸었다.

 

다음 마지막 편에서 삼성전자의 전략을 살펴본 후 우리나라 반도체 전략의 향방을 제시해 본다.

 

 

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