2나노, GAA로 한 단계 도약
TSMC가 차세대 2나노미터(N2) 공정 양산을 시작했다. 이번 공정은 기존 핀펫(FinFET) 트랜지스터에서 벗어나 게이트 올어라운드(GAA) 나노시트 트랜지스터를 최초로 적용한 것이 특징이다. GAA 기술은 트랜지스터 크기를 줄이면서도 누설 전류를 억제하고 전기적 제어 능력을 높여 성능과 전력 효율을 동시에 개선한다. TSMC에 따르면 N2 공정은 전작인 3나노(N3E) 대비 연산 속도를 1015% 높이고 전력 소모를 2530% 절감하며 트랜지스터 밀도도 15% 증가했다. 또한 재배선층(RDL)과 초고성능 금속 절연체 금속(SHPMIM) 커패시터 기술을 도입해 표면저항과 접촉저항을 각각 50% 줄여 안정적인 전원 공급과 연산 능력을 확보했다.
TSMC는 대만 가오슝 난쯔 과학단지 22팹과 신주과학단지 바오산 20팹에서 2나노 양산을 진행 중이다. 현재 월간 생산량은 5만 개 수준이지만, 내년 말까지 10만 개, 2027년까지 20만 개로 확대할 계획이다. 이는 AI 반도체를 비롯한 고성능 반도체 수요 증가에 대응하기 위한 조치다.
삼성의 반격, 고객사 이탈 가능성?
TSMC의 2나노 물량은 애플과 엔비디아 등 주요 고객사에 조기 할당됐다. 생산 능력이 포화 상태에 이르면서 TSMC는 가격을 인상했고, 이는 일부 고객의 불만으로 이어졌다. 여기에 대만 정부의 기술 유출 제한 규제로 TSMC가 미국 내 최신 공정 도입에 제약을 받게 되면서 삼성전자가 빅테크 기업들을 유치할 기회가 열리고 있다.
삼성전자는 2나노 공정(SF2) 양산에 속도를 내고 있지만, 기술적 격차는 여전하다는 평가다. SF2 공정은 3나노 3세대 공정을 리브랜딩한 측면이 있어 성능 개선 폭이 TSMC에 비해 낮다는 지적을 받고 있다. 하지만 삼성은 메모리, 파운드리, 패키징을 통합한 턴키 솔루션과 가격 경쟁력, 적시 납기 등으로 승부를 걸고 있다. 퀄컴, 메타, 구글, AMD 등이 잠재 고객으로 떠오르고 있으며, 특히 퀄컴과의 협상이 순항 중인 것으로 알려졌다. 삼성은 미국 텍사스 테일러 공장에서의 2나노 생산을 앞두고 있어 미국 내 수요 대응에도 유리하다.
업계에서는 TSMC의 가격 인상과 생산 능력 부족이 삼성에게 호재로 작용하고 있다고 분석한다. 삼성이 2나노 수율을 안정화하고 퀄컴이나 메타 등 빅테크 기업을 고객으로 확보한다면 파운드리 시장 판도가 바뀔 수 있다는 전망도 나온다.
1.4나노, 이미 시작된 다음 경쟁
TSMC는 2나노의 성공에 그치지 않고 1.4나노(A14) 공정 개발을 앞당기고 있다. 대만 중부과학단지에 490억 달러를 투자해 생산 거점을 구축 중이며, 초기 수율이 예상보다 높아 2027년 시범 생산, 2028년 양산을 목표로 하고 있다. 이는 기존 계획보다 1~2년 앞당겨진 것이다.
1.4나노는 2나노 대비 연산 속도와 전력 효율을 한 단계 더 끌어올릴 것으로 기대된다. 핵심은 ASML의 차세대 하이-NA EUV 장비 도입 여부다. TSMC는 이 장비를 확보해 극자외선 리소그래피 공정을 고도화할 계획이다. 1.4나노 공정이 성공하면 AI 반도체 수요 선점은 물론 파운드리 시장에서 TSMC의 ‘초격차’를 더욱 공고히 할 것으로 보인다.
한편 삼성전자와 인텔도 2나노 이하 공정 개발에 박차를 가하고 있어, 첨단 반도체 경쟁은 점점 더 치열해질 전망이다.