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삼성전자 GAA와 TSMC 공정 기술 경쟁력 분석: 파운드리 시장 전망

반도체 파운드리 시장에서 삼성전자의 GAA(Gate-All-Around) 기술과 TSMC의 공정 기술 간 경쟁이 심화되고 있습니다. 삼성전자는 2나노 파운드리 시대를 맞아 MBCFET(멀티 브릿지 채널 펫) 기술을 앞세워 시장 경쟁력을 강화하려 하고 있지만, TSMC의 견고한 시장 지위와 중국 업체들의 저가 공세로 큰 도전을 맞고 있습니다. 특히 2025년에는 3nm GAA 공정의 수율 문제와 HBM 시장에서의 경쟁력 약화로 영업이익이 크게 감소할 것으로 예상됩니다. 퀄컴과 같은 주요 고객사가 TSMC로 이동하는 현상도 삼성의 파운드리 사업에 큰 위협이 되고 있어 앞으로의 전략적 대응이 중요한 시점입니다.

반도체 공정 기술의 진화: 플라나에서 GAA까지

초기 플라나 구조와 핀펫의 등장

반도체 제조 공정은 지속적인 미세화와 효율성 향상을 통해 발전해왔습니다. 초기 반도체 기술에서는 2차원의 평면적인 형태인 '플라나' 구조가 20나노 공정까지 주로 사용되었습니다. 이 구조는 트랜지스터의 게이트와 채널이 평면적으로 배치되어 있었으나, 트랜지스터가 소형화됨에 따라 게이트가 채널을 충분히 제어하지 못해 누설 전류가 증가하는 문제가 발생했습니다1.

이러한 한계를 극복하기 위해 등장한 것이 '핀펫(FinFET)' 구조입니다. 핀펫은 전류가 흐를 수 있는 면적을 2차원에서 3차원으로 확장하여, 채널이 수직으로 돌출된 '핀' 형태를 가지고 게이트가 채널의 상단, 좌측, 우측 등 3면을 감싸는 방식으로 설계되었습니다. 이로 인해 누설 전류를 줄이고 전력 효율이 향상되었으며, 트랜지스터 크기를 줄이더라도 성능과 안정성을 유지할 수 있게 되었습니다1.

GAA 기술의 출현과 중요성

3나노 이하의 초미세 공정에서는 핀펫 구조도 한계에 도달했습니다. 핀의 크기를 더 작게 만들기 어려워졌고, 채널의 단면적이 한정되어 더 많은 전류를 처리하는 데 제약이 생겼습니다. 이를 극복하기 위해 개발된 것이 게이트 올 어라운드(GAA) 공정 기술입니다1.

GAA 기술은 채널을 4면에서 완전히 감싸는 구조로, 게이트가 전류 흐름을 훨씬 더 정밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있습니다. 특히 매우 얇은 판 모양의 '나노시트' 구조를 통해 채널 간 간섭을 줄이고 전력 효율을 개선했으며, 채널 높이와 두께를 조정하는 방식으로 설계 유연성을 확보할 수 있어 용도에 맞춘 최적의 트랜지스터 설계가 가능해졌습니다1.

GAA는 트랜지스터 소형화가 극단적으로 진행되는 3나노 이하 초미세 공정에서도 안정적인 동작이 가능해 더 많은 소자를 칩에 집적할 수 있도록 해줍니다. 이 때문에 GAA는 2nm 이하 공정에서도 트랜지스터 집적도와 성능을 동시에 향상시키는 데 중요한 역할을 한다는 평가를 받고 있습니다1.

삼성전자의 GAA 기술(MBCFET)과 시장 전략

MBCFET의 구조와 특징

삼성전자가 개발한 GAA 기술인 '멀티 브릿지 채널 펫(MBCFET)'은 여러 나노시트를 수직으로 쌓은 형태로, 각 나노시트는 다리(브릿지) 역할을 수행합니다. 이 기술은 모든 나노시트를 4면에서 감싸 채널을 제어하는 방식으로 작동합니다1.

MBCFET는 저전력 및 고성능 특성을 지니고 있어 모바일 기기, 자율 주행 시스템, 사물 인터넷(IoT), 데이터 센터, 인공지능(AI) 가속기 등 다양한 분야에 적합합니다. 이 기술은 삼성전자가 반도체 공정에서 선도적인 위치를 유지하고, 미래의 첨단 응용 분야에서 요구되는 성능과 효율성을 충족시키기 위한 중요한 기술적 도약으로 평가받고 있습니다1.

삼성 파운드리의 현재 도전과제

현재 삼성전자는 3nm GAA 기술의 수율을 높이는 데 어려움을 겪고 있습니다. 특히 3nm GAA 공정에 대한 신규 고객 유치에 어려움을 겪고 있으며, 이로 인해 파운드리 사업이 '엉망진창'이 될 수 있다는 우려가 제기되고 있습니다2.

더욱이 주요 고객사인 퀄컴이 TSMC의 3nm 'N3P' 공정을 선택하여 스냅드래곤 8 Elite 2세대를 독점적으로 대량 생산하기로 결정한 것은 삼성 파운드리 사업에 큰 타격입니다. 이는 삼성이 주요 고객사를 TSMC에 빼앗길 수 있다는 우려를 증폭시키고 있습니다2.

TSMC의 기술력과 시장 지배력

TSMC의 공정 전략

글로벌 파운드리 시장에서 압도적인 점유율을 자랑하는 TSMC는 2025년 내에 2나노 기술을 바탕으로 한 제품을 양산한다는 목표를 가지고 있습니다. TSMC는 애플, AMD, 엔비디아와 같은 주요 고객사를 확보하고 있으며, 광범위한 수요를 경쟁사 대비 안정적인 수율로 처리하는 능력을 갖추고 있습니다1.

TSMC는 현재 파운드리 시장에서 가장 앞선 기술력과 생산 능력을 보유하고 있으며, 주요 고객사들과의 긴밀한 협력 관계를 통해 시장 지배력을 강화하고 있습니다. 특히 퀄컴이 TSMC의 3nm 'N3P' 공정을 선택한 사례에서 볼 수 있듯이, TSMC는 고성능 칩 생산에 있어 신뢰성과 안정성을 인정받고 있습니다2.

TSMC와 삼성의 경쟁 구도

TSMC는 파운드리 업계에서의 기술 리더십을 더욱 확대할 계획이며, 2나노 공정 기술을 통해 경쟁우위를 유지하고자 합니다1. 이에 비해 삼성은 3nm GAA 공정의 수율 향상과 고객 확보에 어려움을 겪으며 TSMC와의 기술 격차를 좁히기 위해 노력하고 있지만, 현재로서는 TSMC가 우위를 점하고 있는 상황입니다.

2025년 삼성 파운드리의 전망과 도전

외신의 부정적 예측

엔가젯과 블룸버그 등 외신들은 "2025년엔 삼성의 영업이익이 300억 달러 감소할 수 있다"면서 "전문가들도 이 회사가 명확한 전략이 없어 2025년에 어려움을 겪을 것"이라고 예측했습니다. 이들은 "안타깝게도 분석가들은 삼성의 2025년 전망에 대해 매우 회의적"이라고 전망했습니다2.

이러한 어려움의 주요 원인으로는 다음과 같은 요소들이 있습니다:

AI 관련 부품에 대한 경쟁력 약화: 특히 고대역폭 메모리(HBM) 시장에서 SK하이닉스 등 경쟁사에 뒤처지고 있습니다2.
DRAM 시장에서의 압박: 중국 업체들의 맹렬한 저가 공세로 인해 극심한 압박을 받고 있습니다2.
3nm GAA 기술의 수율 문제: 삼성은 'AI 붐'에서 뒤처지지 않기 위해 3nm GAA 기술의 수율을 높이는 데 노력하고 있지만, 아직 충분한 성과를 내지 못하고 있습니다2.

구조조정과 전략적 난관

삼성은 이런 도전을 극복하기 위해 "매 분기 더 건강한 재무 수치를 게시하고 TSMC와 더 잘 경쟁하기 위해 이전에 438명이었던 반도체 사업부 직원을 감축했다"고 합니다. 그러나 이러한 구조조정에도 불구하고 "한국 대기업의 2025년 성공에 대해 전문가들은 여전히 회의적이며, 회사가 명확한 전략을 제시하지 않았기 때문에 올해는 이 회사에 힘든 한 해가 될 것"이라는 전망이 지배적입니다2.

특히 삼성의 2025년 영업 이익이 40조 4800억 원(약 300억 달러)으로, 2024년 8월에 발표된 이전 추정치 63조 5900억 원(약 477억 달러)에서 크게 감소할 것으로 예상되는데, 이는 약 40%의 감소를 의미합니다2.

외부 요인의 영향

도널드 트럼프가 두 번째로 미국 대통령으로 당선됨에 따라 그가 취임 직후 단행할 관세 정책도 삼성에게 추가적인 어려움으로 작용할 가능성이 있습니다2. 이러한 정치적 불확실성은 삼성의 파운드리 사업에 또 다른 도전 요소가 될 수 있습니다.

결론: GAA 기술의 미래와 삼성의 전략적 방향

반도체 공정 기술은 플라나에서 핀펫, 그리고 GAA로 진화해왔으며, 이는 더 작고 효율적인 트랜지스터를 만들기 위한 산업의 필연적인 발전 방향입니다. GAA 기술은 3나노 이하의 초미세 공정에서도 안정적인 동작이 가능하게 하여, 더 많은 소자를 칩에 집적할 수 있게 해줍니다1.

삼성전자의 MBCFET 기술은 저전력 및 고성능 특성으로 다양한 응용 분야에 적합하지만, 현재 수율 문제와 고객 확보에 어려움을 겪고 있습니다. 반면 TSMC는 안정적인 수율과 강력한 고객 기반을 바탕으로 시장 지배력을 강화하고 있습니다12.

삼성이 파운드리 시장에서의 경쟁력을 회복하고 성장을 이어가기 위해서는 3nm GAA 공정의 수율을 빠르게 개선하고, AI 관련 부품 시장에서의 경쟁력을 강화하는 것이 중요합니다. 또한 명확한 전략 수립과 고객 신뢰 회복을 통해 주요 고객사들을 유지하고 새로운 고객을 확보하는 노력이 필요할 것입니다. 그러나 현재의 상황을 고려할 때, 2025년은 삼성 파운드리에게 매우 도전적인 해가 될 것으로 예상됩니다.

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Perplexity로부터의 답변: pplx.ai/share

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초기 플라나 구조와 핀펫의 등장

GAA 기술의 출현과 중요성

삼성전자의 GAA 기술(MBCFET)과 시장 전략

MBCFET의 구조와 특징

삼성 파운드리의 현재 도전과제

TSMC의 기술력과 시장 지배력

TSMC의 공정 전략

TSMC와 삼성의 경쟁 구도

2025년 삼성 파운드리의 전망과 도전

외신의 부정적 예측

구조조정과 전략적 난관

외부 요인의 영향

결론: GAA 기술의 미래와 삼성의 전략적 방향

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