인텔, 경쟁사 앞서 3D 적층 적용… 빠르면 2026년 제품 나올 듯초미세공정 한계 직면… 나노미터 수준 '정밀도-비용' 효율 장점TSMC-삼성전자, 연구개발 진행… 파운드리 시장 판도 바꿀 기술 급부상
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    글로벌 반도체 업계가 파운드리 기술을 놓고 새해부터 본격적인 기술경쟁을 예고하고 있다. 극자외선으로 반도체에 회로를 새기는 초미세 공정과 함께 떠오르고 있는 메모리 반도체와 같이 수직으로 쌓아 올리는 ‘3D 적층' 기술까지 개발하며 파운드리 시장 선점을 위한 보이지 않는 기술 싸움을 벌이고 있다.

    파운드리 시장은 글로벌 1위 대만의 TSMC의 독주 속 삼성전자가 추격하고 있지만 인텔까지 가세하면서 치열한 경쟁구도가 예고된다. 

    11일 관련업계에 따르면 인텔은 최근 반도체 전력 소모와 설계 복잡성을 줄일 수 있는 '반도체 후면 직접 접촉'(Backside Contact) 기술을 공개했다.  

    기존 반도체는 웨이퍼 전면에 전력 배선이 위치해 있지만 이 기술은 웨이퍼 후면에서 전력을 공급하는 것으로 이를 통해 전력과 신호의 상호 연결 병목 현상을 해결할 수 있다. 인텔은 이 기술로  ‘3D 적층’ 기술 CFET(상보형전계효과 트랜지스터)를 선보인다. 기존 시스템 반도체는 트랜지스터를 옆에 붙이는 형태였지만 메모리 반도체와 같이 수직으로 칩을 쌓으며 반도체에 더 많은 트랜지스터를 넣을 수 있게 됐다.

    인텔은 내년 양산 예정인 인텔 20A(2나노), 18A(1.8나노) 공정부터 적용할 것으로 보인다. 대만 TSMC도 관련 기술을 2026년부터 적용한다고 밝힌 바 있는 만큼 초미세 공정을 두고 한판 승부가 예고되고 있는 것이다. 

    파운드리 승기의 핵심은 얼마나 더 작게 칩을 만들 수 있느냐다. 파운드리 업계는 반도체 칩의 집적도가 2년마다 약 2배씩 증가한다는 ‘무어의 법칙(Moore's Law)’을 충실히 따르며, 나노(10억 분의 1미터) 단위의 초미세공정 실현을 위한 전공정 단계의 기술 혁신에 주력해 왔다. 

    하지만 반도체의 미세화를 통한 혁신 기술이 한계에 다다르고 있고 천문학적인 비용으로 출혈경쟁까지 예고되면서 지속적인 경쟁 우위를 점하기 어려울 수 있다는 우려가 팽배하다. 회로 선폭을 줄이는 것만으론 성능 개선에 한계가 있다고 판단한 반도체 업계가 3D 적층 기술로 눈을 돌리고 있는 이유다. 

    3D 적층 기술이 주목받고 있는 이유는 한계에 다다른 초미세 공정 시스템 반도체 구조적 성능 한계를 극복할 수 있다는 장점 때문이다. 반도체 업계는 이 기술을 적용하면 트랜지스터 집적도를 높이면서 전력 소비를 줄일 수 있을 것으로 보고 있다. 무엇보다 나노미터 수준 정밀도와 비용 효율을 갖춘 칩을 지속적으로 공급이 가능할 것으로 전망한다. 

    삼성전자와 TSMC도 연구개발에 나서며 공격적인 행보를 보이고 있다. 삼성전자는 삼성전자는 차세대 트랜지스터 구조인 'GAA'를 수직으로 쌓아올리는 기술을 개발 중이다. 삼성전자는 3D 구조를 차세대 GAA기술로 선택하고 본격적인 상용화를 위한 연구개발에 나서고 있다.

    이를 기반으로 퀄컴·IBM 등 5나노 공정을 활용하고 있는 초대형 칩 설계 회사와의 공고한 협력 관계는 물론 칩 내재화를 노리는 세계적인 정보기술(IT) 회사들의 요구 사항에 맞출 수 있는 최적의 파운드리 인프라를 구축할 것으로 예상된다.

    이에 따라 이 기술이 향후 시장 판도를 바꿀 게임 체인저로 작용할지 이목이 집중되고 있다. 글로벌 파운드리 시장은 지난 3분기 전분기 대비 7.9% 오르는 등 상승 추세를 이어가고 있다. 

    1위는 TSMC로 전분기 대비 10.2% 오르며 172억4900만 달러를 기록했다. 점유율로 보면 57.9%로 전분기보다 1.5%포인트 오르며 압도적인 비중을 유지했다. 2위 삼성전자는 전분기 11.7%에서 3분기 12.4%로 0.7%포인트 오르긴 했지만 TSMC와의 격차를 좁히진 못했다. 3분기 매출은 36억9000만 달러로 전분기 대비 14.1% 올랐다.

    시장조사업체 IDC는 올해 파운드리 가동률이 80%대를 기록하다 내년에는 80~90% 수준을 보일 것으로 내다봤다. 스마트폰 신제품 출시효과와 고성능 컴퓨팅, AI(인공지능) 등에서 수요가 견조히 뒷받침해주면서 안정적인 흐름을 이어갈 수 있다는 게 시장 예측이다.

    엔비디아와 AMD 등 TSMC의 주요 고객사가 AI 학습용 반도체 공급을 확대하기 위해 발주량을 늘렸다는 분석이 나온다. 파운드리 사업에서 AI용 수요가 견조히 지탱할 것으로 예측됐다.