6년차 맞은 삼성 파운드리 4나노…"성숙도·확장성 모두 잡았다"

[이데일리 공지유 기자] 삼성전자는 파운드리(반도체 위탁생산)사업부의 4㎚(나노미터·10억분의 1m) 공정이 6년차를 맞았다. 안정적인 생산 기반과 선단 공정 수준의 성능으로 인공지능(AI)과 차량용 반도체 등 다양한 산업 영역으로 확장되고 있다.

서울 서초동 삼성전자 사옥에 삼성 기가 펄럭이고 있다.(사진=방인권 기자)

29일 업계에 따르면 삼성전자는 2021년부터 4나노 공정 양산을 시작했다. 4나노 공정은 성능과 안정성을 동시에 확보한 삼성전자의 완성형 공정이다. 최선단 공정은 성능은 뛰어나지만 초기에 수율과 양산 안정성을 잡는 것이 어렵고, 레거시(구형) 공정은 안정적이지만 성능 개선 폭이 제한적이다.

4나노 공정은 이 두 공정 사이에에서 두마리 토끼를 모두 잡았다는 것이 회사 측 설명이다. 약 6년간 충분한 양산 경험을 쌓아 수율과 안정성을 확보한 데다, 최신 성능 요구까지 대응할 수 있는 단계에 들어섰다는 것이다. 삼성전자 관계자는 “4나노는 잘 만들어지면서도 성능도 나오는 공정”이라고 말했다.

기술적으로도 4나노 공정은 선택지가 많아졌다는 특징이 있다. 같은 공정 안에서 성능 중심의 제품과 저전력 제품을 모두 만들 수 있다. AI 칩처럼 성능이 중요한 경우 속도를 높이고, 모바일이나 자동차처럼 전력 관리가 중요한 경우 소비전력을 낮추는 식으로 맞춤 설계가 가능하다. 데이터가 칩 안에서 움직이는 속도가 빨라지면서 이동 효율도 좋아졌다.

4나노 공정은 충분히 성숙한 만큼, 생산 일정과 비용까지 어느 정도 예측이 가능하다. 이같은 안정성은 장기 공급이 중요한 반도체 산업에서 매우 중요한 요소다. AI나 고성능컴퓨팅(HPC) 등 다양한 산업에서 4나노 공정이 활용되는 이유기도 하다. 칩 크기가 커질수록 수율 확보가 어렵지만 4나노는 안정적인 양산 기반을 제공하기 때문이다.

고대역폭메모리(HBM)에서도 4나노의 역할이 크게 작용하고 있다. 삼성전자는 6세대 HBM인 HBM4의 가장 아랫단인 베이스 다이(로직 다이)에 4나노 공정을 적용하고 있다. HBM은 좁은 공간 안에서 많은 데이터를 처리해야 하기 때문에 전력과 발열 관리가 핵심인데, 4나노 공정은 전력 손실을 줄이고 집적도를 높일 수 있어 이런 구조에 적합하다. 삼성전자는 4나노 공정을 통해 HBM4에서 경쟁력을 확보할 수 있었다.

이외에 제한적인 전력 환경에서도 안정적인 성능을 낼 수 있어 자율주행 자동차 등에서도 활용도가 높아지고 있다. 통신 분야에서도 디지털 회로를 더 많이 집적하면서도 전력 소비를 줄일 수 있어 차세대 통신 칩에 적합한 환경을 제공한다.

삼성전자 관계자는 “삼성 파운드리 4나노 공정은 특정 용도에 한정된 기술이 아니라, AI, 메모리, 자동차, 통신 등 다양한 산업에서 공통적으로 요구되는 조건을 만족시키는 범용 플랫폼에 가깝다”며 “이미 검증된 안정성 위에서 다양한 산업으로 확장이 가능하다”고 말했다.