김기남 삼성전자 반도체 총괄 사장은 지난달 20일 모교인 서울대 강연에서 이같이 말했다. 반도체 미세공정이 어디까지 가능한가에 대한 질문을 받고서다. 그의 답은 나노미터까지 접어든 반도체 회로선폭을 더욱 줄일 수 있다는 삼성전자의 자신감이기도 했다. 회로 선폭이 줄어들수록 반도체 성능은 획기적으로 향상되고 생산성도 더욱 높아진다.
반도체 업계에 어느 때보다 치열한 기술경쟁이 벌어지고 있다. 메모리 시장에서의 삼성전자와 SK하이닉스 간 경쟁은 물론, 파운드리와 시스템 반도체 등 비메모리 시장에서의 경쟁도 전례 없이 가열되는 모습이다.
업계에서는 스마트폰에 들어가는 반도체 시장을 넘어서 4차산업 혁명이 진화할수록 반도체 시장의 기술 개발 경쟁은 더욱 치열해질 것으로 보고 있다. 수개월만 빨라도 수조원의 이익이 오가는 반도체 업계의 구조상 첨단 나노 개발과 양산은 업계의 생존을 결정한다.
◇10나노 싸움 접어든 메모리 시장=전 세계 반도체 시장은 메모리 반도체와 시스템 반도체를 가릴 것 없이 10나노급 미세화 전쟁이 치열하게 전개되고 있다. 올 초 세계에서 가장 먼저 18나노 D램을 양산하기 시작한 삼성전자는 내년 하반기 16~15나노 D램을 양산할 것으로 기대된다. SK하이닉스은 내년 2·4분기, 미국 마이크론도 내년 하반기에는 18나노 D램을 생산하겠다는 일정표를 세워뒀다.
하지만 업계는 내년 말까지 실제 생산이 어려울 수도 있다고 보는 분위기다. 반도체 업계의 한 관계자는 “회로 선폭을 줄이는 나노 경쟁에서 뒤처지면 수익성·점유율 면에서 치명타가 불가피하다”며 “업계는 점차 1등 기업의 독식 구조로 흘러가고 있어 SK하이닉스와 마이크론은 더욱 노심초사하고 있다”고 말했다.
◇한자릿수 밑으로 흘러가는 파운드리 업계=전체 반도체 시장의 70%를 차지하는 시스템 반도체 시장은 10나노를 넘어 7~5나노 싸움까지 벌일 기세다. 세계 최초로 14나노 파운드리(수탁생산) 공정으로 애플·퀄컴은 물론 자체 설계한 모바일 애플리케이션프로세서(AP)를 찍어냈던 삼성전자는 10나노 칩 양산도 제일 먼저 시작했다. 삼성전자는 최근 미국 캘리포니아에서 진행한 삼성 파운드리 포럼을 통해 최첨단 파운드리 기술인 14나노·10나노 3세대 기술을 선보였다.
삼성전자는 내년 초 출시할 갤럭시S8의 모바일 AP를 10나노 공정으로 양산할 것으로 예상된다. 벌써 삼성전자는 퀄컴·애플과의 대형 파운드리 계약을 염두에 두고 미국 텍사스주 오스틴에 지은 파운드리 공장(S2)에 1조원 넘는 돈을 들여 설비를 대대적으로 증설하겠다고 밝혔다.
삼성전자와 함께 세계 3대 파운드리 업체인 대만 TSMC나 글로벌파운드리(GF) 역시 모바일AP 시장을 중심으로 미세 공정 경쟁에 본격화하고 있다. 파운드리 분야에서 글로벌 1위 업체인 대만의 TSMC는 현재 16나노 공정 양산 중이며 내년 중 미디어텍의 10나노 기술이 적용된 모바일 AP 헬리오 X30을 양산할 예정이다. 아이폰8에 들어갈 최신 AP도 TSMC 10나노 공정의 첫 작품이 될 것으로 보인다. 다만 양산 시기는 삼성전자보다 1년가량 늦을 것으로 전망된다. TSMC는 3나노 연구를 위해 연구원 300명 이상을 집중 배치했다. 글로벌파운드리(GF)는 7나노 핀펫 미세공정을 본격화하고 있다.
세계 최대 반도체 회사인 인텔은 지난 8월 10나노 공정을 이용한 파운드리 사업 강화를 발표하면 파트너로 LG전자를 꼽은 바 있다. 또 주력 사업이 아닌 메모리 반도체 시장에서는 CPU와 낸드플래시의 비효율적인 소통 방식을 구조적으로 바꾼 3D 크로스포인트 제품을 통해 경쟁에 나서고 있다.
반도체 기술 치킨 게임이 본격화되면서 기업들의 투자 금액도 크게 증가하는 모습이다. 시장조사업체인 가트너에 따르면 설비투자 금액은 645억달러에서 2018년 718억달러를 기록할 것으로 전망된다. 나노 공정의 핵심이 대당 2,000억원이 넘는 노광장비 확보이다 보니 앞다퉈 지출을 늘리는 모습이다. 메모리 반도체 D램의 호황에 업체별로 적극적으로 투자에 나서는 모습이다. 한 업계 관계자는 “반도체 기술 치킨게임의 특징은 한 박자 제품이 늦었을 때 수천억원에서 수조원의 이익을 좌지우지할 수 있다는 점”이라며 “새롭게 성장하고 있는 4차 산업혁명 시장을 선점하기 위한 노력이 지속되는 모습”이라고 말했다.
/강도원·이종혁기자 theone@sedaily.com