헬로티 서재창 기자 |

 

 

삼성전자는 지난 2018년 ‘반도체 비전 2030’을 선포하며, 새 시대를 열어갈 비즈니스 로드맵을 발표했다. 그 중심에는 시스템 반도체가 있었다. 메모리 반도체 강자로 군림해온 삼성전자는 ‘시스템 반도체 세계 1위’라는 새로운 목표를 바탕으로, 계획을 실현하기 위한 과제를 하나 둘 완료하고 있다. 

‘시스템 반도체 1위’ 겨눈 뉴 삼성

지난해 1월, 이재용 삼성전자 부회장의 새해 첫 행보는 평택2공장 방문이었다. 이재용 부회장은 그곳에서 새로운 삼성으로의 도약 의지를 밝히며, “삼성과 협력사, 학계, 연구기관이 협력해 건강한 생태계를 만들어 시스템 반도체에서도 신화를 만들자”고 말했다.

 

그동안 삼성전자는 메모리 반도체를 앞세워 국내 반도체 산업과 국가 경제 성장을 주도해왔다. 현재까지 삼성전자는 세계 메모리 반도체 시장 점유율에서 확고부동한 1위다. D램의 경우, 삼성의 점유율은 2020년 기준 41.7%에 달한다. 이뿐 아니라 카운터포인트리서치에 따르면, 삼성전자는 2021년 3분기 기준 세계 반도체 시장에서 인텔을 제치고 매출 점유율 1위를 기록했다. 

그러나 시스템 반도체에서는 입장이 다르다. 트렌드포스 조사에 따르면, 2019년 기준 반도체 시장에서 메모리 반도체 점유율은 26.7%, 시스템 반도체 점유율은 73.3%이다. 두 반도체는 시장 규모에서 현격한 차이가 있는 셈이다. 이 시스템 반도체 시장에서 삼성전자 점유율은 고작 4%다.

 

이에 삼성전자는 시스템 반도체로 눈을 돌려 ‘반도체 비전 2030’ 완성을 위한 세부 계획을 진행 중이다. 지난 2019년 4월, 삼성전자는 반도체 비전 2030을 실현하기 위해 2030년까지 시스템 반도체 분야 연구개발 및 생산시설 확충에 133조 원을 투자하겠다고 밝혔다. 

 

한편, 정부는 시스템 반도체를 미래 먹거리로 낙점하며, 민간기업과 2030년까지 ‘K-반도체 벨트’ 전략을 수행하겠다고 밝혔다. 이에 삼성전자는 지난해 5월 ‘K-반도체 벨트 전략 보고대회’에서 2030년까지 시스템 반도체 추가 투자 계획을 밝혔다.

 

당초 133조 원이었던 투자 금액을 171조 원으로 늘리고, 첨단 파운드리 공정 연구개발과 생산라인 건설에 속도를 높이겠다고 언급했다. 이에 추진 중인 평택 3라인은 축구장 25개 크기 규모로 세계 최대 규모의 반도체 클러스터이자 최첨단의 기술이 적용된 팹으로 평가받는다.

 

여기에서는 EUV 기술이 적용된 14나노 D램과 5나노 로직 제품을 양산할 예정이다. 이와 함께 삼성전자는 시스템 반도체 생태계 육성을 위해 팹리스 대상 IP 호혜 제공, 시제품 생산 지원 등 다양한 상생 활동을 확대하고 소재·부품·장비 업체는 물론 우수 인재 육성을 위한 학계와의 협력을 강화하고 있다. 

 

반도체 비전 2030은 순항 중

 

최근 이재용 부회장의 뉴 삼성을 향한 의지가 드러났던 성과 중 하나는 미국 텍사스주 테일러시 투자다. 삼성은 그간 텍사스주, 애리조나주, 뉴욕주 등의 여러 후보지와 인센티브 협상을 벌인 끝에 최종적으로 텍사스주 테일러시를 낙점했다. 

 

테일러에 세워지는 신규 라인은 2022년 상반기에 착공해 2024년 하반기 목표로 가동될 예정으로, 건설·설비 등 예상 투자 규모는 170억 달러에 달한다. 이는 삼성전자의 미국 투자 중 최대 규모다. 이 신규 라인에는 첨단 파운드리 공정이 적용될 예정으로 5G, HPC, AI 등 다양한 분야의 첨단 시스템 반도체가 생산된다.

 

이를 통해 삼성전자는 전 세계 시스템 반도체 고객에게 첨단 미세 공정 서비스를 원활하게 제공하겠다고 밝혔다. 이번 라인 건설로 기흥·화성-평택-오스틴·테일러를 잇는 삼성전자의 글로벌 시스템 반도체 생산 체계는 고객사 수요에 대한 신속한 대응과 신규 고객사 확보에도 기여할 것으로 보인다. 

 

한편, 이재용 부회장의 뉴 삼성 기조가 드러났던 또 하나의 이슈는 바로 조직 개편이다. 인사 개편에서 중점이 됐던 사항도 사내 시스템 반도체 강화였다. 삼성전자는 DS(반도체) 부문 파운드리사업부 산하에 콘트롤타워 역할을 하는 조직인 ‘코퍼레이트 플래닝 팀’을 신설하는 등 시스템 반도체를 강화하는 방향으로 변화했다. 

 

경계현 DS 부문 신임 사장은 조직 개편 방향에 대해 “미래 준비를 위한 혁신을 가속화하고 차세대 성장 동력인 시스템 반도체 사업의 경쟁력을 강화하는 데 초점을 맞췄다”고 언급했다. 

 

연이어 공개되는 시스템 반도체 솔루션

 

삼성전자는 반도체 비전 2030 기조 하에 생산 시설 투자, 인력 확보 등 시장을 선도하기 위한 기반 구축에 속도를 내고 있다. 이와 함께 삼성전자는 지속적인 기술 개발을 통한 결과물도 출시하고 있다. 지난해 12월에는 SSD와 그래픽 D램을 포함한 차량용 메모리 솔루션을 양산해 자동차 제조사에 공급하겠다고 밝혔다.

 

삼성전자는 차량용 시스템 고도화를 지원하는 고성능 메모리 솔루션을 총 5종 개발했다. 이 제품들은 서버급에 탑재되는 고성능 SSD와 그래픽 D램으로, 모두 차량용 반도체 품질 기준인 ‘AEC-Q100’을 만족한다. 또한, 40℃에서 105℃까지 극한 환경에서도 안정적으로 동작해 높은 안전성을 확보했다. 

지난해 11월에는 차량용 시스템 반도체 3종도 공개됐다. 최근 자동차 안에서 다양한 콘텐츠를 즐기는 소비자가 늘며, 초고속 통신칩과 고성능 프로세서 수요가 증가하고 있다. 이에 차량에 탑재되는 전자 부품 증가로 차량 내 전력을 관리하는 전력 반도체의 역할이 주목된다.

 

삼성전자가 공개한 제품은 5G 기반 차량 통신 서비스를 제공하는 통신칩 ‘엑시노스 오토 T5123’, 인공지능 연산 기능을 제공하는 인포테인먼트용 프로세서 ‘엑시노스 오토 V7’, 차량용 인포테인먼트 프로세서에 공급되는 전력을 안정적으로 조절해주는 전력 관리칩 ‘S2VPS01’이다. 이를 통해 삼성전자는 첨단 차량용 반도체 수요에 적극 대응하겠다는 의지를 밝혔다. 

 

한편, 삼성전자는 IBM과 기존 핀펫 공정 칩의 갑절에 해당하는 성능을 보이는 신규 반도체 설계방식인 ‘VTFET’를 발표했다. VTFET 공정은 칩 설계자가 한정된 면적에 더 많은 트랜지스터를 집적하도록 하는 기술이다. 

 

삼성전자와 IBM은 이 기술로 칩 표면에 수직으로 트랜지스터를 쌓아 수직 즉 위아래로 전류를 흐르게 하는데 성공했다. 이 설계 방식은 전류 낭비를 줄이는 동시에 더 많은 전류가 흐르게 지원한다.

 

새로운 VTFET 아키텍처가 개발됨에 따라, IBM은 현행 나노 공정의 한계를 넘어 반도체 성능 확장을 지속하고 일주일간 충전 없이도 사용하는 휴대전화 배터리를 개발할 수 있다고 강조했다. 또한, 삼성이 5나노 노드에 기반을 둔 IBM 칩을 생산할 것이라고 밝혔다. 생산된 칩은 IBM의 자체 서버 플랫폼에서 활용될 것으로 보인다.