[K반도체 굴기] 시스템 반도체 코리아, 삼성 생태계 문 연다

'반도체 비전 2030' 1년…글로벌 기업 파운드리 사업으로 의미있는 성과

삼성전자가 최근 잇따라 시스템 반도체 관련 성과를 내며 '반도체 비전 2030' 목표에 다가서고 있다.

삼성전자는 지난해 4월 2030년까지 시스템반도체 분야에 133조원을 투자해 글로벌 1위에 오르겠다는 목표를 제시했다.

8일 업계에 따르면 삼성전자가 최근 파운드리 세계 1위인 TSMC 추격에 속도를 내고 있다. 지난달 초 미국 IBM은 차세대 서버용 중앙처리장치(CPU)를 삼성전자의 최첨단 EUV 기반 7㎚ 공정을 통해 생산한다고 밝혔다. 이어 지난 2일에도 엔비디아가 차세대 그래픽저장장치(GPU) 생산을 삼성전자의 8㎚ 공정을 통해 위탁생산한다고 공개했다. 

시스템 반도체는 데이터 저장이 주 용도인 메모리 반도체와 달리 여러 기능을 하나의 칩에 담는다. IT 제품에서 센서와의 조합으로 외부 환경을 스스로 탐지하고 판단해 필요한 작업을 수행한다.

슈퍼컴퓨터·인공지능·5G 등 고성능 시스템반도체를 요구하는 분야는 물론 스마트폰과 웨어러블 기기의 경쟁력을 높일 수 있는 핵심 기술인 셈이다.

다만 고도의 설계능력과 이를 구현할 수 있는 능력이 필요해 기술의 진입 장벽이 높고 사업 구조가 분업화돼 있다. 삼성전자는 내부 시스템 반도체 연구개발(R&D)인력뿐만 아니라 중소 팹리스(설계,개발만 하는 업체) 등에 설계 환경을 지원하며 생태계 확장을 가속하고 있다.

파운드리 생산 능력 확장에도 적극 나서고 있다. 삼성전자는 현재 세계 최대 규모로 조성한 반도체 생산공장 평택 2라인(P2)에 10조원을 들여 극자외선(EUV) 시스템 반도체 위탁생산 생산라인을 구축하고 있다. 본격적인 양산은 내년 하반기를 목표로 한다.
 
가시적인 성과도 이미 나오고 있다. 삼성전자는 지난달 업계최초로 7㎚ EUV 시스템반도체에 3차원 적층 패키지 기술인 'X-Cube(eXtended-Cube)'를 적용한 테스트칩 생산에 성공했다.

최첨단 EUV 초미세 전공정뿐 아니라 후공정에서도 첨단 기술 경쟁력을 확보하게 된 셈이다.

X-Cube 웨이퍼 상태인 복수의 칩을 위로 얇게 적층해 하나의 반도체로 만드는 기술이다. 시스템 반도체는 일반적으로 칩을 구성하는 부품들을 평면으로 설계하지만, 이 기술을 통해 위로 적층하며 고용량 메모리 솔루션을 장착하고 고객들의 설계를 용이하게 할 수 있다고 삼성전자는 설명했다.

와이어를 연결하지 않고 작은 구멍으로 칩과 칩을 전극으로 연결하는 실리콘관통전극(TSV) 기술로 데이터 처리속도를 획기적으로 향상시키고 전력 효율도 높일 수 있다. 또한 반도체를 위아래로 쌓기 때문에 칩의 데이터 통신을 고객이 자유자재로 확장할 수 있고, 신호 경로를 최소화할 수도 있어 데이터 처리 속도도 극대화할 수 있는 것도 장점이다.

이런 성과를 바탕으로 삼성전자는 시스템 반도체 부문에서 고화질 센서, 5세대 이동통신(5G), SOC등 제품 판매 확대를 추진한다는 방침이다.
 

기존 시스템반도체의 평면 설계 (오른쪽) 삼성전자의 3차원 적층 기술 ‘X-Cube’를 적용한 시스템반도체의 설계. [사진=삼성전자 제공]