실수율 40%대 ‘절반 공정’
빅테크 수주 여전히 난망

삼성전자 반도체 공장이 있는 화성캠퍼스 전경. 삼성전자 제공.

삼성전자의 미래 핵심 동력인 파운드리 사업이 2나노(나노미터·1㎚는 10억분의 1m) 공정에서 ‘양산 60%’ 벽에 막힌 것으로 나타났다. 수율이 50%대 중반에 머물며 양산 안정권에 진입하지 못한 데다, 후공정까지 거치면 실제 수율은 40%대에 그칠 것으로 예상된다. 기술적 진입에는 성공했지만 글로벌 빅테크 수주로 이어지기에는 아직 역부족이라는 평가가 나온다.

13일 반도체 업계에 따르면 삼성전자 파운드리 사업부의 2나노 공정 평균 수율은 약 55% 수준인 것으로 파악됐다. 이는 일각에서 제기된 ‘60% 이상’ 관측보다 낮은 수치로, 양산 안정화까지는 여전히 시간이 필요하다는 신호로 읽힌다. 내부 사정에 정통한 관계자는 “2나노 공정 수율은 50~60% 수준에 형성돼 있으며 평균은 55% 수준”이라며 “공정은 돌아가지만 안정적 양산 단계와는 거리가 있다”고 전했다.

수율 개선 속도 자체는 빠르다. 삼성전자 파운드리 2나노 수율은 지난해 하반기까지만 해도 20%대에 머물렀던 것으로 전해진다. 이후 1년이 채 안 돼 50% 중반까지 끌어올린 것은 기술적으로는 양산 라인을 가동할 수 있는 수준에 도달한 것으로 평가된다. 중국 카난, 마이크로BT 등 비트코인 채굴용 반도체 주문이 유입되며 공정 경험이 쌓인 영향으로 분석된다. 초미세 공정인 2나노의 난도를 감안하면 이례적인 개선 속도라는 평가도 나온다.

다만 업계에서는 아직까지 ‘절반 공정’에 그치고 있다고 지적이 지배적이다. 웨이퍼 투입량의 절반 가까이를 불량으로 버리는 구조에서는 가격 경쟁력과 납기 안정성에서 모두 불합격이라는 것이다. 특히 성능 등급 분류와 패키징 과정 등에서의 로스(손실)를 감안하면 실제 수익을 낼 수 있는 칩 비율은 40%까지 낮아진다는 분석이 나온다. 최첨단 공정의 웨이퍼 한 장 가격이 수천만 원에 달하는 점을 감안하면 수율 1% 차이는 연간 수천억 원에서 조 단위의 영업이익 차이를 만들어낸다. 이는 삼성전자 파운드리 사업의 수익성 개선 추진에 큰 차질을 불러올 수밖에 없다.

반도체 업계 관계자는 “수율 50%대는 공정이 ‘돌아간다’는 의미일 뿐, 고객이 안심하고 맡길 수 있는 단계는 아니다”라며 “납기와 품질 변동성 우려가 동시에 존재하는 구간”이라고 말했다.

반면 경쟁사인 TSMC는 2나노 공정에서 60~70%의 안정적 수준의 수율을 확보한 것으로 전해진다. 때문에 삼성전자 파운드리의 현재 수율인 50% 중반대는 기술적 진입 단계에 해당하지만, 대형 고객 확보에는 부족한 ‘과도기 구간’으로 평가가 나온다. 상당한 진전은 이뤄냈지만, 아직 실제적 양산까지는 무리가 있다는 분석이다.

실제 삼성전자는 일부 고객과 내부 물량은 확보했지만, 애플·엔비디아·AMD 등 핵심 고객 확보에는 아직 성과를 내지 못하고 있다. 특히 최근에는 수주 기대감을 키웠던 글로벌 모바일 애플리케이션프로세서(AP) 기업인 퀄컴도 공정 수율 등 안정성을 이유로 TSMC로 회귀할 조짐을 보이고 있다. 여기에 테슬라와 체결한 자율주행 첨단칩 ‘AI6’ 역시 올해 양산이 계획돼 있는데, 실제 양산 시점에서 수율이 어느 수준까지 올라왔는지 여부가 수익성과 공급 안정성을 좌우할 것으로 보인다.

한편 삼성전자는 새로운 일감을 수주해 설비를 가동하면서 향후 수율을 향상시킨다는 전략이다. 지난달 18일 삼성전자 주주총회에서 한진만 파운드리 사업부장(사장)은 “(4나노보다 높은 수준의) 2나노 공정 역시 대형 업체들과 수주 경험을 쌓고 이를 통해 수율을 확보해나갈 수 있다”고 말했다.

김진호 기자 rplkim@busan.com