▲삼성전자 파운드리사업부 관게자들이 화성캠퍼스 3나노 양산라인에서 3나노 웨이퍼를 보여주고 있다. (자료제공=삼성전자)

삼성전자가 반도체 공장에 '디지털 트윈' 기술을 내년부터 시범 적용한다. 파운드리 업계 1위인 대만 TSMC보다 뒤떨어져 있는 반도체 수율(양품 비율)을 높이기 위한 비밀 무기다.

디지털 트윈은 디지털 가상공간에 현실과 동일한 대상을 만들고 인공지능(AI)과 빅데이터 등을 활용해 다양한 상황을 분석 및 예측하는 기술이다. 이를 반도체 공장에 적용하면 불량품을 크게 줄일 수 있다.

4일 본지 취재에 따르면 삼성전자는 오는 18~21일(현지시간) 미국 새너제이 컨벤션센터에서 열리는 엔비디아 GTC 2024 참가해 디지털트윈 기술과 활용 방법 등을 발표한다. GTC 2024는 전 세계 IT 기술 리더와 혁신가들이 모이는 세계 최대 AI 컨퍼런스다. 코로나 이후 5년 만의 대면 행사로 돌아왔다.

이번 컨퍼런스에는 윤석진 삼성전자 DS부문 혁신센터 상무가 연사로 나서 엔비디아 디지털 트윈 플랫폼인 '옴니버스' 기반의 반도체 공장 디지털 트윈을 소개할 계획이다. 삼성전자는 내년부터 디지털 트윈 시범 운영에 나선다는 계획도 이날 공개할 예정이다.

삼성전자는 차세대 반도체 제조를 위해 엔비디아 옴니버스 기반의 디지털 트윈을 준비하고 있다. 2022년 말 조직개편을 통해 디지털트윈 TF를 신설했고, 이듬해 4월 디지털 트윈 분야 전문가인 이영웅 부사장을 TF장으로 영입한 바 있다. 일정대로 내년 시범 운영이 진행된다면, 디지털 트윈 개발에 나선지 2년 만에 공장에 도입하게 되는 것이다.

특히 삼성전자가 준비 중인 기술은 스마트 팩토리 중 최고인 레벨5에 도달할 수 있는 세계 최초의 공장 디지털 트윈 플랫폼이 될 것으로 기대된다. 이를 통해 불량품 예방과 AI 공정 분석 등이 가능해질 전망이다.

최근 대부분 제조시설들이 스마트 공장 형태로 진화하면서 디지털 트윈은 제조 혁신 기술로 떠올랐다.

차세대 반도체와 같이 생산 난이도가 높은 분야에선 디지털 트윈 기술이 수율을 높이고 리스크를 선제적으로 제거할 수 있다는 점에서 반드시 필요한 미래기술로 손 꼽힌다. 이재용 삼성전자 회장도 디지털 트윈에 관심을 보인 것으로 알려졌다.

수율은 반도체 산업에서 가장 중요한 지표다. 생산품에서 정상 제품 비율을 뜻하는 수율이 높다는 것은 불량품이 적다는 뜻이다. 삼성전자 파운드리 3나노미터(㎚ㆍ10억분의 1m)의 수율은 아직 60% 수준으로 전해진다. 반도체 100개를 만들어 40개를 버린다는 의미다.

현재 대만 TSMC와 삼성전자의 반도체 파운드리 시장 점유율 격차도 수율 때문으로 보는 시각이 우세하다. 시장조사 업체 트렌드포스에 따르면 지난해 파운드리 시장 점유율은 TSMC 59%, 삼성전자 11%이다. 올해는 TSMC가 62%, 삼성전자는 10%로 격차가 더 벌어질 전망이다. TSMC의 3나노 공정 수율은 삼성전자를 10%포인트 이상 앞서는 것으로 알려졌다.

실제로 반도체 업계에선 삼성전자가 고민하는 경쟁사 대비 낮은 수율 등의 공정 문제는 디지털 트윈 기술 적용 여부에 달렸다는 분석도 나온다.

업계 관계자는 "TSMC는 이미 핵심 공정에 디지털 트윈 기술을 적용해 점차 미세화 되는 공정 수율을 안정적으로 확보할 수 있었던 것"이라며 "삼성전자도 디지털트윈을 도입한다면 안정적인 수율 확보에 나설 수 있을 것"이라고 말했다.