▲삼성전자 서초사옥. (이투데이DB)

글로벌 파운드리(반도체 위탁생산) 1위 TSMC의 3nm(나노미터·1nm=10억분의 1m) 공정에 수요가 집중되며 병목 현상이 나타나고 있다. 인공지능(AI) 인프라 확장 속도가 생산 능력을 앞지르는 가운데, 일부 물량은 삼성전자 파운드리로 분산될 가능성이 높게 제기된다. 이에 따라 수년간 침체됐던 삼성전자 파운드리의 반등 시점이 앞당겨질 전망이다.

24일 업계에 따르면 주요 정보기술(IT)·테크 기업들은 최근 기존 4나노 공정에서 보다 선단 공정인 3나노로의 전환을 서두르고 있다. 첨단 공정을 적용해 전력 효율과 성능을 끌어올려야 하는 AI 반도체 경쟁이 본격화되면서다. 특히 생성형 AI와 고성능 컴퓨팅(HPC) 수요가 급증하며, 선단 공정 확보가 곧 경쟁력으로 직결되는 구조가 굳어지는 모습이다.

한국투자증권에 따르면 애플은 맥용 M3~M5 칩과 아이폰용 A17~A19를 TSMC 3나노 공정에서 생산하고 있으며, 엔비디아 역시 차세대 GPU ‘루빈’부터 3나노로 이동할 예정이다. 구글은 TPU v7부터 3나노를 적용하고, 인텔은 일부 PC용 중앙처리장치(CPU)를 3나노로 위탁 생산하고 있다. 아마존도 ‘트레이니움(Trainium)3’부터 3나노 전환을 추진 중이다. 글로벌 빅테크 대부분이 동일한 공정으로 몰리며 특정 구간에 수요가 집중되는 구조가 형성된 셈이다.

이처럼 주요 고객사들이 일제히 3나노로 이동하면서 TSMC의 선단 공정에는 부담이 가중되는 상황이다. 공정 미세화에 따라 설비와 기술 난도가 급격히 높아지면서 단기간 내 생산능력을 확대하기도 쉽지 않다.

이 과정에서 고객사들의 전략도 점차 다변화되는 흐름이다. 일정 지연을 감수하고 TSMC를 기다리는 대신, 일부 물량은 다른 파운드리로 분산하거나 공정을 조정하는 방식이다. 업계에서는 TSMC의 3나노 생산 여력이 제한된 상황에서 납기를 맞추기 어려운 물량 일부가 삼성전자 파운드리로 이동할 수 있다는 분석이 나온다. AI 시장에서는 제품 출시 시점이 곧 경쟁력으로 이어지는 만큼 수개월의 지연도 부담이기 때문이다.

최근 삼성전자 파운드리에는 의미 있는 변화가 나타나고 있다. 한용희 그로쓰리서치 연구원은 “전체 라인 가동률이 현지 80% 선을 돌파하며 가파른 회복세를 보이고 있다”고 분석했다. 4나노와 5나노, 8나노 등 주요 공정은 사실상 풀가동 상태에 근접한 것으로 평가된다. 고객사 기반이 점진적으로 확대된다는 의미이기도 하다.

수율 개선 역시 반등 기대를 키우는 핵심 요인이다. 삼성전자는 초기 3나노 공정 도입 당시 낮은 수율로 어려움을 겪었지만, 최근 이를 상당 부분 끌어올린 것으로 알려졌다. 지난해 테슬라의 자율주행 칩 AI6 생산을 수주한 점도 기술 신뢰도를 입증한 사례로 평가된다. 차량용 반도체는 안정성과 내구성이 중요한 만큼 일정 수준 이상의 품질 검증을 통과했다는 의미로 해석되기 때문이다.

시장에서는 이러한 흐름이 이어질 경우 삼성전자 파운드리가 올해 흑자 전환에 성공하고 내년에는 조 단위 영업이익을 달성하는 선순환 구조에 진입할 수 있다는 전망도 제기된다.

시장조사기관 트렌드포스에 따르면 지난해 4분기 기준 글로벌 파운드리 시장 점유율은 TSMC가 70.4%로 1위를 유지하고 있으며, 삼성전자는 7.1%로 2위에 머물러 있다.