팻 겔싱어 인텔 최고경영자(CEO)가 지난달 19일(현지시간) 미국 캘리포니아 새너제이 컨벤션센터에서 열린 ‘인텔 이노베이션2023’에서 1.8나노 기반 웨이퍼를 소개하고 있는 모습 [인텔 제공]

“저게 바로 1.8나노 반도체 웨이퍼?”

원조 ‘반도체 거인’ 인텔이 최근 업계를 웅성이게 하는 깜짝 발표를 했다. 무려 1.8㎚(10억분의 1m)급 웨이퍼(반도체 원판)을 공개한 것이다.

삼성전자와 TSMC는 2025년에서야 2나노 공정 기반의 반도체를 양산할 계획인데, 아직 시제품이긴 하더라도 인텔이 벌써 1.8나노 웨이퍼를 공개한 것이 놀랍다는게 업계 반응이다. 이제 반도체 업계의 경쟁이 1나노를 넘어 0.1나노 차이 싸움으로 심화되는 모습이다.

‘0.1나노’ 차이의 중요성을 알기 위해서는 파운드리, 즉 반도체 위탁생산 과정부터 살펴봐야 한다.

파운드리 업체는 팹리스(반도체 설계전문) 기업이 설계한 반도체 제품을 위탁 받아 생산 및 공급하는 업체를 말한다.

반도체 생산에는 집적 회로 장치가 쓰인다. 통상 파운드리 공정의 수준을 의미하는 ‘나노’는 이 회로들 사이의 폭을 의미한다. 3나노 공정 기반의 반도체라는 건, 회로 간 폭을 3나노로 줄여 만든 반도체라는 의미이다.

회로 간 폭이 좁아지면 우선, 같은 웨이퍼 면적에 더 많은 회로를 심을 수 있어 더욱 정밀한 고성능 제품을 만들 수 있다. 동시에 전력 소모도 줄어들고, 한 번에 만들 수 있는 반도체의 양도 늘어난다.

그런데 문제는 1나노를 줄이는 게 말처럼 쉽지 않다. 0.1나노면 100만분의 1m이다. 현존하는 기술 중에 최첨단 공정 기술이 지난해 삼성전자가 세계 최초로 양산을 시작한 3나노 공정인데, 여기서 더 줄이는게 쉽지가 않다. 초미세 파운드리 공정별 최초 양산 시기는 ▷2016년 10나노 ▷2019년 7나노 ▷2020년 5나노 ▷2022년 3나노 순이다.

최근 열린 인텔의 연례 개발자 행사 ‘인텔 이노베이션(Intel Innovation)’에서 팻 겔싱어 인텔 최고경영자(CEO)는 1.8나노 웨이퍼를 손에 들고 “내년 1분기에 (1.8나노) 반도체 설계를 공정으로 보낼 예정”이라며 “인텔이 제시했던 4년 내 5단계 공정 도약이 성공적으로 진행되고 있다”고 말했다.

앞서 인텔은 2021년 파운드리 시장 재진출을 선언하면서 5가지 공정 개발 로드맵을 밝힌 바 있다. 그 중 1.8나노 공정이 마지막 단계이다.

팻 겔싱어 CEO의 말이 실현된다면, 인텔은 삼성전자나 TSMC보다 먼저 2나노 미만의 초미세 공정 개발에 성공해 고객사 확보 경쟁에서 주도권을 쥐게 될 전망이다. 사실상 이번 공개로 ‘우리가 세계 최초 타이틀을 따겠다’며 삼성과 TSMC에게 선전포고를 한 셈이다.

삼성전자와 TSMC는 2025년부터 2나노 반도체를 양산할 예정이다. 삼성전자는 글로벌 고객사를 대상으로 개최한 올 ‘삼성 파운드리 포럼 2023’에서, 2025년 2나노 공정 양산에 들어간다고 밝혔다. 지난해 10월 미국 캘리포니아주 실리콘밸리에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2022’에서는 2027년 1.4나노 공정 양산에 들어간다고 밝혔다.

그러나 일각에서는 이번 인텔의 1.8나노 기반 웨이퍼가 진짜 제품이 맞냐는 의심어린 목소리도 나온다.

우선, 가장 대표적인 이유는 인텔의 기술력이다. 현재 삼성전자와 TSMC는 3나노 공정 기반 반도체를 양산하고 있지만, 인텔은 7나노 기반에 그친다. 아직 선두업체의 현재 기술도 따라잡지 못했는데, 이 둘을 앞지른다고 하니 진정성에 대한 의심이 나올 수밖에 없는 것이다.

또 1.8나노 공정 반도체를 실현하는데 꼭 필요한 장비가 아직 시장에 도입되지 않았다는 점이다.

1.8나노 공정 기반 반도체를 양산하려면, 네덜란드 반도체 장비업체 ASML의 ‘하이 뉴메리컬어퍼처(이하 하이NA)’ EUV(극자외선) 노광장비가 필수적이다. 차세대 EUV 장비로 불리는 하이NA는 기존 EUV보다 렌즈와 반사경 크기를 키워 더 미세한 회로를 새길 수 있다.

문제는 ASML이 아직 파일럿(시범) 제품조차 고객사에게 보내지 않았다는 점이다. 하이NA 장비가 있어야 1.8나노 공정 기반 제품을 만들 수 있는데 어떻게 시제품 웨이퍼를 공개할 수 있는지 의구심이 제기되는 것이다.

업계 관계자는 “ASML이 연말 쯤 고객사에게 파일럿 제품을 보내는 것으로 알려져 있다”며 “그 후에도 몇 달의 조정 기간을 거칠 것으로 보여지는데, 당장 내년 1분기부터 양산을 준비할 수 있다는 게 잘 납득이 되지 않는다”고 했다.

2나노 이하 초미세 공정 경쟁이 심화할수록 ASML 하이NA 장비를 확보하기 위한 경쟁도 치열해질 전망이다. 하이NA 1대의 가격은 3억~3억5000만유로(약 4300억~5000억원) 정도일 것으로 추정된다. ASML은 하이NA 장비를 2027년까지 연간 20대까지 제조하겠다는 계획이다. 김민지 기자