저자: 미상 · 한국인
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아이폰 발열 논란이 TSMC 3나노 탓이라는 화제가 나오며, 애플 A17 발열은 방열소재 감소 등 설계 문제일 가능성이 언급됨. 삼성은 GAA를 3나노부터 도입해 수율 60%로 TSMC 3나노 55%보다 앞섰다고 소개. TSMC도 2년 뒤 GAA 전환이 예정돼 있어 삼성이 기술 우위를 가질 수 있고, 고객 이원화 가능성과 MBCFET 특허가 호재로 언급됨.
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고사양 게임을 30분 정도 돌렸을 때 기기 온도가 최대 48.1도까지 똑같이 올라가더라고요. 휴대폰은 원래 뜨거워지긴 하지만, 최근에는 이를 많이 잡아왔거든요. 예전에는 뜨거워서 불편하다는 말이 많았는데, 요즘 최신 기기에서는 그게 많이 줄어든 게 사실이에요. 그런데 이번에 큰 이슈가 되고 있는 게, 혹시 TSMC가 만든 3나노 최첨단 AP, 그러니까 A17 칩에 문제가 있는 게 아니냐는 얘기가 나오고 있다는 거예요.
간밤에 민 치과(민 교수 또는 분석가)가 미디엄이라는 플랫폼에 코멘트를 남겼는데, 이 발열 논란이 TSMC 3나노와는 관련이 없을 것 같다는 입장이에요. 그러면서 애플이 무게를 줄이려고 방열 소재를 덜 쓴 게 원인일 수 있다고 봤어요. 과거 배터리 폭발 논란 때 삼성전자 잘못이냐 SDI 잘못이냐 말이 많았던 것처럼, 누구 잘못이냐를 두고도 논쟁이 이어질 수 있죠. 애플이 소프트웨어 업데이트로 해결할 수는 있겠지만, AP 성능을 떨어뜨려야 하는 방식이라면 결국 3나노로 좋은 AP를 만들었다는 의미가 바랜다는 지적도 있어요. 원인이 누구에게 있든 3나노 공정에 대한 아쉬움은 남는 셈이에요.
그런데 TSMC 3나노 문제가 불거지면서 삼성전자와 TSMC의 3나노 공정 방식이 다르다는 점이 다시 주목받고 있어요. 한 기사에서는 3나노 핀펫(FinFET)의 한계가 발열로 드러난 것 아니냐는 내용도 나왔어요. 삼성은 이미 GAA(게이트 올 어라운드)로 넘어갔는데, 이게 핀펫 한계를 보여주는 게 아니냐는 거죠.
먼저 트랜지스터 구조를 간단히 볼게요. 반도체는 도체와 부도체의 중간이에요. 도체는 전기가 흐르고 부도체는 안 흐르는데, 반도체는 전기가 흐르게도, 안 흐르게도 조절할 수 있어요. 그 조절을 담당하는 게 트랜지스터이고, 이 0과 1을 빠르게 반복하며 연산하는 게 반도체의 기본 원리예요.
가장 오래된 구조는 평면형(플래너)이에요. 가운데 채널을 사이에 두고 양쪽에 소스와 드레인이 있는데, 위에서 전압을 가해 채널을 통해 전류를 흘렀다 안 흘렀다 조절하는 방식이죠. 그런데 공정이 20나노 미만으로 미세해지면서 문제가 생겼어요. 선이 얇아지니 전압을 걸어도 막지 못하는 누설 전류가 생기고, 옆 소자와의 간섭도 커졌어요. 제어가 어려워지면서 오류와 발열이 생긴 거죠.
이 문제를 풀기 위해 나온 것이 핀펫이에요. 채널을 지느러미(핀) 모양으로 세워서 세 면을 게이트가 감싸게 만든 구조예요. 제어력이 좋아져서 20나노 미만 공정에서 널리 쓰였고, TSMC는 3나노까지 핀펫으로 가겠다고 했어요. 삼성도 초기에는 핀펫을 썼죠.
하지만 나노 공정이 더 줄어들면 핀펫도 한계가 와요. 그래서 나온 게 GAA예요. 채널을 아예 게이트가 사방에서 완전히 감싸는 구조인데, 누설 전류와 간섭을 더 효과적으로 막을 수 있어요. 삼성은 3나노부터 GAA를 적용했어요. 개발 초기에는 수율이 잘 나오지 않아 고생이 많았다고 해요. 그런데 TSMC도 2나노부터는 GAA로 간다고 발표했어요. 3나노는 핀펫으로 충분하다고 자신했는데, 2년 뒤에는 결국 GAA로 갈 수밖에 없다는 뜻이죠.
그래서 이번 발열 이슈가 3나노 자체의 문제였다면, TSMC도 3나노부터 GAA를 썼어야 했다는 해석이 나와요. 이건 확정된 사실은 아니지만 주목할 부분이에요. 더 중요한 것은 삼성이 GAA 수율을 약 60%까지 끌어올렸다는 보도가 있다는 점이에요. 물론 삼성이 만드는 칩은 상대적으로 단순한 제품이라는 단서가 붙어요. TSMC의 3나노 수율은 약 55%로 알려져 있어요. 어느 쪽이든 쉽지 않은 공정이라는 건 같아요.
삼성이 먼저 GAA의 고생을 겪고 수율을 잡았다는 건, TSMC가 2나노로 넘어갈 때는 상대적으로 수월할 수 있다는 뜻이에요. 지금은 삼성의 무리수가 신의 한 수가 될 수도 있다는 평가가 나오는 이유예요. 기술에서는 삼성이 한발 앞선 모습이지만, 고객사는 여전히 TSMC가 대부분 갖고 있어요. 애플, 퀄컴, 엔비디아, AMD, 테슬라까지 주요 고객이 TSMC에 몰려 있고, 삼성은 퀄컴 일부 물량을 맡고 있는 정도예요.
이번 발열 이슈가 확산되면 상황이 달라질 수 있어요. 애플은 원래 삼성과 TSMC에 물량을 나눠 줬다가 TSMC가 너무 잘하니까 물량을 대부분 옮긴 것으로 알려져 있어요. 발열 논란으로 다른 고객사들이 파운드리 이원화를 다시 생각해 볼 가능성이 생긴 거죠. 특히 3나노 칩을 대기 중인 AMD 등 고객사들이 신중해질 수 있어요. 충성 고객이 많은 TSMC의 독주 체제가 흔들릴 수 있다는 얘기예요.
삼성은 특허 측면에서도 준비를 해 왔어요. 나노와이어 대신 넓게 펼친 나노시트를 채널로 쓰는 MBCFET, 즉 멀티 브리지 채널 기술에 대한 특허를 갖고 있어요. 전류를 더 많이 흘릴 수 있는 구조인데, 이 성능이 실제로 입증되면 3나노 이하 공정에서 TSMC의 점유율을 뺏어올 수 있는 중요한 계기가 될 수 있어요. 아직 확정된 것은 아니지만, 삼성에는 호재가 될 수 있는 상황이 시작됐다고 볼 수 있어요.
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