삼성-TSMC 파운드리 경쟁, 2022년에도 최대 이슈

코로나로 2020년 가을부터 발생한 글로벌 칩 부족 현상이 2022년에도 계속될 전망이다.

바이러스는 계속 변이하고 전염병 지속은 여전히 ​​반도체 산업 전체에 영향을 미치고 있다. 재택근무, 온라인 회의, 원격 교육의 형성은 여러 산업의 디지털 변혁을 가속화하고 네트워크 발달을 촉진했다.
코로나 만연에도 불구하고 각 분야 기술 발전은 반도체 분야에도 그에 부합하는 기술 혁신과 발전을 촉구했다. 반도체는 시장의 변화 속도에 부합해 새로운 영역으로 계속 발전해 나가고 있다.

이에 글로벌 기술, 혁신 및 기업가 정신 브리핑 및 정보 서비스를 제공하는 애스펀코어(AspenCore)는 업계 전문가 및 제조사들과 협력하여 2022년 글로벌 반도체 산업에서 나타나거나 발전할 주요 기술 트렌드를 선정했다.
삼성 파운드리는 2020년에 4LPE를 완전한 공정 노드로 일시적으로 조정할 것으로 보인다. 즉, 4나노 공정이 삼성 프로모션의 초점이 될 것이다.

삼성 3나노 GAA가 TSMC의 3나노보다 조금 늦을 수 있다. 삼성은 3나노에서 GAA 트랜지스터를 주력으로 사용하기 시작했지만 계획 대로 진행하지 못했다. 현재 공개 데이터에 따르면 초기 3나노 공정은 기술적 불확실성이 더 클 수 있다. 삼성은 내년 상반기 출시 목표다.

2021년 10월 TSMC에서 발표한 뉴스는 기본적으로 3나노 공정이 약간 지연되고 2022년이 4나노 공정의 해가 될 것임을 분명히 했다.

그러나 기본적으로 TSMC의 3나노 프로세스를 사용하는 칩은 빠르면 2023년 1분기까지 제공되지 않을 수 있지만 대량 생산은 2022년 4분기에 분명히 이뤄질 전망이다.

인텔은 이 경쟁에 합류하지 못할 전망이다. 따라서 3나노 시장은 TSMC가 지배적인 위치를 계속 유지할 것이며 당분간 다른 두 경쟁자보다 상당한 우위를 점할 것으로 본다.

한편, 인텔 20A 공정은 2024년 상반기, 인텔 18A는 2025년 하반기에 나올 것으로 예상된다. 이 두 노드에서 기술 리더십을 회복하겠다는 인텔의 의지는 상당하다.

삼성전자는 2025년 하반기 양산이 예상되는 2나노 공정은 3세대 GAA 구조 트랜지스터가 된다. 기술적으로 2나노 공정에 강력한 지원을 제공한다.

그러나 3나노가 실현되더라도 2나노 시대의 도래는 기술적 한계로 인해 상당히 힘들어질 수 있다.


전자 산업의 모든 분야를 대표하는 미국 전자 산업 협회(EIA)의 반도체 공학 표준체인 솔리드 스테이트 기술 협회(JEDEC)는 2020년 7월 15일 클라이언트 시스템에서 고성능 서버에 이르는 광범위한 애플리케이션이 직면한 성능 및 전력 문제를 해결하기 위해 차세대 주류 기술의 최종 사양을 공식 발표했다.

메모리 표준 DDR5 SDRAM이 글로벌 컴퓨터 메모리 기술의 새로운 시대를 열었다.

JEDEC는 DDR5를 ‘혁신적인’ 메모리 아키텍처로 설명하고 DDR5의 등장으로 업계 전체가 DDR5 서버 DIMM(Dual In-Line Memory Module)으로 전환되었다고 믿는다. DIMM은 여러 개의 DRAM 칩을 회로 기판 위에 탑재한 메모리 모듈로 컴퓨터의 주기억 메모리다.

시장조사기관 옴디아(Omdia)는 2020년부터 DDR5 시장 수요가 점차 증가하고 있다고 밝혔다. DDR5의 광범위한 채택은 2022년 서버 시장에서 시작될 전망이다. 2023년에는 휴대폰, 노트북 및 PC와 같은 주류 시장이 DDR5를 광범위하게 채택하기 시작해 출하량이 DDR4를 크게 능가하고 두 기술 간의 빠른 전환이 완전하게 이루어질 것이다.

메모리 대역폭의 증가는 DDR5 출시의 근본 동기인 프로세서 성능의 증가보다 훨씬 뒤떨어져 있다. 그러나 업계는 일반적으로 전력 소비를 줄이는 방법과 PC를 애플리케이션 우선순위에 중점을 둔 제품의 반복 대신 DDR5가 DDR4의 속도를 따르고 데이터 센터에 가장 먼저 도입될 것이라고 믿는다.


DDR5의 가장 눈길을 끄는 부분은 이미 ‘초고속’ DDR4보다 빠르다는 것이다. 1.6GHz에서 DDR4 메모리의 최대 전송 속도인 3.2Gbps와 비교하면 DDR5 메모리의 최대 전송 속도는 6.4Gbps에 이르렀고 전원 전압은 DDR4의 1.2V에서 1.1V로 낮다. 에너지 효율은 더 향상되었다.

현재 삼성, SK하이닉스, 마이크론 등 글로벌 스토리지 기업들이 각각 DDR5 제품 양산 및 상용화 일정을 발표했다. 그러나 출시는 쉽지가 않다. 시스템 및 칩 서비스 제공업체, 채널 제공업체, 클라우드 서비스 제공업체 및 OEM을 포함한 생태계의 강력한 지원이 필요하다.


2020년 말부터 DPU라는 용어가 커졌다. DPU가 유행하게 된 것은 엔비디아가 이스라엘 회사 메라녹스(Mellanox) 인수 후 ‘DPU’라는 용어가 다음 해에 사용되었기 때문이다.

CPU는 대부분의 컴퓨터에서 프로그래밍을 처리했다. 최근에는 그래픽 처리 장치인 GPU가 컴퓨팅 중심 역할을 했다. GPU는 병렬처리 능력으로 모든 다양한 컴퓨팅 작업을 가속화하고, AI, 딥 러닝, 빅데이터 분석 애플리케이션을 구축하는 데 핵심이 됐다.

CPU와 GPU를 넘어 데이터 중심 컴퓨팅이 필요해짐에 따라 데이터 센터에서 데이터를 이동시키는 DPU 시대가 도래했다. DPU는 데이터센터 전용 컴퓨팅 부상의 산물이다.

DPU는 본질적으로 스마트NIC의 진화이다. 스마트NIC는 컴퓨팅을 촉진시키고 네트워크 엣지를 가속화함으로써 서버의 CPU가 비즈니스에 중요한 복잡한 프로세싱에 집중해 더 많은 솔루션을 처리할 수 있도록 한다. 정보 처리량이 많아지고 속도가 중요시되면서 등장했다.

DPU의 인기는 데이터 전용 프로세서에 대한 데이터 센터의 열렬한 호응 때문에 표준화 단계에 이를 것으로 보인다.

초창기에는 데이터센터에 대해 ‘데이터센터 세금’이라는 말이 있었다. 즉 서버가 코어 CPU를 많이 구매하기 때문이다. 이 센터에 사용하는 정보가 너무 많기 때문이다. 네트워킹, 보안, 스토리지, 가상화 등에 사용해야 하기 때문이다. 점점 더 복잡해지면 DPU가 등장했다.

일반적으로 DPU의 작업은 원래 CPU에 속해 있던 OVS, 스토리지 및 보안 서비스와 같은 오프로드(언로딩) 작업을 첫 번째로, 두 번째로 하이퍼 바이저 관리를 통한 격리 및 가상화 구현, 세 번째로 다양한 방법으로 노드 간 데이터 처리 속도를 더욱 높이는 것이다.

DPU가 데이터 센터의 표준 구성이 되었지만 특정 구현 측면에서 DPU는 역할의 차이로 인해 특정한 임무를 수행하는 DPU가 개발되고 있다. 예를 들어 인텔의 DPU는 책임과 업무 선호도 면에서 여전히 엔비디아 DPU와 다르다. 이는 DPU 시장이 세분화 될 가능성을 보여준다. 데이터 센터 시스템 회사들은 보다 적응력이 뛰어난 DPU를 자체 개발하고 있다. 이는 DPU 시장에 불확실성의 여지를 남긴다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com