TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)는 글로벌 반도체 파운드리 시장의 선두 주자로, 특히 AI(인공지능) 기술이 요구하는 고성능 반도체 칩 제작 분야에서 중요한 역할을 수행하고 있습니다. AI 기술의 발전과 함께 증가하는 반도체 수요에 대응하기 위해 TSMC는 지속적으로 첨단 제조 공정을 개발하고 있으며, AI 애플리케이션을 위한 특화된 반도체 솔루션을 제공하고 있습니다. TSMC는 고도의 기술력과 대량 생산 능력을 바탕으로 글로벌 전자 제품의 핵심 부품을 생산하고 있습니다. 이 글에서는 TSMC의 역사, 기술 혁신, 시장에서의 역할, 그리고 향후 전망까지 폭넓게 다루겠습니다.
TSMC의 기원과 발전
설립 배경
TSMC는 1987년 모리스 창에 의해 대만의 반도체 산업 진흥 프로젝트의 일환으로 1987년 2월 21일에 공기업으로 설립되었습니다. 창립자 모리스 창은 반도체 산업의 중요성을 인식하고, 대만에 독립적인 반도체 제조 기업을 세울 필요성을 느꼈습니다. 하지만 대만은 중소기업 중심의 경제 구조라 대규모 설비 투자를 감당할 만한 기업이 변변치 않았고, 이미 마이크로프로세서와 메모리 반도체 시장을 미국과 일본 기업들이 공고하게 장악하고 있는 상황에서 시장 진입 전략도 마땅하지 않았습니다. 이때 아이디어를 제시한 것이 당시 대만 정부 산하 공업기술연구원 원장이었던 장중머우(張忠謀) 박사였습니다. 장중머우는 텍사스 인스트루먼트사에서 25년간 재직하며 반도체 사업부 부사장까지 지낸 인물로, 당시 설계부터 제조까지 도맡아 했던 다른 거대 반도체 기업과 달리 위탁생산에만 전념하는 파운드리 사업이 유망하다는 점을 간파했습니다.
삼성전자, SK하이닉스, 인텔 등은 설계 능력을 갖추고 있으므로 IDM(Integrated Device Manufacturer)으로 분류되는 반면에 TSMC는 설계는 하지 않고 팹만 운영하는 순수한 파운드리 업체로 ‘이름없는 회사’였고, 오랫동안 모국인 대만 사람이나컴퓨터에 특별히 관심이 있는 사람이 아니면 잘 모르는 회사였습니다. 사람들에게 알려진 것은 2009년 상반기에 혜성처럼 등장했다가 혜성처럼 사라진(?) AMD의 라데온 HD 4770이 TSMC의 생산 효율 문제로 보급되지 못한 사건이 일어났을 때였고 2020년대에 들어 반도체가 경제를 넘어 국제정치적 이슈로 부각되면서, 더 많은 이들에게 존재가 알려졌습니다.
TSMC의 기술 혁신: 초미세 공정 기술
TSMC는 반도체 산업에서 기술 혁신의 선두주자로 자리 잡고 있습니다. 특히, 회사의 초미세 공정 기술은 시장에서 큰 주목을 받고 있습니다. 최근에 TSMC는 7나노미터(nm) 및 5나노미터 공정을 성공적으로 상용화했으며, 2023년 애플과 함께 3나노미터 공정 양산을 시작했습니다.
7나노미터 공정
TSMC의 7나노미터 공정은 모바일 기기와 고성능 컴퓨팅 환경을 위한 반도체에 주로 사용되며, 이전 세대인 10나노미터 공정 대비 훨씬 더 많은 트랜지스터를 칩 한 개에 집적할 수 있습니다. 이는 칩의 성능을 크게 향상시키면서도, 에너지 소비는 줄이는 결과를 가져왔습니다. 7나노 공정은 특히 인공 지능, 데이터 센터, 5G 통신 기술에 필수적인 요소로 간주됩니다.
5나노미터 공정
5나노미터 공정은 7나노미터 공정보다 더 진보된 기술을 요구하며, 트랜지스터의 밀도를 더욱 높여 칩 당 성능을 개선합니다. TSMC의 5나노 공정은 EUV(극자외선) 리소그래피 기술을 사용하여, 더 정교한 패턴의 회로를 칩 위에 형성할 수 있게 해줍니다. 이 기술은 특히 고성능 GPU, CPU 및 모바일 SoC(System on Chip)에 적용되어, 이전 세대 대비 더욱 빠른 속도와 낮은 전력 소비를 실현하고 있습니다.
3나노미터 공정
현재 TSMC는 업계에서 가장 선진적인 3나노미터 공정 기술을 양산하고 있습니다. 3나노 공정은 더욱 미세화된 EUV 리소그래피 기술을 사용하여, 트랜지스터의 밀도를 기존 5나노미터 공정보다 훨씬 높였고 칩의 성능을 한층 더 향상시켰으며, 에너지 효율성을 극대화하여 AI 계산, 고성능 컴퓨팅 및 모바일 디바이스에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 다만 3나노 공정의 가격이 지나치게 높아, 팹리스들이 도입을 주저하고 있습니다. 이는 5나노 공정(1만3000달러)보다 50% 이상 비싼 것으로 추정되어 사실상 모바일 AP 등 일부 시장을 제외하면, 지난 2022년 양산을 시작한 3나노 공정의 수요가 2년째 부진한 것으로 보입니다.
이에 TSMC가 내년 4나노미터(㎚·10억분의 1m) 기반 ‘가성비(가격 대비 성능 비율) 공정을 출시한다고 밝혔습니다. 생산 단가가 높은 초미세 공정의 비용 효율성을 높여 기존 ‘N4P’ 공정 고객 수요를 그대로 흡수하고, 생산을 단순화해 수율(결함 없는 합격품의 비율)도 향상하고자 합니다. TSMC가 ‘가성비’ 공정을 내놓은 건 최근 파운드리 업계가 2나노 이하 같은 첨단 공정 개발에 힘을 쏟고 있지만, 안정적으로 수익을 올리는 기존 공정에서도 시장 지배력을 놓치지 않겠다는 계산으로 보입니다
2027년 1.4나노미터 공정 양상 계획
SMC는 2025년 2나노, 2027년 1.4나노 양산 계획을 밝혀왔습니다. 과거 삼성전자, TSMC 등 주요 업체들은 2010년 45나노에서 4년 만에 절반 이상인 20나노로 줄였으며, 6년 만인 2016~2017년 10나노로 크기를 줄였습니다. 이후 양산 가능한 나노 단위는 한 자릿수로 떨어졌으며 현재 3나노까지 내려왔고 2나노 이후로는 1.8나노, 1.6나노, 1.4나노 등 0.2나노 단위 경쟁으로 미세화되고 있습니다.
TSMC는 이러한 장기계획과 별도로 2024년 4월 24일 미국 캘리포니아 샌타클라라에서 진행한 기술 심포지엄에서 2026년 하반기 1.6나노(㎚·10억분의 1m) 공정을 시작한다고 공식 발표했습니다. TSMC가 1.6나노 공정 계획을 공식화한 것은 이번이 처음으로 이는 삼성전자, 인텔이 뛰어든 초미세공정 경쟁에 우위를 선점하고자 하는 것으로 파악됩니다.
SK하이닉스와의 기술동맹
또한 TSMC는 2024년 4월 19일 SK하이닉스와 함께 6세대 고대역폭메모리(HBM4)를 개발해 양산할 계획을 발표하였습니다. 두 회사는 최근 대만 타이페이에서 기술 협력을 위한 양해각서를 체결했고, 2026 양산 예정인 HBM4(6세대 HBM)을 개발할 것으로 알려졌습니다. HBM이 주로 쓰이는 AI칩 성능이 점점 고도화되면서, 전력 소모를 줄이고 데이터 병목현상을 줄이는 것이 최대 과제로 한정된 공간 안에 D램을 더 높이, 촘촘하게 쌓는 것이 중요해졌습니다. 이를 위해 SK하이닉스가 첨단 패키징 분야 1위인 TSMC와 아예 HBM 개발까지 함께 해 우선 HBM 패키지 내 최하단에 탑재되는 베이스 다이(Base Die)의 성능을 개선합니다.
HBM은 베이스 다이 위에 D램 단품 칩인 코어 다이(Core Die)를 쌓아 올린 뒤 이를 TSV 기술로 수직 연결해 만들어집니다. 이때 베이스 다이는 GPU와 연결돼 HBM을 컨트롤하는 역할을 수행합니다. SK하이닉스는 5세대 HBM(HBM3E)까지는 자체적으로 다이를 만들었으나, 차세대부터는 초미세공정 역할이 더 중요해지는 만큼 TSMC와 본격 손을 잡고 성능과 전력 효율을 끌어올리고자 TSMC와 기술동맹을 맺은 것으로 파악됩니다.
결론
TSMC는 AI 반도체 시장에서 중요한 역할을 하고 있으며, 첨단 기술과 혁신을 통해 시장 리더십을 강화하고 있습니다. 회사의 지속적인 연구개발 투자와 전략적 글로벌 확장은 앞으로도 반도체 산업에서 TSMC의 선도적 위치를 확립하는 데 크게 기여할 것입니다. AI 기술이 더욱 발전함에 따라, TSMC의 역할과 영향력은 얼마나 증가할지 주시할 필요가 있겠죠?