Apple은 지난 9월 13일 아이폰 15 시리즈를 출시했다. 그 중 아이폰 15 Pro 고급형 모델에는 A17 Pro가 최초로 탑재됐다. 이 TSMC 3nm 프로세스 칩은 고성능 코어 2개와 고에너지 효율 코어 4개를 포함한 6코어 설계를 채택했습니다. 190억 개의 트랜지스터를 통합하고 단일 스레드 성능을 10% 향상시키며 그래픽 처리 속도를 20% 향상시킵니다.


게임 성능을 높이기 위해 새로운 칩은 레이 트레이싱이라는 기술을 지원하여 보다 부드러운 그래픽과 향상된 색상 정확도를 제공합니다. 애플은 이것이 3nm 공정을 사용한 업계 최초의 휴대폰 SoC 칩이라고 강조합니다. 3nm의 출시는 차세대 모바일 칩이 가전제품 시장에 진입했음을 의미합니다. 그러나 시장은 얼음과 불의 상태에 있습니다. 주요 제조업체는 3nm 첨단 기술과 생산 능력을 놓고 경쟁하고 있지만 약한 최종 시장과 전반적인 사용자 경험으로 인해 영향력이 약화되었습니다.

3nm가 휴대폰 시장을 구할 수 있을까요? A17Pro는 개선이 거의 없습니다

카운터포인트 데이터에 따르면 2023년 2분기 글로벌 스마트폰 판매량은 전년 동기 대비 8%, 분기 대비 5% 감소한 것으로 나타났다. 이는 8분기 연속 하락세를 보였으며 이는 시장의 경제적 약세와 심각한 수요 부족을 강조하기도 합니다. 스마트폰은 브랜드들에게 가장 치열한 경쟁을 벌이는 시장 중 하나이며, 여기에 탑재된 SoC 칩은 모바일 기기 경쟁의 핵심이 되었습니다. 시장 소식통에 따르면 최신 iPhone 15 Pro 시리즈에 사용되는 새로운 A17Pro 칩의 성능이 2024년 휴대폰 시장을 발전시키는 데 결정적인 역할을 할 3nm SoC의 잠재적 성공 여부를 결정할 것이라고 합니다.

이번 세대 A17Pro 칩의 성능은 향상되었지만 테스트 결과 전력 소비 측면에서는 여전히 개선의 여지가 많은 것으로 나타났습니다. 벤치마크 데이터로 보면 애플의 A17Pro가 이전 세대 A16 칩과 2022년에 출시된 퀄컴의 스냅드래곤 8Gen2를 능가했고, 내장된 크고 작은 CPU 코어도 좋은 성능을 보였다. 반면, 일부 벤치마크 테스트 결과 A17Pro 칩이 최대 효율로 실행될 때 전력 소비는 이전 세대 제품 표준을 초과하고 과열 문제가 있는 스냅드래곤 8Gen1에 심지어 근접한 것으로 나타났습니다. Apple은 이번에 GPU 아키텍처를 대대적으로 변경하고 코어 수를 늘렸지만 여전히 Snapdragon 8Gen2 GPU 사양을 거의 따라잡지 못하고 있으며 이는 Apple이 이와 관련하여 여전히 개선의 여지가 있음을 보여줍니다.

모바일 SoC에 익숙한 플레이어들은 A17Pro에 대한 실망감이 주로 모바일 SoC가 7nm에서 5nm로 이동하는 등 제조 공정을 업그레이드했던 과거에서 비롯되었다고 지적했습니다. 성능과 에너지 효율성 모두 크게 향상됐지만 이번에는 눈에 띄지 않았다. 또한, 모바일 SoC의 전력 소모를 줄이는 것은 언제나 Apple의 강점 중 하나였습니다. 그러나 이번에는 성능 향상이 상대적으로 제한적일 뿐만 아니라 최대 성능에서의 전력 소비도 매우 높아 3nm 공정이 모바일 SoC를 크게 향상시킬 수 있다는 모든 사람의 희망을 무너뜨립니다.

3nm휴대폰질문을 받은과열,TSMC는 아직애플이 책임을 진다?

TSMC의 3nm 칩이 출시되기 전에는 Apple이 불량 칩 비용을 부담하기로 TSMC와 독점 계약을 체결했다는 소문이 돌았습니다. 특히 TSMC는 수백 개의 칩이 포함된 웨이퍼 생산 비용 전액을 Apple에 청구하지 않을 것입니다. 대신 TSMC의 3nm 수율이 70~80%에 도달한 "좋은 것으로 알려진 칩"에 대해서만 회사에 비용을 청구합니다. TSMC는 또한 새로운 칩 개발을 지원하려는 Apple의 의지로부터 이익을 얻습니다. 이에 TSMC는 단일 고객과의 사업에 대해서는 언급하지 않고 3nm 수율과 진전이 좋았다고 강조했다.

최근 TSMC의 3nm 칩으로 인해 iPhone 15 Pro 모델이 과열되어 어떤 경우에는 잡을 수 없을 정도로 과열되었다는 보고가 있었습니다. 궈밍치 애널리스트는 아이폰15 프로 모델의 과열 문제는 TSMC의 3나노 공정과 무관한 A17 프로 칩 때문이 아니라 내부 방열 시스템 설계와 새로운 티타늄 표면 때문이라고 분석했다. 그러나 이는 사용자 경험에도 영향을 미칩니다. 애플이 A17Pro 칩의 성능을 낮추지 않는 한, TSMC의 3nm 칩 성능에도 간접적인 손상을 입힐 것입니다.


3nm는 오랫동안 뜨거운 경쟁을 벌이는 첨단 공정이 될 것입니다.

스마트폰 제조업체, 팹리스 공장, 웨이퍼 파운드리, 반도체 장비 제조업체는 여전히 첨단 공정을 추구하고 있습니다. 3nm는 향후 10년간 반도체 시장에 큰 변화를 가져올 것으로 예상됩니다. "적어도 2030년에는 3nm 공정이 파운드리 기업의 주류 공정이 될 것입니다." 반도체 업계 관계자는 이렇게 말했다. "칩 제조업체가 이번 경쟁에서 실패하면 향후 재기하기 어려울 것입니다." 2nm 공정에 도달하기 전에 칩 제조업체는 3nm 공정 게임에서 결정적인 승리를 거두어야 합니다. 2nm 기술은 미세 제조 공정의 물리적 한계로 간주되기 때문입니다.

3나노 칩의 적용은 모바일AP를 시작으로 고성능컴퓨팅(HPC) 칩, 인공지능(AI) 칩, 차량용 반도체 등으로 이어질 것으로 알려졌다. 시장 규모는 폭발적으로 커질 것으로 예상된다. 3나노 파운드리 시장은 2022년 12억 달러 규모로 성장하고, 2026년에는 242억 달러로 20배 이상 성장할 것으로 예상된다.

TSMC의 3nm 공정은 A17Pro 휴대폰 애플리케이션 프로세서에 구현되었으며, 2023년 3nm 생산 능력은 Apple이 감당할 것으로 예상됩니다. 삼성은 2022년 세계 최초로 3nm 칩을 대량 생산하는 회사가 되었지만 여전히 주력은 4nm 칩입니다. Intel은 2024년에 3nm 공정을 사용하여 칩 제조를 시작할 것이며 병렬 생산을 위해 TSMC와 자체 IFS 파운드리 서비스를 사용할 수 있다고 말했습니다.

TSMC는 3nm 공정 시리즈를 회사의 중요하고 오래 지속되는 노드로 간주합니다. 보고서에 따르면 현재 파운드리의 3nm 공정 생산량은 약 65,000개의 웨이퍼로 예상됩니다. 하지만 아이폰15 프로의 초도 주문량이 이전 모델보다 낮아질 예정이어서 4분기 3나노 공정 생산량이 당초 예상했던 8만~10만장 웨이퍼에 도달하기는 어려울 것으로 보인다. 하지만 공급망에 따르면 TSMC의 새로운 3나노 테이프아웃(Tape-Out) 물량이 급증해 주요 고객사들이 내년과 내후년에도 생산량을 늘릴 예정이다. TSMC의 3nm 제품군(N3E 포함) 월간 생산 능력은 내년 하반기에 10만개로 늘어납니다.

TSMC는 최근 자사의 주력 Dimensity SoC를 개발하기 위해 파운드리의 3nm 공정 기술을 사용할 것이라고 발표한 MediaTek과도 협력하고 있으며, 2024년 하반기에 첫 3nm 칩의 대량 생산을 시작할 것으로 예상됩니다. 업계 소식통에 따르면 Apple과 MediaTek 외에도 AMD, Nvidia, Qualcomm, Intel도 N3 제품군 공정을 도입할 것이라고 확인했습니다.

3nm는 계속해서 최적화될 것입니다. TSMC를 예로 들면, 첫 번째 3nm 공정 노드 N3B는 2022년 하반기에 양산을 시작하고, 향상된 3nm(N3E) 공정은 2023년 하반기에 양산될 예정입니다. 이후 3nm 확장 공정이 있을 예정이며, N3B, N3E, N3P, N3S, N3X 등 총 5개 공정이 있습니다.

소식을 전한 @手机 Chipmaster는 애플의 A17Pro 칩이 상대적으로 고가인 TSMC의 3nmN3E 공정을 사용하기 때문에 접미사 이름에 처음으로 'Pro'라는 단어를 사용했다고 밝혔습니다. 2024년 출시될 Apple iPhone 16의 표준 버전에는 새로운 Apple A17 칩이 탑재될 것으로 예상되며, 저가형 N3B 공정을 사용하여 제조될 예정입니다.

3nm 단말기 수요 부족으로 ASMLE UV 노광장비 수주 급감 가능성

3nm는 주요 제조사들이 경쟁하는 첨단 공정이지만 단말기에 반영되는 부분에 차이가 있어 수요는 시장 변동에 영향을 받습니다. TSMC의 3nm 대량 생산 능력과 수율은 내년에 향상될 것이지만 모바일 SoC는 업그레이드가 정체되고 일부에서는 "과잉 성능"이라고 부르는 현상에 직면하여 휴대폰과 같은 모바일 장치의 판매 포인트로서의 역할이 약화됩니다.

Tianfeng Securities의 분석가 Ming-Chi Kuo는 조사 보고서에서 2024년까지 Apple 하드웨어 제품에 대한 수요 감소가 연쇄 반응을 일으키고 칩 제조업체에 영향을 미칠 것으로 예상된다고 지적했습니다. 내년에는 ASMLE UV 노광기계 장비 발주량이 30% 정도 크게 줄어들 것으로 예상된다.

Ming-Chi Kuo는 Apple과 Qualcomm의 3nm 칩에 대한 수요가 예상보다 낮기 때문에 ASML이 2024년에 EUV 리소그래피 기계 출하량을 20~30% 크게 줄일 수 있다고 말했습니다. 현재 MacBook과 iPad 출하량은 2023년에 각각 약 30%, 22% 감소한 1,700만 대와 4,800만 대에 이를 것으로 예상됩니다. 급격한 하락세를 보인 이유는 홈오피스의 종말과 Apple Silicon 및 Mini-LED 신제품의 소비자 매력도가 점진적으로 하락했기 때문입니다. 2024년을 예상하면 MacBook과 iPad의 성장 모멘텀 부족은 3nm 칩 수요에 도움이 되지 않습니다.

밍치궈(Ming-Chi Kuo)도 Qualcomm에 대한 자신의 견해를 밝혔습니다. 그는 화웨이가 퀄컴 칩 구매를 중단하기 때문에 2024년 퀄컴의 3nm 수요가 예상보다 낮을 것이라고 믿고 있습니다. 또한 삼성은 자체 휴대폰 애플리케이션을 위한 자체 Exynos2400 SoC도 개발할 예정입니다. 삼성의 3nm GAA 및 Intel의 Intel20A 노드(TSMC의 3nm와 거의 동일)에 대한 수요는 예상보다 낮습니다. 삼성, 마이크론, SK하이닉스는 이르면 2025~2027년까지는 메모리 칩 확장 계획을 세우지 않을 예정이다.

다만, 현재 시장 컨센서스는 반도체 산업이 2023년 하반기에 바닥을 칠 것으로 보고 있는데, 그 바닥 시점이 2024년 상반기로 늦어질지, 아니면 하반기로 연기될지는 면밀히 관찰할 필요가 있다.