대만 주요 파운드리 TSMC가 AI 반도체 수요 확대에 힘입어 최선단 공정 비중을 크게 늘리고 있다. 특히 3나노 공정은 양산 개시 시점부터 5개 분기만인 지난해 하반기 '풀가동' 체제를 기록한 것으로 나타났다. 나아가 2나노 공정의 가동률은 이보다 더 빠르게 올라올 전망이다.

21일 카운터포인트리서치(이하 ‘카운터포인트’)에 따르면 TSMC의 3나노미터(nm) 공정은 양산 이후 5분기 만에 처음으로 가동률 100%에 도달했다.

이는 애플의 A17 프로 및 A18 프로를 비롯해 x86 PC용 CPU와 기타 애플리케이션 프로세서(AP SoC)의 수요가 급증한 덕분이다. 향후에도 엔비디아의 루빈 GPU 및 구글의 TPU v7, AWS의 트레이니엄3 등 AI 반도체 도입이 본격화되면서 높은 가동률이 유지될 것으로 전망된다.

반면 구형 공정인 7·6나노 및 5·4나노는 주로 스마트폰 시장에 초점을 맞추면서 생산 확대가 상대적으로 더디게 진행됐다. 7·6나노 공정 가동률은 2020년 스마트폰 수요 급증으로 정점을 찍었고, 5·4나노 공정은 2023년 중반부터 모멘텀이 반등하며 점진적 회복세를 보였다.

이러한 회복세는 주로 엔비디아의 H100, B100, B200, GB200 등 AI 가속기에 대한 수요 급증에 기인하며, 이는 AI 데이터 센터 확장에 기여하면서 5/4나노 공정의 전체 가동률을 다시 끌어올렸다.

TSMC의 2나노 공정은 양산 이후 4분기 만에 완전 가동률에 도달할 것으로 전망된다. 이는 역대 어떤 공정보다 빠른 속도로, 스마트폰과 AI 관련 수요가 동시에 강하게 작용한 결과로 풀이된다.

TSMC 역시 2025년 1분기 실적 발표에서 “2나노 기술 양산 초기 2년 동안의 새로운 설계는 3나노 및 5/4나노보다 많을 것으로 예상되며, 스마트폰과 고성능 컴퓨팅(HPC) 애플리케이션이 수요를 견인할 것이다”고 밝힌 바 있다.

애플 외에도 퀄컴, 미디어텍, 인텔, AMD 등 주요 반도체 업체들이 2나노 기술 도입을 검토 중인 것으로 알려졌다. 이러한 기업들의 2나노 기술 채택은 2나노 공정의 높은 가동률을 유지하는데 기여할 것으로 전망된다.

TSMC는 지정학적 위험을 완화하고, 미국 소비자 수요 증가에 발맞추기 위해 애리조나 공장에 최대 1천650억 달러를 투자하고 있다. 해당 공장은 4나노, 3나노는 물론, 향후 2나노 및 그 이후의 첨단 공정까지 생산할 계획이며, 장기적으로는 전체 2나노 생산능력의 약 30%가 미국에서 충당될 수 있을 것으로 보인다.

TSMC는 핵심 연구개발과 공정 설계는 대만에 유지하면서도, 미국 내 생산 확장으로 2나노 공정 및 이후 공정 생산 능력의 최대 30%를 미국에서 생산했다. 이러한 이원화 전략은 TSMC의 지정학적 리스크를 낮춰주는 한편, 고객 요구에 맞춘 생산 능력을 제공할 것으로 보인다.