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2024년 2월 말, TSMC는 일본에서 합작 투자 회사인 JASM(Japan Advanced Semiconductor Manufacturing)의 출범을 기념하는 행사를 개최했습니다. 설립자인 모리스 당(Morris Dang)은 뜻깊은 연설을 했고, 일본 정부는 2 단계 사업에 대한 지원을 공식 발표했습니다. 더욱 발전된 3 단계 사업에 대한 소문도 무성한 가운데, TSMC 애리조나 공장의 1단계 사업은 가동을 시작했습니다. 2단계 사업은 반도체 기술법에 따른 보조금 지원 대상이며, 2 단계에서 생산되는 반도체는 2028년 까지는 출시되지 않을 것으로 예상됩니다.
( 저는 2028년이 실제 연도가 아니라 4년 후라는 점을 계속해서 부인하고 있습니다.) JASM은 TSMC가 2020년 5월 애리조나 공장 설립을 발표한 지 1년이 넘은 2021년 11월에 발표되었습니다. 일본에서는 TSMC가 발표부터 공장 가동까지 단 20개월밖에 걸리지 않았습니다. 도대체 무슨 일이 벌어지고 있는 걸까요? 왜 TSMC는 애리조나보다 일본에서 더 나은 성과를 내고 있는 걸까요? 이 영상에서는 이 질문을 심층적으로 분석합니다. TSMC의 공식적인 입장은 두 공장의 규모를 본질적으로 비교할 수 없다는 것입니다. 다시 말해, " 우리에 대해 이야기하는 것을 그만두고 우리가 일하게 해달라"는 것입니다.
네, 맞습니다. 어느 문화나 국가가 다른 것보다 더 낫다고 말하려는 게 아닙니다. 이 점을 꼭 기억해 주세요. 우선, 우리가 직면한 과제의 엄청난 규모를 이해해야 합니다. 반도체 제조 시설, 즉 팹(Fab)은 속도와 정밀도의 극한을 보여주는 곳입니다. 반도체는 웨이퍼에 내장된 다이 형태로 수개월에 걸쳐 공정 흐름(Process Flow)이라는 일련의 과정을 통해 생산됩니다. 공정 흐름은 수백 개의 단계로 구성되어 있으며, 각 단계는 산화, 증착, 포토리소그래피, 전자 전달(ET), 이온 주입, 금속화 또는 세척과 같은 주요 반도체 기능 중 하나를 포함합니다.
세척은 절대 빼놓을 수 없는 중요한 단계입니다. 공정 흐름의 효율성을 극대화하기 위해 팹은 베이(Bay)라고 불리는, 각 공정 단계를 완료하는 데 필요한 장비로 가득 찬 방으로 구성됩니다. 이렇게 하면 작업 중인 웨이퍼가 각 단계를 거치는 동안 이동하는 거리를 최소화할 수 있습니다. 전체 공정 흐름에는 최대 500개의 장비가 사용될 수 있으며, 이 모든 장비는 클린룸( 특정 크기의 입자가 허용되지 않는 공간)으로 들어갑니다. 전 세계적으로 팹 건설부터 생산 시작까지 평균 약 1.9년이 걸립니다. TSMC는 이 기록을 단축하기 위해 노력하고 있습니다.
저는 일반적으로 소셜 미디어를 좋아하지 않으며, 가급적 접속하지 않으려고 합니다. 여기는 좀 이상한 곳이지만, TSMC가 대만의 이른바 '실리콘 실드'를 유지하고 최고의 노드를 대만에 남겨두기 위해 애리조나 공장 건설을 고의로 지연시키고 있다는 주장을 담은 레딧 댓글들을 봤습니다. TSMC가 어떤 지정학적 게임을 하기 위해 스스로 발목을 잡고 있다는 주장은 터무니없습니다. 단일 공장 건설에 드는 모든 단계를 고려해 보세요. 수백억 달러의 자본 투자가 이루어질 수 있습니다. TSMC는 애리조나 공장 두 단계에 400억 달러를 투자하겠다고 공개적으로 약속했습니다.
공장 설비는 빠르게 감가상각되고 거의 100% 가동될 때만 경제적으로 이득이 됩니다. 따라서 회사는 돈을 태우고 있는 셈입니다. 게다가 고객에게 칩을 판매하지 않아 발생하는 매출 손실은 고려하지도 않은 금액입니다. TSMC는 주주 소유 회사이기 때문에 애리조나 공장을 조속히 가동하는 것이 경제적으로 매우 중요합니다. 그러니 이런 상상력 없는 음모론을 퍼뜨리지 말아 주세요. 우선 가장 명백한 사실부터 말씀드리자면, 대만과 일본은 지리적으로 매우 가깝습니다. 구마모토는 일본 구슈 섬에 있습니다. 비행기로 두 시간 거리이니 당연히 미국까지 12~14시간 비행하는 것에 비하면 훨씬 낫습니다.
거리는 긴급한 질문에 대한 답변을 지연시키고, 공급업체들이 이전보다 훨씬 더 많은 노력을 기울이게 만드는 등 여러 가지 문제를 야기하지만, 지리적 거리는 어쩔 수 없는 부분입니다. 아시아 기업들이 태평양을 건너 자국의 문화를 이식하면서 효율성 손실이 거의 없었던 사례는 많습니다. 가장 대표적인 예는 도요타와 혼다 같은 일본 자동차 회사들입니다. 반도체 회사들 역시 본거지에서 멀리 떨어진 곳에 첨단 제조 시설을 건설하는 것이 가능하다는 것을 입증했습니다. 인텔은 아일랜드와 이스라엘에 그러한 시설을 건설한 것으로 유명합니다. 물론 상황이 완전히 같지는 않지만, 다른 요인이 작용합니다.
JM은 2822나노미터 기술과 1612나노미터 핀 피드 노드와 같은 비교적 단순한 공정을 사용합니다. TSMC의 마크 레오 전 회장은 두 번째 일본 제조 시설은 79M급 공정 노드인 N6를 사용할 것이라고 밝혔습니다. 반면 애리조나 제조 시설은 처음에는 5나노미터 노드에 해당하는 N5 노드를 사용하다가 나중에 N4 기술로 업그레이드했습니다. 여기서 제가 법적으로 여러분께 상기시켜 드려야 할 사항이 있습니다. 5 나노미터, 4나노미터, 3나노미터와 같은 용어는 성능 향상을 나타내기 위해 선택된 마케팅 용어일 뿐, 칩의 물리적 매개변수를 나타내는 것은 아닙니다.
물리적 매개변수만으로는 최종 성능을 예측할 수 없습니다. 굳이 반복해서 말할 필요는 없겠지만, Hacker News 댓글에서 1나노미터 이후에는 어떤 일이 벌어지는지 묻는 질문을 계속 접하게 되어 다시 한번 강조합니다. 제가 말하고자 하는 요점은 TSMC 애리조나 공장이 더 정교한 노드를 소량으로 운영하고 있다는 것입니다. 하지만 이것이 바로 기술 발전의 핵심입니다. 처음에는 느리게 시작해서 나중에는 빠르게 발전하는 것이죠. TSMC는 보수적인 회사입니다. 더 쉬운 노드부터 시작해서 기술을 단계적으로 발전시켜 나가는 방식을 선호합니다.
일본 공장에서는 일반적인 평면 노드인 N28부터 시작했는데, 이미지 센서 에 더 적합하도록 약간의 수정을 거쳤습니다. 이후 덴소가 참여하면서 N16으로 FinFET 기술을 추가했고, 이제 토요타와 함께 두 번째 공장에서는 N6 세미 리딩 엣지 노드를 도입할 예정입니다. 그리고 소문으로만 떠도는 세 번째 공장에서 N4 노드 또는 그 이상의 기술이 구현될 가능성이 높습니다. 미국 CC가 곧바로 N4로 넘어간 것은 난이도를 크게 높였습니다. N4는 N28보다 공정 단계가 더 많고 허용 오차도 훨씬 더 엄격합니다. TSMC의 전 법률 고문인 리처드 티렌은 대만 웹사이트 디지 타임스와의 인터뷰에서 이 점을 언급했습니다.
미국의 편집증은 동등하게 중요한 기존 기술(첨단 기술과는 거리가 먼 기술)보다 최첨단 공정 기술에 비정상적으로 집중하게 만들었습니다. 워싱턴 DC는 TSMC가 최첨단 공정을 개발하도록 지나치게 압박했고, 해당 공정 노드에 막대한 보조금을 지급했습니다. 저는 이러한 의원들이 소위 " 칩 부족 문제"를 해결해야 한다는 정치적 압력을 받았다는 것을 이해 하지만, 당시 부족했던 많은 칩들이 최첨단 4개 노드에서 생산된 것이 아니라는 점을 지적하고 싶습니다. JASM의 중요한 특징 중 하나는 TSMC의 다른 파트너인 소니, 자동차 부품 제조업체 덴소, 자동차 제조업체 도요타와의 합작 투자였다는 것입니다.
현재 TSMC는 86.5%, 소니는 6%, 덴소는 5.55%, 도요타는 2%의 지분을 소유하고 있습니다. 언뜻 보기에는 별것 아닌 것처럼 보일지 모르지만, 파트너들의 영향력은 단순히 지분 보유를 넘어 훨씬 더 광범위합니다. 첫째, 이 세 회사는 투자자일 뿐만 아니라 고객이기도 합니다. 이들은 수요 와 물량을 보장하는데, 물량이 매우 중요한 반도체 산업에서 이는 엄청난 의미를 지닙니다. 이를 통해 수율을 높이고 많은 양의 칩을 판매할 수 있습니다. 둘째, 공급업체입니다. 이전 영상에서 1983년 도요타와 GM의 합작 투자 회사인 누메이(Numei)에 대해 다뤘습니다.
도요타가 합작 투자를 원했던 주요 이유 중 하나는 GM이 미국 내 협력업체를 도요타에 소개해주겠다고 약속했기 때문입니다. 소니도 마찬가지로 TSMC를 일본 내 협력업체 네트워크에 소개하고 있을 가능성이 높습니다. 초기에는 많은 대만 협력업체들이 일본으로 건너와야 하지만, JM은 초기에는 현지 조달 비중이 25%에 불과합니다. 하지만 장기적으로는 이 비율을 높이는 것이 목표입니다. 셋째, 블룸버그 통신 보도에 따르면 소니는 TSMC가 구마모토 지역 사회에 진출하는 데 중요한 역할을 했습니다. 부지 매입을 지원하고, 반도체 공장이 지역 상수도에 미치는 영향을 관리하는 데 도움을 주었습니다.
애리조나에서는 TSMC가 현지 파트너 없이 독자적으로 사업을 진행하고 있습니다. 현지 파트너의 도움 없이, 사업 운영에 필요한 노하우를 얻거나 오해를 풀기 위해 노력해야 하는 상황입니다. TSMC, 특히 대만에 기반을 둔 협력업체들이 미국에 진출하는 것은 엄청난 경영 및 물류적 난제입니다. 현지에서 발생하는 긴장과 안전하지 않은 행동에 대한 보고가 협력업체 차원에서 비롯된다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 2012년 8월 가디언지 기사에서는 대만의 주요 클린룸 건설업체인 유나이티드 인티그레이티드 서비스(United Integrated Services)와 건물 유지보수 업체인 마케테크 인터내셔널(Marketech International Corp)을 예로 들었습니다.
그렇다면 TSMC는 왜 현지 파트너와 함께 애리조나에 공장을 설립하지 않았을까요? 한 가지 이유는 글로벌 파운드리나 인텔처럼 강력한 경쟁업체와 협력하는 것이 최선의 선택이었을 것이라는 점입니다. 또 다른 이유는 합작 투자의 아이디어 자체가 일본 정부에서 나왔기 때문일 것입니다. 일본 정부는 처음부터 소니의 참여를 강력히 주장하며 중개자 역할을 했습니다. TSMC는 일반적으로 합작 투자를 하지 않지만, 이번 경우는 성공적이었습니다. 그 가장 좋은 예는 2027년 독일 드레스덴 공장 건설에도 합작 방식을 다시 활용한다는 점입니다. TSMC 드레스덴 공장은 보쉬, 인피니언, NXP를 고객으로 확보하게 될 것입니다.
아마도 최종적으로는 이 거대한 공장을 성공적으로 건설하는 데 협력업체가 될 것입니다. TSMC 애리조나 지사가 합작 투자 파트너를 확보하여 상황을 개선하고자 합니다. 모리스 탕 과 현 CEO인 CC 웨이는 과거 텍사스 인스트루먼트에서 근무한 경력이 있습니다. 이들이 참여하지 않을 이유가 없죠. TSMC는 인텔, 삼성과 마찬가지로 재정 지원 없이는 미국이나 일본에 공장을 짓지 않았을 것입니다. 반도체 산업에서 보조금은 당연한 것으로 여겨지고 있으며, 중국을 포함한 모든 국가가 이를 시행하고 있습니다. 중국은 마치 거대한 피라미드를 지을 만큼의 자금을 투자하고 있죠.
따라서 보조금에 대한 철학적인 논쟁은 잠시 접어두고, 반도체법 사무국과 일본 정부의 주요 쟁점 중 하나는 보조금 지급 속도입니다. 일본은 쿠바모토 1호 공장 건설에 35억 달러, 즉 총 건설 비용의 약 40%를 지원했습니다. 이 금액은 2022년 4월 착공 후 불과 몇 달 만인 2022년 6월에 발표되었고, 보조금 지급은 2022년 말부터 시작되었습니다. 현재까지 반도체 법 사무국은 TSMC, 인텔, 그리고 다른 기업들에 대한 더 큰 규모의 보조금 지급 계획을 발표하지 않았습니다. 아마 이 영상을 보실 때쯤에는 발표될 것입니다. 어쨌든 반도체법 사무국은 이미 서명을 마쳤습니다.
2022년 8월, 왜 이렇게 오래 걸리는 걸까요? 아마도 반도체법 담당 부서 의 광범위한 검토와 계획 때문일 겁니다. 블룸버그에 따르면 이 부서에는 130명이 넘는 직원이 있다고 합니다. 인력을 충원하고 준비를 해야 하죠. 공짜 돈에는 항상 조건이 따르지만, 일본 정부가 붙인 조건은 반도체 회사들이 붙인 조건보다 훨씬 느슨합니다. 닉(Nik)은 일본의 보조금 규정에 10년 약정, 공급 부족 시 생산량 증대, 핵심 기술 보호, 공장 지속 투자 등의 조건이 포함되어 있다고 보도했습니다. 이러한 조건들이 얼마나 지역적인지 주목해야 합니다.
일본 내 반도체 공장에만 초점을 맞추고 있죠. 반면 반도체법은 광범위한 "안전장치"를 마련했습니다. 예를 들어 중국과 러시아의 확장 관련 안전장치는 이해할 만하지만, 특히 중국 본토에 여러 반도체 공장을 소유한 TSMC의 경우 검토와 준수하는 데 더 많은 시간이 필요합니다. 정부가 지원금을 환수하는 것을 원하는 기업은 아무도 없습니다. 구마모토는 한때 일본의 주요 반도체 제조 중심지였지만, 지금은 어려운 시기를 겪고 있습니다. 구마모토의 최저임금은... 일본에서 가장 낮은 수준의 실업률을 보이는 지역 중 하나인 구마모토 반도체 공장은 고등학교 졸업생의 40%가 일자리를 찾아 해외로 떠나는 상황입니다.
이러한 상황에서 TSMC는 매우 경쟁력 있는 임금을 제시하고 공장 건설을 신속하게 진행할 수 있었습니다. 이는 일본 엔화 약세 덕분이기도 합니다. 블룸버그 통신은 일본의 한 고위 임원의 말을 인용하여, 일반적으로 3만 엔을 받는 직종의 급여가 TSMC 공장에서는 5만 엔에 달한다고 보도했습니다. 엔지니어의 경우에도 마찬가지입니다. 구마모토 1호 공장에는 약 1,500 명의 직원이 고용될 것으로 예상됩니다. TSMC는 일본에서 엔지니어 채용 공고를 통해 기존 시장 평균보다 3분의 1 높은 급여를 제시하고 있습니다. 이미 많은 기업들이 TSMC가 자사 인력을 빼앗아 간다고 불만을 토로하고 있습니다.
이는 미국과는 확연히 다른 상황입니다. 특히 오랜 기간 반도체 공장 건설이 중단되었던 미국에서는 기업들이 원하는 수준의 임금으로 반도체 제조 인력을 확보하는 것이 훨씬 어려워졌습니다. 심지어 오하이오에 있는 인텔조차 인력 부족으로 직원의 40% 이상을 타주에서 충원해야 하는 상황입니다. 대만과 일본은 업무 문화 측면에서도 유사점을 보입니다. 두 나라 모두 높은 수준의 전문성을 강조합니다. 장기 근속은 효율적인 업무 방식을 고수하게 만드는 단점이 있지만, 반대로 직원들이 자신의 분야에서 기술과 전문성을 개발할 시간을 갖게 해준다는 장점도 있습니다.
애리조나의 직원들은 좀 더 유동적입니다. TSMC는 신입사원들에게 대만에서 장기간의 교육 프로그램을 이수하도록 요구하는데, 그 프로그램의 중도 탈락률이 상당히 높다는 이야기를 들었습니다. 인근의 인텔은 더 높은 임금과 더 나은 근무 조건을 제시하며 직원들에게 매력적인 대안을 제공하고 있습니다. TSMC는 조정이 이루어지기 전까지 인텔에게 인재 영입의 천국이 될 것입니다. 또한 아시아인과 미국인 직원 간의 문화적 충돌도 문제입니다. 저는 아시아인 부모님과 친척들 밑에서 자랐고 그들을 좋아하지만, 그들의 스타일은 확실히 호불호가 갈립니다.
미국인들은 반복적으로 게으르다고 불리는 것을 좋아하지 않는데, 이는 바뀌어야 합니다. 지역 노조와 관련된 주목할 만한 사례가 생각납니다. 모리스 탕은 노조를 매우 싫어하는 것이 분명하며, 그가 설립한 회사는 노조를 피하기 위해 많은 노력을 기울였습니다. 마크 레오 회장이 실적 발표회에서 대만 출신 전문 인력팀을 데려오겠다는 발언을 한 것이 그 예입니다. 공장 건설을 위한 장비 설치와 관련하여 애리조나의 여러 노동조합이 회사의 허위 진술을 공개적으로 비난하고 해당 노동자들의 비자 발급을 막으려 했습니다. 한 노동조합 지도자는 TSMC가 미국인들을 "더 저렴한 대만인"으로 대체하여 일자리를 위협하고 있다고 비난하는 공개 광고를 게재했습니다.
이는 분명히 회사를 당황하게 했고, 현지 파트너가 있었다면 상황을 훨씬 원활하게 해결할 수 있었을 것입니다. 지방 정부가 부족한 부분을 메워야 했지만, 이는 모두 성장통일 뿐입니다. TSMC와 노동 조합은 결국 모두가 만족할 만한 해결책을 찾을 것이라고 생각합니다. 예를 들어, 2023년 12월에는 TSMC와 노동조합 간의 합의 소식이 전해졌습니다. 다만 모든 것이 처음 생각했던 것만큼 빨리 진행되지는 않을 것입니다. 규제는 건설이 제시간에 완료되도록 하는 데 중요한 요소입니다. 대만 광시 정부가 TSMC에 공장을 유치하려고 했을 때 가장 큰 문제 중 하나는 '목마른 공장( Thirsty Fabs)'에 필요한 물 공급 문제였습니다.
광시 경제국은 회사와 협력하기 위한 태스크포스를 구성하고 새로운 해결책 마련에 착수했습니다. 재활용수 공장과 파이프라인 건설과 관련하여, 특히 행정 절차를 단 하루 만에 모두 처리한 사례가 눈에 띕니다. 반면 미국은 반도체 제조 공장(Fab) 건설 속도가 세계에서 가장 느린 나라 중 하나입니다. 미국은 충분한 수의 Fab을 건설하지 못했습니다. 1990년대 이후 Fab 건설 건수는 55개에서 22개로 줄어들었으며, 그 22개 중 대규모 Fab은 하나도 없습니다. 이러한 건설 지연에는 여러 가지 이유가 있습니다. 자재 부족, 노동력 부족 , 운송 문제가 주요 원인으로 꼽히 지만, 오염 물질 배출, 석면 폐기물 운송, 빗물 오염 방지 등과 같은 환경 허가도 지연의 원인이 됩니다.
여러 기관이 이러한 허가를 담당하기 때문에 조정 과 속도가 어렵습니다. 이는 연방 정부의 요구 사항일 뿐이며, 지역별 요구 사항은 위치에 따라 더 빠르게 처리되는 경향이 있습니다. 예를 들어 샌프란시스코에 Fab을 건설하려고 하면 얼마나 많은 주민들이 샌프란시스코 만의 경관을 감상할 수 있을지 상상해 보십시오. 이러한 규제가 존재하는 데에는 이유가 있습니다. 반도체 핵심 원자재는 종종 독성이 있거나 위험하거나 차량에 많은 에너지를 소비해야 합니다. 이러한 원자재는 미국에서 생산되지 않기 때문에 미국으로 운송해야 합니다. 정부는 이러한 규제와 운송 사이의 균형을 맞춰야 할 것입니다.
국가 안보와 환경 보호라는 두 가지 우선순위 사이에서, 마지막으로 반도체법에 대해 몇 가지 의견을 말씀드리고 싶습니다. 2022년 반도체법은 대중적으로는 성공적인 법안으로 여겨지겠지만, 조건부적인 성공일 것입니다. 또한 TSMC는 이러한 성공에 있어 부차적인 역할만 할 것이라고 생각합니다. 올해는 미국에서 대선이 있는 해이고, 지나 랜두 상무장관은 미국의 최첨단 디지털 로직 칩 시장 점유율을 0%에서 20%로 끌어올리는 것과 같은 주요 공약을 내세우고 있습니다. 저는 0%라는 수치에 의문을 제기합니다. 최첨단 기술이란 무엇을 의미하는 것일까요?
선두 기업보다 최소 3세대 뒤처진 노드를 말하는 것 아닌가요? 미국의 전체 생산 능력 점유율은 아마 20~ 25% 정도일 것입니다. 메모리나 기타 최첨단 기술 등은 어떻게 정의해야 할까요? 어쨌든, 그 20% 중 상당 부분은 인텔에서 나올 것으로 예상됩니다. 인텔은 점점 더 미국의 반도체 산업을 선도하는 기업으로 자리매김하고 있으며, 18a 칩이 대규모로 가동되면 기술적 선두주자가 될 것이고, 우리는 그때 승리를 선언할 수 있을 것입니다. TSMC의 애리조나 공장도 결국에는 반도체를 생산하게 될 것이라는 지역 뉴스 보도가 있었습니다.
TSMC가 2024년 2월에 마지막 철골 구조물을 설치했다고는 하지만, 마크 레오가 말했듯이 미래는 보조금 규모에 달려 있습니다. 만약 TSMC가 일본처럼 400억 달러 규모의 프로젝트에서 40%의 지원, 즉 160억 달러의 보조금을 원한다면, 선거의 해에 외국 기업에 160억 달러라는 막대한 세금을 지원하는 모습을 정부가 어떻게 생각할까요? 아마 그럴 수도 있고 아닐 수도 있겠죠. 덧붙이자면, 그 160억 달러는 현금 보조금 형태가 아닐 수도 있습니다. 투자 세액 공제 혜택 도 상당 부분을 차지할 테니까요. 그러니 상황이 바뀌지 않는 한, TSMC의 워싱턴 웨이퍼테크 사례처럼, 3단계 프로젝트는 사실상 거기서 끝날 가능성이 큽니다.
TSMC는 일본으로 사업을 확장할 것이고, 그렇게 되면 대만 반도체에 대한 사람들의 과도한 우려가 상당 부분 해소될 겁니다. 그러면 우리 모두 각자의 삶을 살아갈 수 있겠죠. 자, 여러분, 오늘은 여기까지입니다. 시청해 주셔서 감사합니다. 채널 구독과 패트리온 후원도 부탁드리고, 다음 시간에 뵙겠습니다.
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