저자: 미상 · 한국인
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반도체 산업의 무게중심이 설계(팹리스)에서 생산(파운드리)으로 이동 중이며 TSMC가 점유율 55.6%로 1위, 삼성전자는 16.4%로 2위다. 삼성은 5·3나노 경쟁에서 TSMC를 추격 중이나 EUV 장비 확보와 고객 다양성에서 격차가 크다. 인텔 사우스브리지 칩 수주는 고급 공정 수주 실패로 아쉬움이 남는다. 파운드리 시장은 2020년 846억달러로 성장했고 올해 약 24% 성장이 예상된다.
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반도체 무게중심의 이동과 파운드리
반도체 시장의 무게중심이 이동하고 있습니다. 몇 년 전까지만 해도 설계, 즉 팹리스 기업 중심이었지만 이제 그 설계를 바탕으로 실제 제품을 생산하는 파운드리 기업이 반도체 산업의 주역으로 떠올랐습니다. 애플, 아마존, 페이스북 같은 테크 기업들이 직접 반도체 설계에 나서고, 산업 전반에서 반도체 수요도 폭발적으로 늘어나고 있기 때문입니다. 이제 각 기업은 물론 정부까지 반도체를 만드는 파운드리에 몰려가 애원해야 하는 상황까지 왔습니다. 오늘은 주목받지 못하던 하청업체에서, 시장의 변화에 따라 슈퍼 갑이 된 파운드리 산업에 대한 이야기입니다.
최근 반도체 생산 뉴스
반도체에 관심 있으신 분들, 혹은 관련 주식에 투자하신 분들이라면 요즘 반도체 생산과 관련한 뉴스가 많은 것을 느끼실 겁니다. 미국, 일본, 독일 정부가 대만에 반도체 생산을 늘려달라고 호소하고, 대만 정부도 대만 기업들에 생산량을 맞춰달라고 전했다는 뉴스가 있습니다. 한국 기업 얘기를 보면, 삼성전자가 인텔의 제품 생산 수주를 따냈고, 그래서 미국에 공장을 더 짓는다, 평택 공장을 돌리면 어떻게 된다 같은 뉴스들이 많이 나오고 있죠. 오늘은 이와 관련해 반도체 생산에 대해 정리해 보겠습니다. 우선 반도체 생산 전문 기업이 무엇인지 개념부터 짚고 가겠습니다.
반도체 생산 단계와 기업 유형
반도체는 설계 → 생산 → 테스트, 이렇게 총 4개 단계를 거쳐 완성되는데요, 어떤 작업을 도맡아 하느냐에 따라 기업 구분이 달라집니다. 먼저 기반 기술, 즉 설계만 도맡아 하는 회사를 칩리스 기업이라고 합니다. 대표적으로 스마트폰 반도체의 기반 기술로 널리 쓰이는 ARM이 있죠. 칩리스 기업의 설계를 바탕으로 CPU, GPU 같은 반도체를 설계하고 브랜드를 붙여 판매하는 회사를 팹리스라고 합니다. 여기서 팹은 Fabrication Facility의 약자로, 반도체 웨이퍼 생산 설비를 말합니다. 그러니까 팹리스는 팹이 없다, 즉 반도체 생산 설비가 없는 회사라는 뜻입니다. 대표적인 기업으로는 엔비디아, AMD, 퀄컴이 있습니다.
파운드리의 등장
설계 다음은 실제 제품 생산이죠. 뛰어난 설계력을 갖춘 팹리스 기업들은 많지만, 이를 생산할 시설을 갖추기는 어렵습니다. 팹을 건설하려면 수천 평의 부지를 포함해 수조 원의 투자가 필요합니다. 팹리스 기업들이 아무리 잘 나간다고 해도 부담스러운 금액이죠. 그래서 처음엔 팹리스 기업들이 여력이 남는 회사의 팹을 빌려 쓰거나 종합 반도체 회사에 외주를 맡기는 방식으로 생산했는데, 이 경우 생산해주던 기업이 자기 물량을 이유로 생산을 중단하거나 크게 줄여버리기도 하는 등 안정적인 공급에 문제가 있었습니다.
그래서 80년대 중반부터 이런 기업들을 위해 생산만 전담하는 기업들이 등장했는데, 그게 바로 요즘 핫한 파운드리입니다. 정리하면, 파운드리는 반도체 설계 없이 생산만 전문으로 하는 회사입니다. 대표적으로 대만의 TSMC, UMC, 한국의 삼성전자, 미국의 글로벌파운드리 등이 있습니다. 물론 이 과정을 모두 자체적으로 하는 회사도 있습니다. 설계 능력부터 만드는 능력까지 모두 갖춘 회사를 IDM(종합반도체회사)이라고 하며, 인텔과 삼성전자 정도가 현재 IDM으로 분류됩니다. 그런데 삼성전자는 파운드리와 IDM 모두에 포지셔닝하고 있는 것을 보실 수 있습니다. 잘못 설명한 것 아니냐고 하실 수 있는데, 삼성전자는 자사 제품에 들어가는 칩, 예를 들어 스마트폰용 AP인 엑시노스 시리즈는 설계부터 생산까지 다 하고 있기 때문에 IDM이고, 파운드리 사업부도 따로 운영하며 외주 생산도 꽤 큰 규모로 하고 있기 때문에 파운드리 사업자로도 분류되고 있습니다.
TSMC: 압도적 1위
파운드리 하면 가장 먼저 떠오르는 기업, TSMC는 대만 기업입니다. 1987년 대만 행정원, 즉 정부 산하의 국가출자기업으로 시작해 1992년 민영화했습니다. 매출은 2020년 4분기 기준 125억 5000만 달러, 약 13조 6300억 원 수준이고, 파운드리 시장 점유율은 55.6%로 압도적인 1위입니다. 시가총액은 1월 28일 기준 15조 9500억 대만달러, 한국 돈으로 약 689조 원입니다. 업계 1위답게 생산량도 엄청나서 대만과 미국에 총 17개의 공장을 보유하고 있습니다. 애플, 퀄컴, 엔비디아, AMD 등이 모두 TSMC의 고객입니다. 심지어 인텔조차 자사 팹에서 물량을 소화하지 못할 경우 유일하게 외주를 맡기는 곳이 TSMC였습니다. TSMC가 공급을 중단하면 아예 제품을 만들지 못하는 기업도 생기는데, 대표적인 사례가 화웨이입니다. 중국 화웨이는 지난해 8월 독자 스마트폰 칩 생산 중단을 발표했는데, 미국의 무역 제재에 동조한 TSMC가 공급을 중단해버렸기 때문입니다. 그간 TSMC와의 협업으로 최신 공정을 이용한 칩을 내놓다가 TSMC가 등을 돌리자 독자 칩 개발이 좌초된 것이죠.
최근 독일 정부가 TSMC에 차량용 반도체를 더 생산해달라고 간청한 것도 같은 맥락입니다. 자율주행차 시대가 도래하면서 자동차에 들어가는 반도체가 기존 200개에서 2000개로 10배 가량 늘어난다고 하는데, 이 반도체가 부족하면 독일의 자동차 기업들이 기술 연구도 못 할 정도라고 하니, TSMC의 파급력이 PC와 스마트폰 시장에만 머물지 않는다는 것을 알 수 있습니다.
삼성전자: 글로벌 2위
다음은 삼성전자입니다. 글로벌 2위 파운드리 업체이죠. 전체 매출이 아니라 파운드리 매출만 떼어 보면, 작년 4분기 기준 37억 1000만 달러, 약 4조 308억 원입니다. 같은 기간 삼성전자 전체 매출이 61조 원 가량이니 파운드리 매출 비중은 6% 정도입니다. 시장 점유율은 16.4%로 2위입니다. 1위 TSMC와의 차이가 크기는 하지만, 반대로 3위 이하 기업과는 점유율 차이가 10% 가량 나기 때문에, 파운드리 시장에서의 위상은 그 정도로 보면 될 것 같습니다. 삼성전자 파운드리는 원래 메모리를 주력으로 하는 DS부문 내의 사업팀이었는데, 2017년 5월부터 독자적인 사업부로 승격하면서 지금의 모습을 갖추게 됐습니다. 현재 총 7곳의 공장을 가동 중이고, 지금도 공장을 계속 짓고 있어 수는 더 늘어날 전망입니다. 이 외에 3위 UMC, 4위 글로벌파운드리 등이 있고, 이 기업들이 속한 파운드리 시장은 앞으로 몇 년간 계속 성장할 것으로 보입니다. 애플, 테슬라, 아마존 등이 자체 칩을 설계하면서 그 반도체의 생산 물량까지 모두 파운드리로 집중되기 때문이죠. 그래서 2010년 283억 달러였던 파운드리 시장은 2020년 846억 달러로 급성장했고, 올해는 작년보다 24% 가량 성장할 것으로 보입니다.
TSMC와 삼성전자의 경쟁 구도
이제 TSMC와 삼성전자의 경쟁 구도를 보겠습니다. 사실 현재 시점에서 점유율이나 매출 차이로 보면 둘은 경쟁이 되지 않습니다. 그럼에도 두 기업이 끊임없이 경쟁 관계에 놓이는 이유를 알려면, 반도체를 만드는 기술에 대해 간단히 알 필요가 있습니다. 반도체 관련 뉴스, 특히 파운드리 관련 뉴스를 보시다 보면 나노미터, 나노 같은 표현을 많이 보셨을 텐데요. 우선 나노미터에 대해 정리해 보겠습니다. 반도체는 작은 판 위에 얼마나 많은 회로가 그려져 있느냐로 성능이 갈립니다. 작은 공간에 많은 회로를 새기려면 회로의 굵기를 얇게 그리는 게 유리하겠죠. 이 회로의 굵기를 선폭이라고 하는데, 파운드리 업체의 기술 경쟁은 이 선폭을 줄이는 데 집중하고 있습니다. 기술 발전을 거듭할수록 선폭이 줄어들고, 지금은 나노미터 단위에서 움직이고 있습니다. 나노미터는 미터를 기준으로 10억분의 1미터입니다. 감이 잘 안 오시죠? 사물에 비유하면 모래알의 100만분의 1, 머리카락 굵기의 10만분의 1이라고 합니다. 그래서 나노미터는 파운드리 업체의 기술력을 상징하는 단위이고, 앞에 붙는 숫자가 작아질수록 더 높은 기술력을 뜻한다고 보면 됩니다. 얼마 전까지만 해도 10나노 공정이 최신 기술이었는데, 지금은 7나노, 5나노, 3나노 공정까지 나오고 있습니다. 현재 전 세계에서 7나노 이하 기술력을 갖춘 기업은 TSMC와 삼성전자뿐이어서, 두 기업이 주로 경쟁 상대로 언급되는 것입니다.
비슷한 수준의 기술을 가졌으니 두 기업이 경쟁이 되냐, 삼성전자가 곧 따라잡느냐고 묻는다면, 아직은 아니라는 시각이 더 많습니다. 그 이유들을 살펴보겠습니다.
첫째, 전체 생산량의 차이입니다. TSMC와 삼성전자가 현재 도달한 최신 공정은 비슷한 수준이라고 하는데, 숫자로만 보면 7나노, 5나노 양산에 돌입했고 3나노 양산을 두고 경쟁을 벌이고 있습니다. 하지만 TSMC는 10나노 이하의 미세공정 외에도 16~45나노 사이의 제품도 엄청나게 많이 생산하고 있습니다. 그만큼 고객과 포트폴리오가 다양하다는 말이죠. 이에 비해 삼성전자는 아직 고객도 다양하지 않고 시설도 다소 부족합니다. 기존 보유한 팹은 대부분 삼성 스마트폰용 반도체 엑시노스 생산 시설이었고, 그마저도 메모리 반도체인 DRAM 생산라인과 설비를 공유하는 상황이었습니다. 본격적인 파운드리 기업으로 탈바꿈한 지 얼마 되지 않았기 때문이죠. 문제는 지금의 파운드리가 수주가 몰리면 그것이 다시 기술과 자금력 강화로 이어지는 단순한 구조여서, 생산량이 압도적이고 포트폴리오가 다양한 TSMC가 치고 나갈 수밖에 없다는 점입니다. 고객 입장에서는 당연히 경험이 많고 생산량도 많은 TSMC에 맡기고 싶겠죠. 실제로 애플, AMD 등 많은 매출을 올리는 빅테크 기업들이 TSMC의 고객이고, 최근 인텔이 TSMC에 CPU 외주를 맡겼다는 소식도 전해졌습니다.
둘째, 장비 문제입니다. 장비도 삼성전자와 TSMC의 격차를 좁히는 데 중요한 문제입니다. 삼성전자는 최근 평택에 공장을 증설하는 등 파운드리에 적극 투자하고 있는데, 문제는 공장만 늘린다고 되는 것이 아니라 안에 들어갈 장비를 구해와야 한다는 겁니다. 5나노 이하 제품을 만들려면 극자외선 장비, 즉 EUV(Extreme Ultra Violet)가 필요한데, 이 장비는 주문만 하면 뚝딱 나오는 것이 아닙니다. EUV는 네덜란드의 ASML이라는 회사가 유일하게 제작하는데, 한 대당 2000억 원에 달하는 초고가 장비입니다. 가격도 엄청나지만 생산량이 매우 적습니다. 출하량을 보면 2018년 18대, 2019년 26대에 불과했고, 2020년에는 총 36대가 출하됐습니다. 더 큰 문제는 생산량도 적은데 출하량 대부분이 TSMC로 가고 있다는 것입니다. 지난해 말 기준으로 TSMC는 EUV를 60여 대, 삼성전자는 10여 대 보유한 것으로 추정됩니다. 아무래도 더 규모가 크고 안정적으로 생산하는 곳으로 물건이 쏠리는 것인데, TSMC는 2025년까지 200대, 삼성전자는 100대를 목표로 하고 있습니다. 그래서 이재용 부회장이 작년에 ASML 본사까지 찾아가기도 했는데, 지금의 추세로 보면 삼성전자가 목표한 만큼의 장비를 확보할 수 있을지는 의문이 남습니다. 이 장비를 삼성전자보다 일찍, 많이 확보해 둔 TSMC가 더 안정적으로 초미세공정에 돌입할 수 있을 것으로 보입니다.
셋째, 기업 간 파트너십 문제입니다. 앞선 두 문제에 비해서는 조금 사소할 수도 있지만, 감정적인 부분이기도 합니다. TSMC는 앞서 설명했듯 생산만 하는 회사입니다. 설계를 하지 않죠. 경쟁하지 않는다는 모토로 성실하게 외주만 한 덕에 많은 고객을 확보할 수 있었습니다. 하지만 삼성전자는 다릅니다. 파운드리 사업부가 별도로 운영되고 있다고 해도, 여전히 독자 반도체를 개발하는 종합반도체 회사죠. 삼성 파운드리에 생산을 맡기는 팹리스 입장에서는 경쟁 상대이기도 합니다. 반도체 생태계에서는 적과 연합하는 일이 일상이기는 하지만, 기술 유출과 같은 보안 문제가 신경 쓰이는 것은 사실입니다.
이런 현실적인 문제는 점유율 격차에서도 드러나는데요. 2019년 1분기만 해도 격차가 많이 좁혀졌지만, 반도체 수요가 급증한 2020년부터는 다시 격차가 벌어지고 있는 것을 확인할 수 있습니다. 그래서 삼성전자가 파운드리 부문에서 TSMC를 따라잡는다는 것은 조금 성급한 이야기인 것 같습니다. 그렇다고 삼성전자가 아예 안 되느냐, 그건 아닌 것 같습니다. 당장 따라잡는다, 역전한다는 표현이 조금 성급하다는 것이지, 삼성전자도 분명 수준급의 기술력을 가지고 있고 시장에서 많은 인정을 받으며 고객을 늘려가고 있습니다. 특히 미세공정 부문에서는 둘의 차이가 많이 좁아지는데, 10나노 이하 공정의 경우 TSMC와 삼성전자의 점유율 격차가 6대 4 정도로 좁혀집니다. 앞으로 미세공정 수요가 점점 늘어날수록 삼성전자에 더 많은 기회가 온다는 말이겠죠. 두 기업은 7나노 단계에서는 거의 대등한 기술 경쟁을 벌이고 있고, 5나노에서도 TSMC가 애플, AMD를 고객으로 확보한 것에 맞서 삼성전자도 퀄컴, 엔비디아 등을 고객으로 확보했습니다.
특히 둘의 경쟁과 삼성전자의 추월 여부는 3나노에 도달하면 확실해질 것이라는 예측이 많습니다. 3나노 기술은 주로 인공지능, 5G, 자율주행차, 클라우드 등 처리할 정보량이 많고 속도도 빨라야 하는 반도체에 이용되는데요. 그래서 애플은 물론 구글, MS, 아마존 등도 파운드리 고객이 된다면 시장 규모 자체가 어마어마하게 커질 것 같습니다. 3나노 공정은 TSMC와 삼성전자 모두 2022년부터 양산 돌입을 선언했는데, 이 기술의 성패에 따라 삼성전자가 최대 40% 수준까지 점유율을 확보할 수 있다는 전망입니다.
삼성전자와 인텔의 계약
삼성전자 파운드리 하면 또 다른 소식이 있죠. 삼성전자와 인텔의 계약입니다. 이것이 삼성전자에게, 그리고 TSMC와의 경쟁에서 어떤 의미인지 보겠습니다. 이번에 삼성전자가 수주한 제품은 사우스브리지 칩인데, 사우스브리지는 메인보드에 들어가는 칩셋의 일종입니다. 14나노미터 공정으로 생산될 것으로 보이는데, 고급 공정으로 생산하는 반도체 수주에는 실패해서 조금 아쉬움을 남겼습니다. 게다가 인텔이 TSMC에는 3나노 공정 기반의 CPU 생산을 맡겼다는 소식이 전해지면서 이런 아쉬움이 더해지기도 했죠. 이렇게 종합반도체 회사가 공정 난이도나 비용 문제 때문에 파운드리에 생산을 위탁하는 현상을 팹라이트 현상이라고 하는데, 지금 인텔은 7나노 양산에도 어려움을 겪고 있어 이런 팹라이트 현상은 당분간 더 이어질 것 같습니다. 그래서 이번 계약이 성공적으로 끝난다면 인텔과도 관계를 이어갈 수 있을 것 같고, 나중에는 인텔의 주력 제품들도 수주할 수 있지 않겠느냐는 관측도 있습니다. 또 굳이 미세공정 수주가 아니더라도 다양한 수주를 받아오게 되면 삼성전자 파운드리의 포트폴리오를 다양화하는 데 큰 도움이 될 것 같습니다.
마무리
오늘은 반도체 산업의 뼈대라고 할 수 있는 파운드리 산업에 대해 다뤄봤습니다. 그 개념과 이를 주도하는 삼성전자, 그리고 TSMC의 경쟁 관계를 집중적으로 살펴봤습니다. 지금까지는 엔비디아, AMD 같은 설계 중심의 팹리스 기업들이 반도체 시장에서 돋보였는데요. 올해는 반도체 수요가 크게 늘어나면서 파운드리가 더 돋보일 것 같습니다. CPU, GPU 경쟁만큼이나 흥미로운 것이 이 공정 경쟁인데, 앞으로도 관심을 갖고 지켜보시면 반도체 뉴스를 더 재미있게 보실 수 있을 것 같습니다. 오늘 준비한 이야기는 여기까지이고, 또 다른 기업과 산업의 이야기로 돌아오겠습니다. 재밌게 보셨다면 구독과 좋아요 부탁드립니다.
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