반도체 공정 생태계 및 파운드리 위탁 제조 대표 기업 정리

현대 산업의 없어서는 안 되는 쌀이며, 미중 무역전쟁과 패권전쟁의 핵심이 바로 반도체입니다. 한국에서는 삼성이라는 기업이 있지만 반쪽자리 반도체 기업이라는 말을 들을 정도로 매우 중요하지만 어려운 반도체 이야기를 정리해봤습니다. 

 

물론 전문가는 아니지만 여러 가지 자료를 정리해서 반도체를 만드는 공정 생태계와 현재 슈퍼을로 점점 중요성이 높아지는 파운드리에 대해서 정리해봤습니다.

 

일반 반도체는 기억력을 담당하는 메모리 반도체와 생각을 수행하고 동장을 수행하는 비메모리 반도체 2종류로 나뉘며, 한국은 운명적으로 메모리 반도체 하나만 집중적으로 공략해서 전 세계 시장을 재패했지만, 점점 스마트폰과 자율주행 자동차, AI 등으로 비메모리 반도체 수요가 급증하면서 반도체를 좀 더 정밀하게 만드는 파운드리 기업이 슈퍼을로 떠오르고 있습니다.

 

■ 반도체 생상 공정 생태계.

반도체가 완성품으로 나오기까지는 설계 → 생산 → 테스트 → 판매, 유통 총 4개 단계를 거쳐 완성이 됩니다 따라서 어떤 공정 작업을 도맡아 하느냐에 따라서 구분이 달라집니다.

1. 칩리스 기업 : 다른 작업을 하지 않고 오로지 기반 기술 설계만 도맡아서 화는 회사를 칩리스라고 하며, 대표적인 기업으로는 스마트폰 반도체 기반 기술로 널리 사용하는 영국의 arm(Acorn RISC Machine) 기업이 있습니다.

 

2. 팹리스 : 칩리스 기업 설계를 바탕으로 GPU, CPU 같은 반도체 설계하고 여기에 브랜드를 붙여서 판매하는 회사를 팹리스라고 합니다. 설계와 판매, 유통을 담당하며 팹이라는 뜻은 fabrication facility(반도체 웨이퍼 생산설비)의 약자로 반도체 생산설비를 말합니다.

 

팹리스 뜻은 = 팹이 없다 = 반도체 생산 설비가 없는 기업으로 대표적인 기업은 퀄컴, amd, 엔비디아 기업이 있습니다.

 

3. 파운드리 : 요즘 가장 핫 한 반도체 뉴스 중 하나로 오랫동안 집중적으로 뛰어난 설계력을 갖춘 팹리스 기업들은 많지만, 원하는 만큼의 품질을 생산할만한 시설을 갖추기는 어려운 게 현실입니다. 반도체 공장은 막대한 규모와 자본, 생산설비 투자, 인력이 필요해서 반도체 생산 공정이 분류되고 있습니다.

 

팹리스 기업들이 아무리 설계를 잘하고 잘 나간다고 해도, 수 조원 투자는 부담스러운 금액으로 외주 및 이런저런 문제로 요즘에는 위탁 생산만 주로 하는 핫 한 파운드리 회사입니다. 파운드리(Foundry)는 반도체 설계 없이 오로지 생산만 전문적으로 하는 기업을 말하며, 대표적인 기업으로는 한국의 삼성전자, 미국 글로벌 파운드리, 대만의 tsmc가 있습니다.

 

4. IDM(Integrated Device Manufacturer 종합 반도체 회사) : 위 1~3번의 설계에서 생산을 하고 만드는 능력까지 모두 갖춘 회사로 현재로는 삼성전자 및 인텔 정도가 종합반도체회사로 분류가 됩니다.

 

여기서 삼성은 자사에 들어가는 스마트폰 칩이나 ap 엑시노스 시리즈는 설계부터 생산까지 다 하고 있어서 IDM에 포함이 될 수 있고, 파운드리 사업부도 따로 운영을 하고, 외부 물량도 규모가 커서 파운드리 사업자로 분류가 될 수 있습니다.

■ 파운드리 대표 기업.

여기서부터는 삼성전자가 상당히 우울해지기 시작합니다. 일단 파운드리 하면 가장 먼저 떠오르는 기업은 당연히 tsmc와 삼성전자입니다.

 

TSMC는 1987년 대만 행정원 정부 산화 국가출자기업으로 시작해 1992년 민영화가 되었고, 기업 창업부터 현재까지 오로지 외길 파운드리만 걸어온 기업으로 기업 사훈도 '고객과 경쟁하지 않는다'로 다양한 글로벌 고객이 많고, 올해 자동차 반도체 부족으로 독일 및 미국에서 대만에 외교전을 펼치기도 했습니다.

 

TSMC 매출은 작년 2020년 4분기 기준으로 한화 약 13조 6,300억 원 수준에 파운드리 시장 점유율은 약 54%로 압독적인 1위입니다. 삼성전자의 메모리 부분은 전체 반도체에서 약 20% 수준이라 앞으로 비메모리 반도체 수요는 급증할 거라는 전문가들의 의견입니다.

 

tsmc가 공급을 중단하면 제품을 아예 만들지 못하는 기업이 화웨이로 작년 2020년 8월 독자 스마트폰 칩 생산 중단을 발표하기도 했습니다.

 

여기에 한국을 대표하는 삼성전자는 2020년 비메모리 반도체 위탁 생산 점유율에서 약 17%로 그치고 있고, 그나마도 자사 발주가 많으며, 외부 고객은 40%라 반쪽짜리 반도체 강국이라는 말을 듣는 이유가 있습니다. 점점 자율주행 자동차 및 스마트폰, AI 등으로 비메모리 반도체 수요가 급증하기 때문에 이제 tsmc는 그냥 생산만 해주는 회사를 넘서 가장 정밀하고 품질 좋은 반도체를 대량 생산할 수 있는 기업으로 슈퍼을에 위치해 있습니다.

 

■ 반도체 EUV 장비 문제?

5 나노 이하 반도체를 생산에 꼭 필요한 장비하면 네덜란드 기업 ASML EUV(euvextreme ultra violet) 장비가 꼭 필요한데, 그 이유는 정밀하고 효율이 높은 초미세 공정의  5 나노 이하 반도체를 만들기 위해서입니다. 따라서 반도체는 공장 신축 및 증설만 한다고 끝나는 게 아니라 내부의 장비도 필수이기 때문입니다.

 

하지만 EUV 장비는 이 지구 상에서 오로지 네덜란드 ASML에서만 생산을 하고 1대당 가격이 약 2,000억 원 정도에 주문만 한다고 나오는 장비가 아니라는 겁니다.

 

EUV 장비의 출하량을 보면 2018년 18대, 2019년 26대에 불과할 정도로 고가이면서 생산량도 매우 적어서 이 장비를 얼마나 확보하느냐가 파운드리 기업의 미래를 좌우할 수 있다고 해도 과언이 아닙니다. 더 중요한 것은 출하량 대부분이 tsmc가 가다 보니 안정적인 생산을 하기 위해 삼성도 고민을 하고 있습니다.

 

현재로는 파운드리 점유율은 대만의 tsmc에게 삼성은 현격하게 밀리는 것은 맞지만, 기업과 정부차원에서 한국 미래를 위해 관심과 투자, 기업인 보호는 꼭 필요하다고 생각합니다.