TSMC·삼성의 반도체 전쟁, 2022년이 분기점일까? 빅데이터 시대에 파운드리가 꼭 필요한 이유

⏱ 01:14빅데이터와 자율주행의 확산은 고성능·저전력 반도체 수요를 키웁니다. 설계 기업이 고가의 초미세 공정 장비를 직접 갖추기 어려워 위탁 생산을 맡기는 파운드리 분업이 중요해졌습니다. EUV 장비는 대당 약 2,000억 원이며, TSMC와 삼성전자의 점유율은 각각 52.9%, 17.3%로 제시됩니다. TSMC는 기술·생산 능력과 고객과 경쟁하지 않는 사업 구조가 강점입니다. 삼성의 추격은 2022년 상반기 GAA 3나노 양산과 고객 확보가 분기점이라는 당시 전망이며, 생산 규모와 기술 경쟁력을 함께 살펴야 합니다.

⏱ 00:00전 세계 메모리 반도체 시장을 지배하는 업체는 어디일까요? 1위는 삼성전자, 2위는 SK하이닉스입니다. 3위인 미국 마이크론까지 포함하면 메모리 반도체 3대 업체 중 두 곳이 국내 업체인 겁니다. 그런데 최근 IT 업계에서 더욱 주목받고 대우받는 분야가 있습니다. 반도체를 위탁 생산해 주는 파운드리입니다. 대만 TSMC와 우리나라 대표 반도체 기업 삼성전자가 대표적인 파운드리 기업입니다. 반도체 전체 시장의 단 15%를 차지하는 파운드리는 왜 중요해졌을까요? 시장의 패권을 잡은 TSMC와 2위 삼성전자의 구도는 어떻게 만들어졌고, 삼성 파운드리에 역전의 기회는 있을까요? 이번에는 반도체 산업에서 파운드리의 중요성과 업계의 경쟁을 이야기합니다.

⏱ 00:46파운드리 이야기를 할 때 빼놓을 수 없는 게 바로 데이터입니다. 여러분이 이 영상을 보는 1분 동안 세상의 데이터는 얼마나 많이 쌓였을까요? 유튜브에는 400시간 분량의 영상이 업로드됐고, 구글에는 100만 건 이상의 검색 데이터가 쌓였습니다. 웹사이트는 총 571개나 만들어졌다고 합니다. 이처럼 우리가 모르는 사이에도 수많은 데이터가 생겨나고 있습니다. 통신이 발전하면서 사람들은 어디서든 빠른 인터넷을 쓸 수 있게 됐고, 그 결과 데이터가 기하급수적으로 쌓이는 겁니다. 빅데이터 시대로 넘어오면서 IT 산업에서는 데이터를 수집하고 가공하는 일이 무엇보다 중요해졌습니다.

⏱ 01:19테슬라의 자율주행을 예로 들어 봅시다. 주변 도로와 자동차, 보행자 등을 인식하는 데 카메라와 레이저 등 센서가 동원되고, 여기서 들어오는 데이터를 온보드 컴퓨터가 처리해 자율주행을 가능하게 합니다. 이를 위해 차 한 대에 들어가는 반도체 수만 2,000개에 달합니다. 내연기관차가 300~400개의 반도체를 싣던 데 비해 거의 10배 가까이 늘어난 겁니다. 이처럼 데이터를 받아들여 처리하고 목적에 맞게 쓸 수 있도록 하는 것이 반도체의 영역입니다. 자율주행차, 서버, 가전, 사물인터넷 등에서 고성능·저전력 반도체를 찾는 수요가 늘어난 겁니다.

⏱ 01:56공급 측면도 봅시다. 예전에는 반도체를 설계하는 회사가 제조까지 하는 경우가 많았지만, 어느 순간부터 설계와 제조가 이원화되기 시작했습니다. 이유는 간단합니다. 생산 공장을 만드는 데 막대한 돈이 들기 때문입니다. 고성능 반도체에는 한 자릿수 나노미터 수준의 초미세 공정이 요구됩니다. 이를 구현하는 장비는 대당 적게는 수십억 원에서 수백억 원까지 하고, 최근 업계의 화두가 된 EUV, 즉 극자외선을 활용한 노광 공정 장비는 대당 2,000억 원 정도 한다고 합니다. 반도체를 설계하는 모든 업체가 이런 장비를 가질 수는 없습니다. 장비를 가진 회사가 대신 반도체를 만들어 주면 설계 회사가 투입할 자본적 지출은 줄어들겠죠. 전문화된 파운드리 업체가 탄생한 이유입니다. 누군가 설계도를 가져오면 그대로 만들어 주는 일종의 분업 시스템이 구축된 겁니다.

⏱ 02:45반도체 시장에서 파운드리가 차지하는 비중은 15% 수준입니다. 시장조사업체 가트너에 따르면 올해 파운드리 시장 규모는 743억 달러 수준이고, 2024년까지 876억 달러로 커집니다. 연평균 성장률은 7.1%에 달하죠. 이 과실을 사실상 두 업체, 대만 TSMC와 우리나라 삼성전자가 독식하고 있습니다. 지난 2분기 기준 상위 10개 파운드리 업체에서 총 244억 달러의 매출이 발생했는데, 이 가운데 52.9%가 TSMC에서, 17.3%가 삼성전자에서 나왔습니다.

⏱ 03:19그렇다면 파운드리 산업에서 TSMC가 앞서 있는 이유는 무엇일까요? TSMC는 파운드리 전문 회사라는 개념 자체를 만든 기업입니다. 미세 공정 기술력에서 오랫동안 선두를 유지하고 있고, 전 세계 파운드리 기업 중 생산 능력도 압도적입니다. 설계 IP 공급부터 디자인, 제조, 패키징까지 한 번에 제공할 수 있는 몇 안 되는 파운드리 기업이기도 합니다. 삼성전자가 파운드리를 독립시킨 것은 2017년으로, 그다지 오래되지 않았습니다. 같은 해 삼성전자는 전체 반도체 시장에서 매출 1위를 차지했지만, 파운드리에서는 TSMC는 물론 글로벌파운드리와 UMC에 뒤져 4위에 불과했습니다. 강점인 하드웨어 역량을 십분 발휘해 2020년 시장 2위에 오르는 데 성공했지만, 여전히 TSMC와의 격차는 큰 편입니다.

⏱ 04:05공정 기술력을 어느 정도 따라잡았음에도 삼성전자가 TSMC에 밀리는 이유는 무엇일까요? 파운드리이면서 동시에 자기가 필요한 칩도 만드는 종합 반도체 회사이기 때문이라는 평이 지배적입니다. 대표적인 것이 스마트폰의 두뇌에 해당하는 애플리케이션 프로세서(AP)입니다. 삼성전자는 자사 스마트폰에 들어가는 AP인 엑시노스를 직접 만듭니다. 당연히 AP를 설계하는 회사들과 경쟁 관계에 있고, IP 유출 우려도 있을 테니 이들은 삼성과 관계를 맺기 꺼리겠죠. 대표적인 회사가 애플입니다. 아이폰 5 시리즈까지 삼성전자 LSI 사업부에 위탁 생산하다가 아이폰 6에 들어간 A8 칩부터 전량을 TSMC에 맡기고 있습니다. 고객과 경쟁하지 않는다는 TSMC의 회사 모토가 먹혀든 셈입니다.

⏱ 04:46그렇다면 삼성전자가 TSMC를 역전하기는 어려울까요? 생산 규모만 본다면 당장은 현실적으로 쉽지 않습니다. TSMC의 월 생산 능력은 100만 장이 넘는 반면 삼성 파운드리의 생산 능력은 45만 장에 그칩니다. 하지만 프리미엄 시장으로 시야를 좁히면 이야기가 달라질 수 있습니다. 삼성 파운드리가 미세 공정에서 TSMC를 기술적으로 따라잡기 시작했기 때문입니다. 그 중요한 분기점이 바로 내년인 2022년이 될 전망입니다.

⏱ 05:10삼성 파운드리가 내년 상반기부터 트랜지스터에 게이트 올 어라운드(Gate-All-Around, GAA)를 도입한 3나노미터 공정의 양산을 시작한다는 겁니다. TSMC가 3나노미터 공정이 지연되고 있다고 밝힌 지 채 두 달도 되지 않은 시점이라 주목받았습니다. 삼성 파운드리가 TSMC보다 기술력에서 앞설 수 있다면 기존 TSMC 고객사들도 삼성의 문을 두드릴 수 있을 겁니다. 이후 벌어질 대규모 투자와 시장점유율 경쟁, 삼성의 파운드리 분사 가능성은 차치하더라도 내년 상반기가 삼성 파운드리에 가장 중요한 시점이 될 것이라는 예상이 가능해집니다.

⏱ 05:44반도체 파운드리를 둘러싼 경쟁과 기술 이야기의 윤곽이 대략 잡히지 않나요? 물론 여기에는 IDM 2.0으로 파운드리 시장에 진출하는 인텔의 이야기도 있습니다. 그룹 차원에서 파운드리를 차세대 먹거리로 준비하는 SK하이닉스, 미국의 견제에도 꾸준히 기술력을 키우며 절치부심하는 중국 SMIC의 이야기도 숨어 있습니다.