파운드리 경쟁 현황

 

현재 7나노 이하에서 경쟁 가능한 기업은 TSMC와 삼성전자뿐

그럼에도 공정 능력, 후공정, 파운드리 생태계, 고객과의 관계 역시 TSMC가 월등히 높다는 평가

 

 

 

 

TSMC

 

매출 : 5나노부터 레거시 공정까지, 공정 별로 매출점유율이 고르게 분포

5나노 : 애플 비중이 과반 이상. 애플의 모바일 AP, PC 및 노트북 CPU 생산중 / 이외에 AMD(젠4 아키텍처기반 CPU, RDNA3 아키텍처 기반 GPU), 브로드컴, 퀄컴 AP 및 5G모뎀, 미디어텍 5G모뎀, 인텔GPU 생산중

애플이 해당 공정을 거의 독점하고 있기 때문에 퀄컴, 엔비디아, AMD등이 일부 물량을 삼성전자 5나노 공정으로 넘김

 

* 애플이 TSMC 매출의 20% 이상을 차지하는 것으로 알려지고 있으며, 애플이 TSMC 위탁생산규모를 늘리면 타 팹리스의 생산 할당분이 뒤로 밀린다고 함.

* TSMC에서는 2010년 중반부터 후공정 서비스를 지원. (후공정 서비스 : 칩 면적의 효율적 이용, 고용량 메모리 장착 혹은 고객의 설계 자유도 상향 등의 서비스를 지원)

 

 

 

삼성전자

 

매출 : 생산 라인은 대부분 10nm 이하, 선단공정에 집중되어 있음(초미세공정에 한해 TSMC와 6 : 4까지 점유율을 좁힘)

주요 고객 : 무선사업부(모바일 AP 엑시노스) / 현재 시스템LSI, 디스플레이 내부고객 비중이 6, 외부고객 비중 4로 알려져 있으며 현재 50%정도로 낮아진 것으로 알려짐 / 엔비디아나 퀄컴, IBM 등 팹리스 기업들이 TSMC에서 삼성팹으로 넘어가는 이유는, 수율이 아닌 CAPA(양산)때문

3나노 : AMD GPU생산 검토중(단, AMD와 파운드리 협업 이력이 없기 때문에 GPU 설계·개발에 2~3년 소요될 것)

5나노 : 현재 CAPA 부족 문제가 심한 공정. 삼성의 8 ~ 5나노 주 고객은 TSMC에서 넘어온 퀄컴(모바일 AP), 엔비디아(GPU, GeForce GTX30 : 파운드리 매출의 10%)

7나노(2018년 EUV 가동) : IBM(서버용 CPU 파워10)

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* 2015년부터 애플AP 위탁생산 종료(TSMC 독점생산)

* 2019년부터 테슬라의 완전자율주행(FSD) 반도체 칩 위탁 생산, 아우디에 삼성전자가 직접 설계, 생산한 엑시노스 오토 8890를(인포테인먼트 시스템) 공급 중

* 삼성전자를 이용하는 고객(퀄컴, 엔비디아 등)은 외부 후공정 서비스를 이용

* 패키징 기술 : 2020 투자자 포럼에서 엑스큐브, 아이큐브 패키징 후공정 기술 발표. 3차원 혹은 2.5차원의 적층 패키지 기술로, 엑스큐브는 복수의 칩을 수직으로 얇게 쌓아서 하나로 패키징하는 기술이다.

* 특허청에 EUV 관련 상표권 출원. 이 상표권은 ‘EUV Advanced Processing Technology(EUV 고급 처리 기술)’이란 영문을 디자인한 형태로, EUV가 한눈에 들어오며, 앞선 처리기술을 갖췄다고 강조하는 이미지. 사실 이런식의 마케팅으로 고객을 유치한다기 보단, 고급 기술인 EUV를 활용한 삼성전자 혹은 삼성전자 고객의 제품이나 기술력을 고객에게 알기 위한 마케팅. B2B 마케팅으로 보이는데, 중~소규모 수주고객, 혹은 팹리스 고객의 제품을 지원하려는 목적인 듯. 기술력보다 노하우 격차가 크기에 이런식의 마케팅도 하는 것으로 보입니다.

 

* 매출기준 팹리스 순위(애플 제외) : 퀄컴 > 브로드컴 > 엔비디아 > 미디어텍 > AMD

 

 

 

카더라

 

 

인터넷 커뮤니티에서 업계 관계자의 카더라를 보면,

TSMC와 삼성전자 모두에 장비 및 소모품을 공급하는 벤더사에서 각각 상대방의 공정에 대한 정보를 암암리에 공유하는데(TSMC에서 삼성전자의 공정을, 삼성전자 역시 TSMC의 공정 사진을 봄)

삼전측 연구개발 관계자의 말에 따르면 TSMC의 공정을 보고 혀를 내두를 때가 많다고 함. 파운드리 연구개발 인력만 해도 TSMC가 삼성의 3배이며, 공정이 훨씬 예쁘고 정교하여 삼성이 잡지 못하는 발열 문제, 성능 문제도 TSMC가 월등하다고. 

 

이것이 과거 삼성전자의 책임도 있는 이유는

삼성전자는 시스템 반도체 관련하여 본인들이 축적한 고객들을 제 손으로 내 쫒아버린 이력이 있음. 무선업체에 몰빵하면서 다른 고객을 소외시킴.

뿐만 아니라 소프트웨어 인프라의 중요도가 올라가고 있는데, 소프트웨어 개발자에 신경쓰지 않은 결과, 현재는 인력 부족으로 중국기업에 통째로 외주를 주고 진행중. 파운드리에서도 같은 짓을 하여 고객들이 TSMC를 이용하게 만들었다 현재 DSP라는 것을 만들어 TSMC와 협력했던 AD TECH(모델링 및 시뮬레이션 시스템 개발 회사)같은 회사들을 생태계에 포함시키려 노력중.

 

그렇다고 삼성전자의 시스템 반도체의 미래가 어둡지도 않은 이유는

08, 09, 10년대 갤럭시, 아이폰 초창기 32나노 삼성 시스템 반도체에서 실적이 급등. 당시 삼성전자 내부는 물론, 애플, 퀄컴, 엔비디아, 브로드컴 등 세계적인 팹리스 기업을 고객으로 유치하였으며 28나노에서는 퀄컴의 수주로 나쁘지 않은 실적을 유지.

20나노에서는 32나노와 28나노에서의 성공을 바탕으로 삼성전자가 공격적인 마케팅을 펼쳐 애플을 고객으로 받으려 했으나 3년의 개발기간에도 불구하고 애플의 요구조건을 충족하지 못하여 막대한 손해를 보고 TSMC에 애플을 빼앗김. (결과적으로 20나노에 참여한 사람들 대부분은 승진경쟁에서 밀렸다고..)

일명 MOSFET, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터의 한계까지 다다른 20나노에서 애플을 잡기 위해 무리하게 추진하다 실패해 막대한 손해를 보게 된 것.

이를 만회하기 이해 우수한 공정 개발인력을 14나노에 배치해 반전을 노렸고, 결과적으로 TSMC보다 1년 앞서 양산에 성공하여 우수한 실적을 이끌어냄. (32나노와 14나노 성공실적을 쌓은 인력들은 이때 대거 승징하였다고.)

* 이건희 인터뷰를 보면, 공정개선을 할때마다 장벽이 있음을 직감하고 선단공정 개발을 위한 선행연구팀을 별개로 조직하여 선단공정 개발에 따른 지연을 줄이도록 하였음. 그 결과 32나노 개발 인력이 20나노 대신 14나노 공정 개발에 투입되었을 가능성이 있다고 추측됨.

뿐만 아니라 세대당 수조가 넘는 연구개발비가 투입되고, 실패시 기회비용 또한 수조 이상임.

예를들어 현재 개발완료한 공정은 5~6년 전 개발 초창기에 방향성을 잡고 추진한 프로젝트인데, 개발완료된 공정에서 성능이나 발열 문제가 발생하면 개발 방향은 되돌릴 수 없고, 업그레이드를 통해 문제점을 개선할 수 있을 뿐임. 기회비용이 막대하기 때문에 연구개발 실패에 따른 책임을 지지 않을 수는 없었을 것. 

 

 

 

이에 TSMC는 14나노 대신 16나노 FINFET(다중 게이트 전계 효과 트랜지스터) 개발에 뒤늦게 뛰어들고 삼성전자는 14나노의 성공을 바탕으로 10나노 FINFET 개발에 집중했으나

삼성전자는 뒤늦게 FINFET에 뛰어든 결과 TSMC의 앞선 FINFET 노하우를 바탕으로 삼성전자보다 우수한 퀄리티의 제품을 양산하게 되며 삼성전자를 제압.

삼성전자는 7나노와 5나노에서 수년간 개발에 집중하였으나 미세화된 FINFET공정에서 애를 먹게되었음. (사실 7나노와 5나노는 고객 대응용 마케팅 용어로, 비슷한 공정이며 TSMC 역시 마찬가지지만 그럼에도 삼성전자보다는 우수한 공정능력을 바탕으로 좋은 제품 퀄리티를 유지하고 있다.)

이제 FINFET 기술은 한계에 도달하였으며 삼성전자는 3나노를 위한 GAA(게이트올어라운드)라는 새 구조를 밀고 있음

 

삼성전자는 10나노 이후부터 5나노까지 TSMC에 밀린것이 사실이며, 고객 유치에 어려움을 겪는것도 사실이지만 14나노당시 FINFET과 마찬가지로 수년 전부터 GAA로의 체제 변화를 준비중이며, TSMC보다는 훨씬 빠르게 도입되어 양산에 성공할 것이 분명함. GAA는 현 삼성전자 부회장이 갖고 있는 특허가 주 무기인 제품이기에 삼성내/외부에서 밀지 않을 수 없는 제품.

* 참고로 삼성전자는 당장 다른 신사업 분야로 진출하기에 녹록치 않으면서 메모리, 파운드리 모두 막강한 경쟁자들이 무섭게 경쟁에 집중하고 있기 때문에 삼성전자는 어차피 반도체 투자 몰빵을 할 수 밖에 없음.

* 섬성전자가 GAA 특허를 갖고 있는데, 그렇다고 타 반도체 회사들이 GAA기술로 반도체를 만들지 못하는 것은 아님. 주요 특허들을 인텔, TSMC, 삼성전자가 갖고 있는데 각자의 특허들이 공정을 개발하고 양산하는데 너무 중요하기 때문에 서로 태클을 걸지 못한다. 특허를 특허로 방어하는 구조이기에 특허로 태클을 걸면 매우 어렵고 복잡한 문제가 발생하게된다.

어쨋든 결론은, 삼성전자는 5나노까지 힘든 시기를 보낼 것이고 반도체 퀄리티와 성능도 크게 개선되지 않아 발열을 잡지 못한 제품이 양산될 것. 당장 1~2년 후 출시될 스마트폰은 크게 성능이 개선되는 부분이 없고 대신 소프트웨어나 카메라에서 부가 기능을 강조하게 될 것

다만 3나노부터 삼성전자가 GAA를 바탕으로 시장을 선도할 것으로 예측되지만, 2나노와 1나노 부터는 TSMC와 치열한 경쟁에 놓일 것이기 때문에 10년 뒤 누가 승자가 될지는 알 수 없음.

* GAA는 2022년은 어림없고, 빠르면 23년 후반, 24년에는 실제품 탑재가 가능할 것.