스크랩 손바닥세계사 #144 - 반도체와 파운드리 Foundry

[황룡]

[손바닥세계사 #144 - 반도체와 파운드리 Foundry]

최근 들어 자동차용 반도체 부족 현상과 관련하여 파운드리라는 용어가 자주 언급되니 잠깐 살펴본다

현대 산업의 쌀이라는 반도체 Semiconductor 는 모든 산업에 필수적인 부품이다

한 예로, 작년 미국의 트럼프는 중국의 화웨이가 미국의 산업기술을 해킹한다고 선언하면서 미국 상표 반도체와 미국 장비를 사용한 일체의 반도체를 화웨이에게 공급하지 못하게 했다 그 결과 화웨이는 급격하게 위축되고 있다 반도체라는 부품의 위력을 볼 수 있다

반도체는 크게 두가지로 구분된다

입력된 정보를 저장하는 메모리 반도체 - 삼성전자와 SK 하이닉스가 선두주자이다 - 그리고

입력된 정보를 해석하고 처리하여 가전제품이나 자동차 등을 작동시키는 비메모리 반도체 (=시스템 반도체) 가 있다 Intel 과 Qualcomm이 대표적이다

----- [ 반도체 역사 ] ------

1900년대 초 전기가 통하는 물체 즉 도체에서만 흐르는 전자를 진공상태에서도 활동할 수 있도록 진공관이 개발된다 당시 많은 전자기기에 진공관이 이용된다

1947년 미국 벨 연구소의 쇼클리 박사가 트랜지스터 TR을 개발하여 획기적인 전환기를 만든다

1958년 미국의 TI (Texas Instrument)와 페어차일드에서 집적회로 IC 를 개발하여 드디어 반도체 시대를 연다


----- [ 반도체 제조 ] ------

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어떤 반도체이든 제조 공정은 똑같다

1. (설계과정) 반도체 회로를 설계하고
2. (생산과정) 원형의 실리콘 웨이퍼에 수백개를 새겨넣고 이를 하나씩 떼어내어 어셈블리 패케징 테스트 과정을 거치면 한개의 반도체가 된다

위 1-2 의 모든 공정을 직접 하는 회사를 종합반도체회사라고 하나 사실 많지가 않다 고도의 설계능력과 엄청난 자본과 기술의 생산공장까지 모두 갖추기가 쉽지 않기 때문이다 여기에는 Intel 삼성전자 SK하이닉스가 해당된다

회로 설계 과정은 두뇌를 만드는거나 마찬가지이기 때문에 대단한 노하우와 엄청난 지적재산을 가진다 불과 5 제곱밀리미터의 칩 하나에 도시 규모의 설계도가 새겨져있다고 표현하기도 한다

그러나 사실은 생산 과정이 더 어렵다 세밀한 설계를 직접 제품으로 완성하여야 하기 때문이다

실리콘 웨이퍼에 새겨넣어야 하는 회로 폭은 머리카락보다 훨~씬 얇은 극도로 세밀한 작업이다 흔히 펩 Fab공정이라고 한다

이 Fab공정에도 세부적인 여러 공정으로 나누어지고 각각의 첨단 장비들이 많이 필요하지만 대표적인 장비는 네덜란드의 ASML 장비가 완전 수퍼울트라갑이다 Intel이 아무리 설계를 잘 해도 삼성전자가 아무리 뛰어난 생산기술을 가지고 있어도 거기에 맞는 ASML 장비가 개발되지 않으면 어느 누구도 생산을 못한다 천하의 Intel 도 삼성전자도 한대에 1500억 가까이 지불하면서 ASML의 장비 개발을 목을 빼고 기다리는 형편이다

실리콘 웨이퍼나 에칭가스 등 Fab 공정에 필요한 대부분의 소재는 일본기업들이 강하다 아베 수상과 문재인 대통령의 외교 갈등 당시 삼성전자의 이재용 부회장이 직접 뛰어다닌 이유가 여기에 있다

그 이후 또다른 수많은 세밀하면서도 복잡한 공정이 기다리고 있다 ... 그리고 작업공간에 눈에 보이지도 않는 작은 이물질이 조금이라도 있으면 그 공정 전체가 불량으로 처리될 수 도 있다 그래서 생산공장 전체가 전자동 설비와 함께 먼지 온도 습도를 완벽하게 제어하는 수퍼클린룸으로 유지된다

이처럼 설계는 미국, 소재는 일본, 생산은 한국과 대만, 이렇게 크게 나눌 수 있다

----- [ 파운드리 Foundry ] -----

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사정이 이렇다 보니 반도체 생산공장 하나를 지을려면 최소 수조원~ 심지어 수십조원~이 들어간다

여기서 파운드리 사업이 생긴다 파운드리는 원래 주물공장이라는 뜻을 가졌지만 근래에는 반도체 설계도를 받아서 그 설계대로 만들어 납품하는 반도체주문생산을 의미한다

1990년 초까지만 하더라도 도시바 NEC 히타치 IBM 등 주로 일본 종합반도체회사들이 전세계 반도체시장을 지배하던 시절이다

미국정부는 독점하는 일본회사들을 견제하기 위하여 생산능력이 부족한 미국 반도체회사의 생산을 아시아의 작은 반도체회사들에게 맡기도록 한다

----- [[ TSMC ]] ------
(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)

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1987년 국가기업으로 설립된 대만의 TSMC는 1992년 민영화되면서 사업을 크게 확장한다 파운드리를 처음 시작한 회사라고 볼 수 있다

'우리는 고객과 경쟁하지 않는다 (안심하고 우리에게 맡겨라)' '너희들은 설계만 하여라 우리는 생산해서 납품하겠다' 라는 슬로건을 내세운다

애플 퀄컴 엔비디아 AMD 등 대형기업을 고객으로 2020년 매출은 약 53조원을 예상한다 이는 전년 대비 25% 늘어난 최고 실적이다 영업이익은 22조이다 거기다 2030년까지 약 31조원이라는 엄청난 투자를 발표한다

서로 만들어 달라고 줄을 서있는 세계 파운드리 시장의 55%를 점유하는 수퍼킹이다 주문이 너무 많다 보니 이익이 작은 자동차 반도체 주문을 받지않아 지금 전세계 자동차 공장이 올스톱할 지경이니 과연 수퍼킹이다

게다가 트럼프의 요구대로 중국 화웨이를 버리고 대신 미국 고객을 더 받기로 한다

5 나노미터(나노미터=10억분의1미터) 생산을 먼저 시작한 TSMC 는 2024년부터는 거의 한계점인 2 나노미터 제품을 생산하겠다고 의도적으로 발표한다 삼성전자의 파운드리보다 많이 앞서간다 먼저 시작하고 먼저 점령했기 때문이다

초대회장 모리스 창은 대한민국을 공개적으로 미워하는 대만 기업인으로 유명하다

----- [[ 삼성전자 ]] --------

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삼성전자는 전체 매출이 약 237조 영업이익 약 36조이며

반도체부문만 봐도 매출 약 73조 영업이익 19조이다 매출 53조의 TSMC 보다 훨씬 규모가 크다

물론 파운드리 사업도 같이 하고 있다 시장의 17%를 차지하고 있다 그러나 애플 등 대형고객들은 삼성전자에게 주문을 주지 않는다 반도체 설계의 경쟁자이기 때문이다

삼성전자는 메모리 반도체의 최강자이다 그러나 메모리 시장은 선생산후주문의 특성으로 가격등락이 심하다 가격이 안정적인 시스템 반도체에 진출하고 싶지만 설계기술의 벽이 너무 높다 그래서 기존의 생산능력을 활용할 수 있는 파운드리 시장으로 더 진출하려고 한다

----- [ 향후 전망 ] -------

반도체 전문가들에 의하면, 파운드리 시장에서의 점유율 역전은 만만치 않을거라 한다 그러나 설계와 생산 모두의 강점을 같이 가지고 있는 삼성전자는 차세대 반도체 영역인 AI 반도체 시장을 선점하는 전략이 더 유효하다고 한다

물론 삼성도 이를 알고 있다 그렇게 하기 위해서는 무엇보다도 고 이건희 회장 시절처럼 수십조원 혹은 수백조원에 달하는 과감한 투자를 촌각을 다투며 즉각즉각 결정하여야 한다

삼성전자가 일본 반도체회사의 메모리 시장을 뺏어올 수 있었던 가장 결정적인 성공요인이 바로 이런 과감하고 즉각적인 투자 결정이었다고 한다

이번에도 그렇게 해야만 향후 진행될 수많은 과제들을 헤쳐나갈 수 있다고 한다

(옮김)