시스템 반도체 골리앗과 맞서는 삼성 파운드리

메모리 반도체 1340억 달러 VS 시스템 반도체 3479억 달러
순수 생산만 하는 TSMC / 설계부터 생산까지 하는 삼성전자
강력한 생태계 가진 TSMC / 중소고객사와 생태계 만드는 삼성전자

고객이 먹고 싶은 음식을 대신 만들어주는 음식대행업이 성업 중이다. 반도체도 이와 비슷한 대행업이 있다. 고객사가 요구하는 반도체의 설계도를 바탕으로 반도체를 만드는 업체를 파운드리(Foundry) 또는 위탁생산 전문업체라 한다.

삼성전자 파운드리 사업부는 3분기에 주요고객사가 ▲극자외선 7나노공정 시스템온칩 ▲고화소 이미지센서 주문을 늘렸고 미국 거래기업이 ▲고성능컴퓨터칩 ▲5G 관련 반도체 수요를 늘려서 실적이 높아졌다고 전했다. 지금 7나노미터 반도체를 본격적으로 양산하고 있어서 실적이 계속해서 늘어날 것으로 전망했다.

2020년엔 5G 시장이 본격적으로 열려 5G 시스템온칩과 네트워크 모뎀, 고화소 이미지센서 수요가 늘어날 전망이다. 삼성전자 관계자는 파운드리 산업에서 독보적인 기술력과 생산성을 확보하기 위해서 극자외선 5나노미터 공정을 확대하고 차세대 반도체구조인 GAA-MBCFET 3나노미터 공정 개발을 완료할 예정이라고 강조했다.

◆…2016 ~ 2018년 반도체 별 시장점유율. (출처:PwC)

PwC 발표 기준, 2018년 전체 반도체 시장규모가 4819억 달러이다. 그 중 메모리 반도체는 1340억 달러로 27.8%를 차지했다. 흔히 비메모리라 부르는 시스템 반도체는 3479억 달러를 차지했다. 사실 시스템 반도체(비메모리)라는 단어는 한국만 쓰지 다른 나라에선 쓰지 않는다. 우리나라 기업이 잘하는 메모리 반도체를 강조하다 보니 생겨난 말로 보인다.

반도체는 크게 ①메모리 ②마이크로 컴포넌트(연산) ③광학·센서·개별소자(OSD) ④논리 ⑤아날로그(음악 같은 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꿈) 반도체 등으로 나뉜다. 메모리 반도체는 그 산업 특성이 ②~⑤ 반도체와 다르다.   

메모리 반도체는 기업 하나가 설계에서 생산까지 할 수 있는 제조 중심 산업이다. 메모리 설계가 복잡하지 않아서 대규모 미세공정 생산에 집중하여 생산비용을 줄이는 것이 경쟁력이다.

시스템 반도체는 고객사가 요구하는 다양한 제품을 설계해서 소량 생산하는 설계 중심 산업이다. 고객이 요구하는 제품을 설계할 수 있느냐가 경쟁력이다. 요구가 다양해서 설계부터 생산까지 한 업체가 도맡기엔 무리다. 그래서 업체마다 집중하는 분야가 따로 있다.
 
분야를 생산 단계에 따라 다음과 같이 나눌 수도 있다.

 ▲마이크로 컴포넌트나 센서 같은 설계만 집중하는 팹리스(Fabless, 공장X) ▲ 고객이 요구하는 반도체를 만들기 위해 여러 설계를 받아서, 특정 파운드리 공정에 알맞게 전체 반도체 설계를 만들어 파운드리에 전달하는 디자인하우스 ▲반도체 설계를 받아 생산하는 파운드리(Foundry, 공장) ▲생산된 반도체를 테스트하거나 패키징하는 업체로 나뉜다. 

◆…파운드리와 팹리스 차이. (출처:삼성전자)

팹리스로 유명한 회사로 영국의 ARM, 미국의 애플·퀄컴 등이 있다. 파운드리로 대만의 TSMC, 미국의 글로벌파운드리 등이 있다. 종합반도체회사로 설계부터 생산까지 모두 다하는 기업으로 미국의 인텔과 한국의 삼성 등이 있다.  여기선 생산 단계별로 나눴으나 각 업체마다 잘하는 반도체 종류가 따로 있다.

삼성전자가 파운드리에 뛰어들고 있다. 여기엔 크게 세 가지 이유가 있다. 첫째로 시스템 반도체 시장이 메모리보다 3배 이상 크다. 둘째로 시스템 반도체가 4차 산업 혁명의 중심인 5G, 인공지능, 자율 자동차, 로봇, 사물인터넷과 각 종 센서에 필수 적으로 들어간다. 마지막으로 삼성전자의 뛰어난 반도체 제조 능력과 대규모 생산시설을 쓸 수 있기 때문이다. 

◆…2018년 전세계 파운드리 점유율. (출처: 트랜드포스)

지금 파운드리 시장은 대만의 TSMC(타이완반도체 제조회사)와 삼성전자가1위와 2위를 차지하고 있다. 1위와 2위, 나머지 업체간 차이는 꽤 크다. 삼성전자는 2005년 사업을 처음 시작 한 뒤, 2012년에 점유율 11%로 글로벌 3위에 올랐다. 2018년 점유율 19.2%로 글로벌 2위에 올랐다.

TSMC는 1987년에 창업된 파운드리 전문회사로 현재까지 1위를 빼앗긴 적이 없다. 2018년 점유율 50.7%를 차지하고 있으며 이 점유율을 계속해서 지키고 있다.

트랜스포드 보고서에 따르면 삼성전자 파운드리는 같은 회사 소속인 시스템 LSI사업부 등이 주요 고객사이다. 삼성 파운드리 전체 매출에서 40%를 차지한다고 한다. 이와 달리 TSMC는 다른 회사인 거대 팹리스인 애플, 퀄컴, 엔디비아, AMD가 주요 고객사이다.

두 회사가 서로 다른 모습을 띠는 이유로 크게 두 가지가 있다.

첫째로 대만은 시스템 반도체 생태계가 잘 갖춰져 있다. 파운드리인 TSMC를 중심으로 디자인하우스, 테스트, 패키징 기업이 잘 맞물려 있다. 고객사 입장에서 이런 생태계가 편하다. 이러다 보니 펩리스도 TSMC 공정을 기준으로 설계를 개발한다. 둘째로 설계를 직접 하지 않는 순수 파운드리라는 강력한 장점이 있다. 고객사가 정보 유출을 걱정할 필요가 없어서 순수한 협력관계를 만들 수 있다. 

한국은 대만과 같은 생태계가 없다. 삼성전자는 TSMC와 달리 설계와 생산까지 하는 최상급 종합반도체회사이다. 고객사 입장에선 부담스럽다. 고객사가 원하는 반도체를 주문하기 위해서 삼성 측에 많은 정보를 공개해야 한다. 거래를 하면서 삼성이 여러 가지 정보와 생산단가를 알아낸 뒤 경쟁사로 변할 수 있다.

삼성전자는 위와 같은 이유로 애플 같은 대형고객사를 확보하기 어렵다. 그 돌파구로 중소형 고객사를 보았다. 중소형 고객사를 모으기 위해서 멀티 프로젝트 웨이퍼 프로그램을 시작했다. 이 프로젝트는 비싼 웨이퍼 하나에 여러 업체가 여러 설계를 함께 테스트 할 수 있어서 돈과 시간을 줄 일 수 있다.

고객사가 삼성 파운드리를 경쟁사로도 느낄 수 있으니, 시스템 LSI사업부에 있던 파운드리를 2017년에 따로 떨어뜨려서 사업부로 재편성했다.

전문가들은 "파운드리 사업만 본다면, 고객사와 경쟁하지 않도록 팹리스인 시스템 LSI를 정리할 필요가 있다" 며 "그러나 삼성전자는 종합전자회사라 내부에서 쓸 시스템 반도체를 만들어야 해서 자체적인 팹리스가 필요한 상황"이라 설명했다. 이어 "파운드리 사업부를 다른 사업부와 관계 없이 독립적으로 운영한다고 해도 고객이 믿을지 모르겠다"고 덧붙였다.