<목차>
1. 개요
2. Pure Foundry Service 비교분석
2-1. 거래선 관리 역량
2-2. 기술력 확보 역량
2-3. 수익성 확보 역량
3. ASIC Business Service 비교분석
4. Insight & Sources
1. 개요
최근 ‘반도체 고점론’ 이 대두되면서 삼성전자는 장기적 관점에서 파운드리 사업을 적극 추진해 나갈 것이라 밝혔습니다. 메모리반도체는 판매단가 인하 및 시장 성장률이 낮아지고 있는 반면, 시스템 반도체 제품 및 시장은 급격히 성장 중이기 때문입니다.
그런데 시스템 반도체와 관련된 파운드리 산업에는 기존의 TSMC라는 절대강자가 있습니다. 이 기업은 시장점유율이 매년 50%에 육박하는 매머드급 기업으로, 이들에 비해 삼성전자의 파운드리 시장 점유율은 2017년 7.9%, 2018년 14%에 불과합니다.
이에 메모리반도체 절대강자 삼성전자가 왜 파운드리 사업에 도전하는지 궁금해졌습니다. 메모리반도체 시장 성장세가 둔화되는 지금 시스템반도체 역량 강화가 필요하긴 하나 그 시작이 굳이 파운더리여야 하는지 의문이 들기 때문입니다.
만약 내가 삼성전자 사장이라면 이 난제에 대해 어떤 선택을 했을지 호기심이 생겼습니다. 1등을 추격하는 데는 일가견 있는 삼성전자지만, 반도체 같은 장치설비 산업에서 대부분의 소비자들은 시장 점유율 1등 기업을 선호합니다. 후발 주자로써 이를 극복하기란 결코 쉽지 않은데, 이 부분에 있어 삼성전자가 어떤 전략으로 시장에 나서는지 궁금해졌습니다.
따라서 본 기획안에서는 파운드리 산업에 대한 삼성전자와 TSMC의 철학 및 제품서비스를 비교분석하고, 그에 따른 진단 및 인사이트를 정리하고자 합니다.
2. Pure Foundry Service 비교분석
Pure Foundry Service란 위탁 받은 설계도를 토대로 클라이언트 맞춤형 반도체를 위탁 생산하는 서비스입니다. 예를 들면 TSMC에서 AMD CPU를 위탁 생산하는 것, 삼성전자가 Nvidia의 MX GPU를 위탁생산하는 것이 해당됩니다.
이 서비스의 핵심은 3가지입니다.
첫 번째는 반도체 설계/디자인을 전문으로 하는 Fabless기업과의 고객거래 관리 역량입니다. 두 번째는 클라이언트가 원하는 공정을 수행할 수 있는 기술력 확보 역량입니다. 마지막으로 세 번째는 대량 양산을 통한 수익성 확보 역량입니다.
본 레포트에서는 이러한 3가지 역량을 토대로 각 기업의 Pure Foundry Service를 비교분석 하고자 합니다.
2-1. 고객거래 관리 역량
최근 5개년 간 시장 점유율의 50% 이상을 차지하는 TSMC가 이 부문에서 강점을 갖고 있습니다. TSMC는 1987년 설립된 세계 최대 파운드리 업체이자 2017년 시가총액이 약 200조원 전후인 기업입니다. 2020년을 기준으로 현재 대부분의 Fabless 혹은 IDM 업체의 절대다수는 TSMC에게 일부 혹은 전부 하청을 맡길 수밖에 없는 구조입니다.
특히 Apple의 경우 매해 주문하는 AP의 물량이 타 기업 대비 압도적으로 많기에 TSMC의 최신 공정을 독차지하고 있습니다. 정리하자면 TSMC의 핵심은 시스템 반도체에 대한 정통성과 노하우입니다.
삼성전자는 7nm 공정에 차세대 극자외선(EUV) 노광 기술을 선제적으로 도입을 통한 차별화 전략으로 거래선 확보에 힘쓰고 있습니다. 특히 7nm 공정의 경우 2017년 기준 파운드리 시장 점유율 2위 GlobalFoundries, 3위 UMC가 7나노 공정과 관련해 별다른 계획이 없는 상태입니다.
이 와중에 4위였던 삼성전자는 Qualcomm의 5G 모뎀칩을 시작으로 7나노 고객을 확보하며 추격 기회를 얻었고 그 결과 삼성전자는 2018년 말 IBM의 7나노 공정 기반 고성능 서버 칩 생산을 수주한 데 이어 최근 그래픽처리장치(GPU) 시장 1위 엔비디아의 차세대 7나노 제품 생산 수주를 논의했습니다.
그 결과 2019년 세계 파운드리 시장점유율 14%로 2위, 매출 100억달러를 달성했으나 최근들어 성장세가 한풀 꺾인 양상입니다. 위탁생산을 부탁했다가 자칫 설계기술을 빼앗길 수 있다는 리스크 요인이 크게 작용한 것으로 판단됩니다.
2-2. 기술력 확보 역량
TSMC는 상업성이 떨어질지라도 ArFi로 7나노 공정을 선도하고 있으며 올해 하반기에야 EUV 기반 7나노 공정을 도입할 계획입니다. 2017년 4분기에 7nm ArFi 공정을 테이프 아웃을 했으며 최초 생산품은 애플의 모바일 AP인 A11X입니다.
최근 CES 2019에서 AMD사가 내놓은 7nm 공정 GPU Radeon VII의 생산 또한 TSMC가 담당했는데, 공급량이 심각하게 부족해 향후 수익성 및 기술개발 가능성에 대한 논의가 나오고 있습니다.
2020년 기준으로는 7나노 공정 Matisse CPU, Renoir CPU 등에 대해 수율이 생각만큼 좋지 않아, 현재의 생산량을 향후에도 소화할 수 있을지에 대해 의문이 제기되고 있습니다.
반면에 삼성전자는 ‘전략적 인내’ 및 대 고객사 기술 지원을 통한 차기 기술력 확보에 강점이 있습니다. EUV 기반 7나노 공정이 현재 부분 양산 단계에 있으며 1~2년 내 완공 예정인 화성캠퍼스 EUV 라인에서 시스템반도체 대량양산 체제에 돌입합니다.
그 때 까지는 기존 10nm 공정을 극대화한 8nm 공정으로 상업성을 지키며 전략적 인내를 취하고 있습니다. 이를 통해 단계적으로 5nm, 3nm 공정을 개발, 미래의 기술경쟁에 대비하고 있습니다.
다만 2020년 기준으로 시장점유율이 하락세에 들어섰으며, 이재용 부회장이 10조원을 투자한다고는 하나 이 금액으로 TSMC가 자랑하는 상생 생태계를 구축하기에는 턱없이 부족합니다. 실질적 고객인 글로벌 시스템반도체 기업들과 생태계를 구축하려는 플랜없이 10조원의 투자를 한다? 글쎄요.. 기대만큼의 효과를 보지 못할 지도 모릅니다.
(2020.08.29 내용추가)
7나노 공정에 있어 삼성전자가 '보다 더 수율이 좋은' 기술을 확보했음은 분명한 사실입니다. 그러나 현재 TSMC는 시장점유율을 약 55% 이상 먹고있으며, 삼성전자는 17%대로 내려온 상황인데요. 그 이유는 '투자금 감가상액 회수 불가' 에 있습니다. 수주가 예상되었던 주요 고객 중 한명이 (Q사) TSMC로 해당물량을 모두 이관하면서, 삼성전자의 기술력 개발 Plan에 차질이 생긴 것이지요.
이 때문에 삼성의 기술기반 초격차 전략은 사실상 무효화되었고, TSMC는 이제 5나노 3나노 2나노 등 더 미세한 공정으로 진입하려 하고 있습니다. 게다가 5나노의 경우 7나노 공정설비를 활용, 기존 프로세스를 더욱 첨단화했기에 별도의 부대비용이 발생하지 않습니다.
파운드리의 경우 공정 초기에 수주를 많이 받는 쪽이 압도적으로 더 유리합니다. 투자금 대비 미상각이 발생할 경우 해당 금액만큼 수주를 받아야 재투자가 이루어지든 발전이 이루어지기 때문입니다. 수주를 많이 받을수록 공정을 더욱 첨단화할 여력(재투자 금액 여력) 이 발생하지요. 그야말로 승자승 원칙이 지배하는 곳입니다.
그러나 삼성전자가 영영 2등으로 밀려날 것인가? 이 부분에 대해서는 회의적입니다. 삼성전자는 이 모든 상황을 어느정도 예상하고 있었고, 그 이후의 장기적인 플랜을 하나씩 밟아가고 있기 때문입니다.
삼성전자는 GAA공정기술을 확보하고 있습니다. GAA 공정기술은 Gate All Around 즉 기존의 적층기술을 활용해 미세공정 시장을 선점하겠다는 삼성전자의 기술인데, 본격적으로 도입되는 구간은 3나노 이하 최첨단 공정입니다.
TSMC가 대부분의 파운드리 물량을 가져가면서, 잉여 물량의 경우 삼성전자가 모두 가져가는 상황이 되고 있습니다. 특히 최근에는 인텔/IBM 의 파운드리 물량을 수주받았고, 기존 애플/퀄컴 등의 수주도 꾸준히 이어지고 있습니다.
또한 스마트폰 시대에서 클라우드 시대로 전환되면서, 기존 애플/퀄컴의 압도적인 수주물량 보다 인텔/엔비디아/AMD 등의 기업들의 수주물량 비중/중요도가 높아지고 있지요. 이들은 장기적 관점에서 함께 시너지를 낼 수 있는 전략 파트너로, 삼성전자의 아킬레스건이었던 '파운드리 외에서는 우리와 경쟁사' 라는 부분을 해소해주고 있습니다.
따라서 현 시점에서 삼성전자의 전반적인 기조는 '3나노 공정 이전까지 존버' 로 요약됩니다. 기존 애플/퀄컴과의 관계를 유지하면서, 신흥 진입자인 인텔/IBM/엔비디아/미디어텍/NXP 등 Fabless 업체와의 관계를 더욱 호전시킵니다. 어떻게든 삼성전자를 거칠 수 밖에 없는 상황을 만드는 것이지요. 비록 지금은 시장점유율 확보가 늦더라도 기존 GAA 공정기술개발을 유지하면서 네트워크를 이어간다면 '3나노 공정 본격도입 시기'가 왔을 때 삼성전자가 비상할 수 있습니다.
"NOT MONOPOLY, BUT DUOPOLY"
2-3. 수익성 확보 역량
두 회사가 경쟁적으로 파운드리 설비투자에 나서는 것은 7나노 등 초미세공정을 사용하는 애플 아이폰 모바일 애플리케이션프로세서(AP), Qualcomm AP 등 파운드리 물량에서 가장 큰 비중을 차지하는 모바일 AP 수요가 앞으로 크게 늘어날 것으로 예상하기 때문입니다. 생산설비가 클 수록 생산량이 증가하며, 규모의 경제로 인한 제품단가 하락 및 수익성 확보가 가능합니다.
이 부문에서 TSMC는 압도적 강점을 갖고 있습니다. TSMC는 글로벌 파운드리 기업들 중 300mm웨이퍼(인치로는 12인치)를 월 10만개 이상 소화 가능한 유일한 기업입니다. 사용공정도 0.13μm, 90nm, 65nm, 40nm, 28nm, 20nm, 16nm등 매우 다양하기에 신공정 연기, 로드맵 뒤엎기, 낮은 수율 등의 리스크를 극복하고 파운드리 업계 1위를 유지하고 있습니다. 압도적인 생산력을 토대로 나쁘지 않은 수율 그리고 상대적으로 저렴한 가격을 제시가 가능해 수익성이 보장됩니다.
삼성전자는 북미 지역의 시스템반도체 생산기지인 미국 오스틴 공장에 2020년까지 15억 달러(약 1조7000억원)를 투자해 기존 설비를 개선하기로 했으며 화성 S3 파운드리 생산설비 투자는 이미 진행되고 있습니다. 생산설비 확보 및 규모의 경제로 생산단가 및 수익성을 확보하는 데 노하우가 있는 삼성전자이지만, 지금 상황에서 공급단가 인하를 통한 수익성 확보는 어려워 보입니다. 중요한 건 생태계 확립이지 단가싸움이 아니니까요.
3. ASIC Business Service 비교분석
ASIC Business Service란 특정 업무수행에 특화된 비메모리반도체를 수주 받아 위탁 생산하는 서비스입니다. 예를 들어 TSMC와 삼성전자가 비트코인 채굴용 시스템반도체를 위탁 생산하는 것이 해당됩니다. 이와 관련해 최근 TSMC의 생산능력 부족으로 넘친 암호화폐 채굴기용 주문형반도체(ASIC) 물량이 삼성전자로 이동하고 있다는 루머가 돌기도 했습니다.
현재 ASIC Business Service는 암호화폐 채굴 목적으로 실시되는 것이 대부분입니다. 대부분의 암호화폐 채굴기는 ASIC로 작동하기 때문입니다. 2018년 4월 14일 삼성전자가 하롱마이닝, 바이칼과 ASIC 계약을 체결했으며 TSMC는 16nm, 12nm 생산라인을 전부 가동, 기존 거래처에 납품할 ASIC를 생산하고 있습니다.
정리해보면 위 산업은 세계 파운드리 시장점유율 1위의 TSMC가 16nm/12nm 공정 위주로 대부분의 ASIC 위탁생산을 받고 있으며, 삼성전자는 TSMC로부터 생산을 거절당한 기업으로부터 ASIC 위탁생산을 담당하고 있습니다. 본 서비스의 경우 단가 및 시장성 측면에서 Pure Foundry의 그것만큼 시장이 성장하지 않은 상태입니다.
4.Insight
서비스 철학이 가장 잘 드러나는 부분은 각 기업의 비전과 핵심 가치입니다. 따라서 삼성전자와 TSMC 각각의 비전과 핵심가치를 우선 파악해, 서비스 철학에 대해 살펴보겠습니다.
삼성전자는 Vision 2020 “미래사회에 대한 영감, 새로운 미래 창조”를 위해 창조, 파트너십, 인재를 강조하고 있습니다. 반면에 TSMC는 정직, 헌신, 혁신, 고객신뢰를 토대로 세계 최고의 기술/생산/평판을 가진 파운드리 기업이 되려 노력하고 있습니다.
신뢰와 혁신, 가치창조를 중시하는 점은 공통점이나, 삼성전자는 인재 유치를 통한 기술 초격차전략을 구사하는 반면 TSMC는 네트워크 형성을 통한 신뢰 생태계 조성 전략을 구사하고 있습니다.
반도체Foundry 산업의 본질은 신뢰입니다. 신뢰가 없다면 시스템 반도체처럼 고가의 장치설비를 대량으로 거래하고 생산할 수 없습니다.
TSMC에 비해 삼성전자의 행보가 우려스러운 건 이 때문입니다. TSMC는 생태계 달성을 통해 안정적인 신뢰기반을 다지려 하는 반면, 삼성전자는 신뢰와 전혀 관련없는 행보를 보이고 있어요. 인재 유치를 통한 기술 격차 전략은 Hardware 분야에서 채택할 전략이지 Software / Platform Biz 에서 채택할 전략이 아닙니다.
기술 초격차 전략을 채택할 경우 7nm 그리고 그 이후의 공정기술력을 어떻게 확보할지(차기공정에 대한 막대한 연구개발비 및 생산설비 도입비용 등)가 관건이 되며, TSMC의 신뢰기반 조성 전략을 채택할 경우 기술격차가 벌어지기 시작할 때 그 갭을 어떻게 극복할 지가 관건이 됩니다.
TSMC에게도 리스크가 없진 않습니다. 아무리 끈끈한 고객신뢰 네트워크로 안정적 매출을 창출한다지만, TSMC는 분명 기술적 부분에서 문제가 발생할 여지가 있습니다. 특히 지난 2019년 1월 28일 감광석 이슈로 TSMC의 웨이퍼 약 1만장이 오염된 사건은 신뢰 네트워크 전략에 분명히 부정적 영향을 끼친 바 있습니다.
게다가 주요 유명 Maker의 반도체만을 위탁생산하기에 타 시스템반도체 설계업체로부터 부정적 의견을 받을 여지도 충분합니다. 케파가 최대치인데 오퍼가 들어오면 TSMC에서 거절할 수 밖에 없는데, 고객 입장에서는 '불만이면 삼성전자 가던가' 로 보여질 수 있으니까요.
정리해보면, 삼성전자가 Foundry 쪽에서 갈피를 못 잡고 해메고 있는 것은 분명한 사실입니다. 이 사업에서 무엇이 가장 핵심적인 요소인지를 아직까지 수뇌부가 판단하지 못하고 있는 것 같아요. 그렇지 않고서야 분기 순수익 10조원대 TSMC 잡으려고 10조원 투자한다는 걸 저렇게 뿌릴 이유가 없습니다. (말이 좋아 파운드리지 사실상 시스템반도체 기업 따까리 하는 하청직인데, 그걸 메모리반도체 시장마냥 돈만 발라서 해결하려고 하니..)
그렇지만 삼성전자는 Follow Up 전략에 있어서는 누구에게도 뒤지지 않았던 것 또한 사실입니다. 아이폰이 처음 나왔을 때만 해도 과연 삼성전자가 살아남을 수 있을지 우려가 많았지요. 그런데 삼성전자는 이런 자극을 성장동력으로 삼아 갤럭시 S, 갤럭시 노트 시리즈 출시해 대박을 터뜨렸습니다.
2020년 기준으로 TSMC는 이미 시장의 독보적인 1인자로 자리잡은 상황입니다. 이 포지션을 깨기 까지에는 상당한 시간과 비용이 들 것으로 판단됩니다만, 삼성전자가 괜히 삼성전자겠나요. 그 똑똑하다는 한국인들 중 엘리트만 뽑아가는 기업인데, 어떻게든 잘 해내지 않을까 싶습니다.
※ Sources
https://news.v.daum.net/v/20170810162503707
https://www.kipost.net/news/articleView.html?idxno=4474
http://it.chosun.com/site/data/html_dir/2019/01/21/2019012102827.html
https://www.clien.net/service/board/lecture/2029832
http://www.businesspost.co.kr/BP?command=article_view&num=81774
http://www.zdnet.co.kr/view/?no=20190116152956
https://www.samsung.com/sec/aboutsamsung/business-area/device-solution/
https://steemit.com/jjangjjangman/@greenswell/asic
https://www.samsungsemiconstory.com/1856?category=734711
http://news.mk.co.kr/v2/economy/view.php?sc=50000021&year=2018&no=398686
https://news.joins.com/article/23045030
https://www.tsmc.com/english/aboutTSMC/mission.htm
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자주 참고하는 <Gadget Seoul> 채널입니다. 기술에 대한 설명을 명쾌하고 상세히 설명해주는 곳이니 관심있으신 분들은 참고하셔도 좋겠습니다.
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