[멀티버스] 삼성이 미세공정이 진심인 이유

삼성 파운드리가 세계 최초로 3나노 반도체를 양산한다고 선언했습니다. 삼성전자는 현재 파운드리 시장에서 점유율 2위를 달리고 있는데요, 1위를 달리고 있는 TSMC는 올해 하반기에 3나노 반도체 양산을 시작한다고 밝히면서 삼성전자가 세계 최초로 3나노 반도체 양산을 하게 됐습니다. 업계랑 언론에서도 많은 주목을 받았고요. 결국 삼성전자는 더 성능 좋고 전력 효율성도 높은 반도체를 생산할 수 있게 된 것이죠.

일단 3나노가 뭔지에 대해 좀 이야기를 해야할 것 같은데요. 반도체는 이 웨이퍼라는 기판 위에 회로를 빛으로 쏴서 새기는 방식으로 생산됩니다. 이 네모난 것 하나 하나에 각 특성에 맞는 회로가 그려져 있다고 보면 되는데요. 팹리스가 반도체 설계도를 제작하면, 제공된 설계도와 같은 모양으로 파운드리가 생산을 하는 겁니다. 크기가 작아도 회로 모양대로만 새겨지면 동일한 성능이 나오기 때문입니다.

그렇다면 반도체를 작게 만들기 위해서는 어떻게 해야 할까요? 이 회로를 더 얇게 하면 되겠죠. 웨이퍼 하나에 회로를 많이 그릴 수 있게 되면 우선 그릴 수 있는 반도체 개수가 많아집니다. 웨이퍼 하나에 그릴 수 있는 반도체 수가 많아지다 보니 웨이퍼 사용량이 줄어 반도체 원가를 절감할 수 있고요.

또 복잡한 회로도 하나의 반도체에 그릴 수 있어 성능도 높일 수 있습니다. 그리고 회로 자체가 얇아지니 서로 간섭하는 일도 줄어들게 됩니다. 이 같은 강점 때문에 반도체 업계, 특히 고성능 반도체를 만들고자 하는 업체는 미세 공정을 선호합니다. 삼성전자가 3나노 양산을 최초로 시작했다는 소식이 이슈가 된 이유도 이 때문이고요.

그런데 삼성 파운드리가 3나노를 최초로 양산했다고 해서, TSMC가 위기라는 이야기는 들리지 않는 것 같습니다. 그리고  TSMC보다는 삼성전자가 유난히‘나노’에 대해 좀 더 강조하는 듯한 느낌이 듭니다. 물론 나노 공정은 어디에서든 중요하긴 하지만, 삼성전자가 좀 더 나노에 집착고 있기는 합니다. 어떻게 보면 삼성전자에게 나노는 파운드리 세상에서의 생존 전략이라고 볼 수 있거든요.

그 배경을 알려면 TSMC와 삼성전자 두 기업의 기반부터 알아봐야 합니다. TSMC는 애초에 파운드리를 목적으로 세워진 기업입니다. 삼성전자는 메모리를 중심으로 큰 종합반도체기업, IDM이고요.

우선 TSMC부터 이야기하자면, TSMC 설립자인 모리스 창 이야기부터 해야할 것 같습니다.  이 사람이 모리스 창 TSMC 설립자인데요, 모리스 창은 원래 미국 반도체 기업 임원으로 있던 사람이었습니다. 그러던 중 대만 정부가 “우리 반도체 산업 좀 살려줘”라고 모리스 창에게 요청을 한거죠. 모리스 창은 요청을 듣고 대만으로 돌아왔는데요, 그 때가 1985년입니다.

어떻게 대만 반도체 산업을 살릴 수 있을까, 모리스 창은 고민을 했는데 결국 대만에 팹리스 기업이 늘어나고 있다는 사실을 인지했고, 팹리스 기업에게 필요한 파운드리 기업을 설립하기로 했습니다. 그렇게 해서 만들어진 기업이 TSMC입니다. 그렇게 1987년 2월 21일, TSMC라는 기업이 설립됐고요. 그러니까, TSMC는 처음부터 대만의 필요에 의해 만들어진 파운드리 기업이라고 보면 됩니다.

그런데 삼성전자는 메모리를 기반으로 성장한 기업이기 때문에 TSMC와 다릅니다. 1990년대에 일본이 메모리 반도체를 한창 이끌고 있을 당시에, 삼성전자가 일본을 꺾으면서 잔뜩 기세등등해진 상황이었단 거죠. 그렇게 잔뜩 어깨가 올라가 있는 상황인데 다른 기업의 반도체를 대신 생산해준다? 그런 하청 역할을 하는 것은 삼성의 자존심이 허락을 하지 않았던 것입니다. 남의 제품을 생산하는 것이 곧 을의 입장이라고 생각했던 것이죠. 그러다 보니 2005년 전에도 암암리에 반도체 위탁생산을 하긴 했는데, 그 사실을 애써 숨기기도 했고요.

그런데 아무래도 메모리 하나만으로 먹고 살기에는 힘들죠. 그래서 이건희 회장이 메모리가 한창 잘나갈 당시 “지금 먹거리에 안주하면 우리 10년뒤에 망할 수도 있다”는 멘트를 했다고 하는데요. 그래서 삼성전자는 “메모리 강자가 아니라 반도체 강자가 되어야 한다”는 인식을 가지고 다른 사업 개발에 나서기 시작한 것이고요. 그러면서 2005년부터 파운드리 사업을 시작하게 됐습니다.

이를그런데 이미 TSMC는 파운드리만 공식적으로 30년 가까이 영위를 해온 기업입니다. 그만큼 기술력도, 생태계도, 생산할 수 있는 반도체 종류도 다양했죠. 아무래도 이 업력을 삼성전자가 단시간에 따라잡기에는 어려운 상황이었죠.

그래서 삼성전자는 모든 공정을 다 아울러서 TSMC를 따라갈 수는 없으니, 나노에 주력해서 경쟁력을 키워 가자는 전략을 취했습니다. 그래서 TSMC는 3마이크로부터 4나노까지 생산이 가능하지만, 삼성전자는 65나노부터 3나노까지 생산이 가능합니다. 이처럼 삼성전자는 나노 공정에 집중해 반도체를 생산하기 시작합니다.

아까도 이야기했지만, 나노 공정은 삼성전자에게 파운드리 생존 전략 중 하나입니다. 공격적으로 나노 공정을 개발하고, 대대적으로 홍보할 수밖에 없는 상황인 것이죠. 그래서 삼성전자가 파운드리 시장에서 삼성전자가 2인자로 자리잡을 수 있었기도 하고요. 지금 세계에서 7나노 이하 공정을 할 수 있는 기업은TSMC와 삼성전자가 유일하니까요. 그렇기 때문에 삼성은 더욱 공정 미세화에 집착할 수밖에 없는 것이죠.

객관적으로 이야기해서, 삼성전자가 파운드리 1위 자리를 차지하는 게 쉽지는 않습니다. 일단 팹리스가 삼성 파운드리보다 TSMC를 선호하기 때문이죠. TSMC는 파운드리만을 전문적으로 하는 반면, 삼성전자는 반도체 설계부터 생산까지 모두 담당하는 기업입니다. 이 말은 팹리스 입장에서 삼성에 반도체 설계도를 맡겼는데, 이 설계도가 삼성전자 내부에 유출될 가능성도 배제할 수 없다는 것이죠. 아무래도 삼성전자는 시스템반도체 사업을 키우고 싶어 하지만, 아직 그 기술력이 뛰어난 상황은 아니거든요. 그러다 보니 다른 회사 설계를 가져다 쓸 가능성도 있는 겁니다. 물론 삼성전자는 보안을 철저히 지킨다는 입장을 고수하고 있지만, 그럼에도 맡기는 기업 입장에서는 불안할 수밖에 없죠.

일각에서는 삼성전자가 파운드리사업부를 분사하는 것이 필요하다고 말합니다만, 그것도 당장 쉽지만은 않습니다. 삼성전자 매출은 대부분 메모리에서 나고 있기 때문이죠. 자칫 잘못하면 파운드리 사업을 분사했다가 꼬리자르기처럼 되어서 악순환이 일어날 수 있다는 것이죠.

결국 삼성 파운드리가 현재로서 해야 하는 일은 나노 공정 개발도 중요하지만 나노 공정 부문 수율을 개선하는 것입니다. 삼성전자는 구체적인 수율을 공개하고 있지는 않지만, 오랜 기간 수율 논란이 일어 왔습니다.

수율이 왜 중요하냐면 팹리스가 위탁생산을 맡기면 칩을 낱개 단위로 구매하는 것이 아니라 웨이퍼 단위로 구매하기 때문입니다. 토마토나 사과같은 것을 한 박스로 사는 것과 같은 맥락이죠. 그 안에서 양품과 불량이 구분되는 건데요, 그간 업계에 알려진 바에 따르면, 5나노 공정에서 TSMC 수율은 70%, 삼성전자는 35% 정도 되는 것으로 알려져 있습니다. 이 말인 즉슨 TSMC가 제공하는 토마토 한박스는 100개 중 70개를 먹을 수 있는 반면, 삼성전자에서 제공하는 토마토 한박스는 100개 중 35개만 먹을 수 있는 제품인 셈이죠. 물론 지금은 개선됐다고 하지만, 팹리스 입장에서는 손실이 아닐 수가 없습니다. 그러니 수율이 더 잘 나오는 기업으로 위탁생산업체를 바꾸는 것이기도 하고요.

삼성 파운드리는 꼭 1위가 아니다 하더라도 충분히 이 시장에서 경쟁력을 가질 수 있는 상황입니다. 5나노 이하의 초미세 공정 부문은 여전히 공급 부족 현상이 일어나고 있기 때문입니다. 그리고 3나노 양산을 최초로 시작했다는 점도 박수받아야 하는 것이 맞습니다. 결국 삼성전자는 수율 문제만 개선해도 어느 정도 지금 시장 상황의 이득을 볼 수 있을 것으로 보입니다. 다만 그 수율 개선이 쉽지만은 않으니, 좀 더 지켜봐야될 것 같습니다.

감사합니다.

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<배유미 기자>youme@byline.network