삼성 파운드리 삼파전(삼성, TSMC, Intel)-MJ’s 경제와재테크

삼성 파운드리 삼파전 이라는 제목으로 하이투자증권 에서 보고서가 올라와 이에 대해 다뤄 본다. 지금 전 세계는 반도체 전쟁중이다. 4차 산업혁명 시대가 되면서 고성능의 반도체 뿐만 아니라 우리 생활의 사소한 것들 까지 모두 반도체가 필수인 시대이다. 이런 상황에서 세계화가 끝나고 미중 갈등 및 블록화 진행으로 모든 나라에서 반도체의 안정적인 수급을 위하여 노력을 기울이고 있다. 그 중 가장 치열한 곳은 가장 높은 부가가치를 창출하는 선단노드에서 경쟁을 벌이고 있는 파운드리 일 것이다. 선두인 TSMC를 따라잡기 위해 노력하는 삼성과 새롭게 파운드리업에 진출하는 인텔과 관련해서 삼성 파운드리 삼파전 보고서 에서 어떤 내용을 다루고 있는지 보도록 하겠다.

경제와 재테크 외에도 많은 이야기가 있으니 MandunJoy.com 많은 방문 부탁드리겠습니다.

파운드리 전망

하이투자증권 에서는 삼성 파운드리 가 신규 고객사를 유치할 가능성이 높다고 전망하고 있ㅇ며 밸류체인에 주목할 필요가 있다고 판단한다. 그 이유로는 최선단 노드인 3~5nm 수율이 개선되고 있고 FinFET 에 이어 차세대 공정인 GAA 양산에 성공한 점, 마지막으로 TSMC 고객사들의 이원화 수요 증가를 꼽을 수 있다.

파운드리 3 사 장기 로드맵
파운드리 3 사 장기 로드맵 (출처 : 하이투자증권)

삼성전자 4nm 공정 수율 개선

삼성전자는 10nm 미만 공정부터 수율 개선에 더딘 모습을 보여주면서 주요 고객사들이 TSMC로 이탈한 아픈 기억이 있다. (김기남의 암흑 시대..) 애플, 엔비디아, 퀄컴이 순차적으로 이탈했으며 CAPA는 3.3배까지 벌어진 상황이다. 7nm 이하의 초미세공정만 따질 시 TSMC 점유율은 무려 90%에 이르렀다.

다만 올해 삼성전자의 4nm 수율이 75%, 3nm 수율은 60% 이상일 것으로 추정되어 이탈한 고객사를 재확보할 수 있을 것으로 전망한다. 이 배경에는 업황부진으로 팹의 가동률이 저하되었고 테스트 웨이퍼 투입량을 늘리면서 수율을 개선할 수 있었다고 예상한다.

FinFET 에서 GAA로의 전환

삼성은 3nm 공정에서 세계 최초로 GAA 공정을 도입하였고 MBCFET에 대한 원천 특허를 보유하고 있다. 2D Plannar 공정에서 3D FinFET 으로의 전환은 반도체 성능 개선의 큰 변환점이었는데 FinFET 에서 GAA로의 전환은 또 다른 변환점이 될 것이다. TSMC와 인텔은 3nm 까지는 FinFET 공정을 유지하고 2nm 부터 GAA 공정을 채택할 것으로 보인다. 이러한 공정전환은 많은 시행착오가 따르기 때문에 미리 3nm에서 경험을 한 삼성이 2nm 경쟁에서 유리한 고지를 점하지 않을까 예상한다.

5nm FinFET 대비 3nm GAAFET 성능 비교
5nm FinFET 대비 3nm GAAFET 성능 비교 (출처 : 하이투자증권)

경쟁사 고객사의 이원화 니즈 증가

최근 TSMC의 ASP가 점차 높아 짐에 따라 고객사들도 이원화 필요성을 느끼고 있다. 글로벌 경기침체로 TSMC의 선단노드 팹 가동률이 떨어지자, 목표 마진율 53%를 유지하기 위해 가격 인상을 논의중인 것으로 파악된다.또 주요 팹리스 업체들의 물량이 집중되면서 TSMC가 수요를 감당하지 못하는 측면에서도 이원화가 요구되고 있다.

파운드리 삼파전 : 삼성전자, TSMC, 인텔

삼성 파운드리 : 미세공정 수율 개선 통한 고객사 재확보 가능성 존재

삼성 파운드리는 2005년 시스템 LSI 사업부의 파운드리 사업팀으로 설립됐으나 2017년에는 독자적인 사업부로 분리되었다. 이후 10nm 까지 주요 AP 고객사들을 확보하였지만 이후 기술 유출 우려와 7nm 미만 수율 개선 속도 저하로 고객사들이 이탈하였다.

14nm 이상

파운드리 시장 진출은 늦었지만 메모리에서의 반도체 노하우, 자체 AP인 엑시노스 양산 등으로 빠르게 성장하였고 32nm 제품에서는 세계최초로 HKMG(High K Metal Gte)를 도입하기도 하였다. 이후 14nm FinFET 공정도 세계에서 2번째로 양산을 하면서 2위 자리에 오르게 되었다.

HKMG 트랜지스터
HKMG 트랜지스터 (출처 : 하이투자증권)

7~14nm 주요 고객사 이탈

인텔은 14nm에 머물러 있던 반면 TSMC와 삼성은 10nm 진입하며 인텔과 격차를 벌리기 시작했다. 다만 TSMC는 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 라는 패키징 기술 도입으로 애플의 수주를 전량 확보하였다. 삼성은 10nm에 집중하였으나 2018년에는 퀄컴의 스냅드래곤까지 빼앗기게 되었다.

개별 패키징 기술 대비 생산 효율성 재고 가능한 FOWLP 기술
개별 패키징 기술 대비 생산 효율성 재고 가능한 FOWLP 기술 (출처 : 하이투자증권)

7nm 미만

삼성은 7nm 경쟁에서도 밀렸지만 EUV 노광장비를 도입하면서 신규공정 개발을 시작하였고 주요 고객사의 이탈로 인한 매출 감소는 중국, 미국 중소형 고객사 매출 증가로 서장세는 유지할 수 있었다. 이후 퀄컴의 5nm 기반 스냅드래곤 양산도 하였으나 갤럭시 22의 GOS 사태로 파운드리 사업부의 신뢰성이 크게 하락하였다. 그로 인해 TSMC와 격차가 더 벌어지게 되었다. 하지만 최근 4nm 수율 개선 및 3nm GAA 우선 도입으로 엔비디아와 퀄컴 같은 고객을 재확보 할 수 있을 것으로 전망된다.

Planar FET, MOSFET, GAAFET 구조 비교
Planar FET, MOSFET, GAAFET 구조 비교 (출처 : 하이투자증권)

TSMC 파운드리의 선두주자

파운드리라는 업을 최초로 시작한 기업으로 현재 약 60%의 점유율을 가져가고 있는 압도적 1위 업체이다. 과거에는 종합반도체기업(IDM, 설계와 생산을 동시에) 위주였지만 최근에는 팹리스와 파운드리로 구별하는 추세가 뚜렷하다. 현재 7nm 이하 초미세공정 뿐 아니라 Legacy 제품에서도 압도적인 점유율을 보여주고 있다.

14nm 이상

AP에서는 삼성이 선방했으나 그 외에서는 여전히 TSMC 점유율이 압도적이다. 삼성에 아이폰 칩 수주를 뺏기면서 흔들리기도 하였으나 AP를 제외한 로직 반도체 팹리스 업체들을 고객으로 보유하여 현재도 약 60%의 점유율을 보이고 있다.

7~14nm

애플과 퀄컴의 물량을 뺏기면서 위기도 있었으나 이후 애플이 기술 유출 우려로 TSMC에 수주를 몰아주게 되었고 이는 안정적인 물량을 기반으로 수율 개선, 기술 개발을 할 수 있는 계기가 되었다. 삼성의 7nm 공정정 지연으로 퀄컴마저 다시 TSMC로 발을 돌리게 되었다.

7nm 미만

초미세공정에서 TSMC는 삼성과의 격차를 더 크게 벌렸다. 7nm, 5nm, 4nm 모두 더 나은 수율을 보여주었고 팹리스 업체들도 TSMC에 우선 수주를 하면서 2023년 CAPEX는 삼성전자 CAPEX의 2.7배인 324억 달러에 달할 것으로 추정된다. 다만 3nm 공정에서 부진한 모습, GAA 도입 지연과 높아진 ASP로 인해 고객사들의 이원화 수요 증가로 경쟁이 예상된다.

Intel 잃어버린 경쟁력을 되찾을 수 있을지

Intel은 세계최초로 FinFET 공정을 도입하고 2014년 14nm 양산에 성공해 TSMC보다 높은 기술경쟁력도 보여주었다. 하지만 이후 삼성과 TSMC가 10nm에 진입할 때도 14nm에 머물러 있었으며 2018년 파운드리 사업을 중단하게 된다. 이후 10nm 공정 적용에 성공 하였으나 이미 삼성과 TSMC는 각각 7nm, 5nm 를 양산하는 시점이었다. 현재 Intel은 EUV를 활용하여 2024년 2nm 반도체 양산을 목표로 하고 있다.

인텔 테크 로드맵
인텔 테크 로드맵 (출처 : 하이투자증권)

삼성 파운드리 삼파전 마무리

삼성 파운드리 삼파전 에 대해 다뤄 보았다.이후 투자전략 내용에서 개별종목 들에 대해 다루고 있지만 이에 대해서는 각자 읽어보시고 판단을 하면 될 것 같다. 삼성에 4nm 수율 개선의 Key Point로 뽑는 부분은 바로 이 부분이다. “업황 부진으로 팹의 가동률이 저하 되었고 테스트 웨이퍼 투입량을 증가하면서 수율을 개선” 삼성 파운드리에 근무하면서 가장 아쉬웠던 점이기도 하다. 수율 개선은 한순간에 이뤄지지 않는다. 어떠한 불량 하나 개선한다고 40%대 수율이 70%로 점프하지 않는 다는 것이다. Defect이던 Performance든 많은 평가가 이루어져야 개선이 될 수 있고 이런 개선이 모여야 수율 향상을 할 수 있다. 즉 많은 평가 wafer가 필요하다는 것이다.

삼성의 문제

엔지니어 입장에서 봤을 때 예를 들면 Capa가 10K면 최대 생산 이라면서 10,5K를 투입한다. 여유 Capa가 없다 보니 평가 wafer도 흘리지 못하고 설비 down 시에도 제대로 된 원인 파악보다는 어떻게든 빨리 백업 하기에 급급하다. 제조는 수율이 몇 % 가 나오던 관심없고 정해진 물량만 맞추기 위해 무조건 빨리 진행을 외치기 때문이다. 물론 물량을 맞추는 것도 중요하지만 수율이 안 나오는 wafer는 의미가 없다. 하지만 본인 팀장의 MBO 달성을 위해 생산에만 목을 매다는 것이다. 라인 Capa를 고려해서 일정부분 평가 wafer를 투입해 놓고 지속적으로 평가를 하여서 수율을 올리는 모습을 보여줬다면 모든 고객사들이 발을 돌려 TSMC로 가지는 않았을 것이다. 다음에도 이러한 실수를 반복하지 않았으면 하고, 제조에서도 수율까지 생각하는 마인드가 갖춰지면 선순환이 이뤄질 것이라 생각한다.

이상으로 삼성 파운드리 삼파전 review를 마쳐 본다.

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