[헬로티=이나리 기자]
파운드리 시장에서 3나노미터(nm), 5나노미터 생산 시설 용량을 확대하기 위한 TSMC와 삼성전자의 시설 투자가 올해 상반기에 이어 하반기에도 계속될 것으로 보여지면서 양사의 경쟁이 더욱 심화되고 있다.
파운드리 시장에서 경쟁력을 위해서는 미세공정 기술을 확보하는 것이 핵심이다. 미세공정이 중요한 이유는 반도체 회로의 선폭 크기를 작게 할수록 똑같은 크기의 웨이퍼에서 더 많은 반도체를 만들 수 있어서 생산성은 높아지고 가격은 저렴해지기 때문이다. 따라서 미세 공정 기술 개발은 향후 고객사 확보에 큰 영향을 미치게 된다.
특히 스마트폰 시장에서는 5나노 공정 노드를 갖춘 5G 칩셋 출시에 관심이 집중되고 있기 때문에 앞으로 많은 수요가 예상된다. 현재 7나노 미만의 공정 기술을 확보한 기업은 TSMC와 삼성전자가 유일하기 때문에 양사의 기술 개발에 관심이 모아진다.
▲2020년 2분기 파운드리 시장 점유율(자료:트랜드포스)
시장조시기관 트랜스포스에 따르면 2020년 2분기 파운드리 시장 점유율에서 TSMC는 51.5%로 전체 시장의 절반 이상을 차지하며 압도적인 1위를 차지하고 있다. 그러나 TSMC의 2분기 실적은 지난 1분기 점유율(54.1%)과 비교하면 2.6%가 하락했다.
반면 2위인 삼성전자는 2분기에 18.8% 점유율을 기록함으로써 1분기 점유율(15.9%)과 비교하면 2.9% 상승세를 보였다. 약 4년 전만 하더라도 파운드리 시장에서 삼성전자의 점유율은 7.9%로 4위였다(IHS, 2016년 기준). 이처럼 삼성전자가 점유율면에서 앞서 있던 글로벌파운드리와 UMC를 재치고 빠르게 시장에서 성장할 수 있었던 배경은 적극적인 기술투자가 밑바탕 되었기 때문이다.
■ TSMC
3나노 생산시설 구축 위한 자본지출 늘린다
화웨이 잃었지만 애플 맥 프로세서 신규 생산 가능성 높아
TSMC는 빠르게 점유율을 따라잡고 있는 삼성전자를 인식한 듯 올해 들어 더 적극적인 투자에 나섰다.
7월 초 TSMC의 이사회는 3나노 생산 시설 구축을 위한 새로운 장비와 시설 구매를 지원하기 위해 무담보 채권으로 139억 달러(대만 NT)(미화 4억7200만 달러)를 추가로 발행하기로 결정했다.
TSMC는 이미 올해 상반기에만 무담보 채권으로 약 600억 달러(NT)(미화 20억3791만 달러)를 판매한 바 있으며, 이 금액의 일부는 남대만 사이언스파크에 있는 공장의 새로운 팹18에서 5나노 공정 용량을 확장하는데 사용했다.
지난 5월에 TSMC 이사회는 새로운 팹 시설 건설, 고급 노드 제조 용량 설치 및 업그레이드, R&D 자본 설치를 위해 약 57억 달러(NT)(미화 1억 9351만 달러)의 예산을 추가로 승인했고, 지난 6월에는 3나노 공정 제조라인 설치에 나섰다.
TSMC는 2019년에 자본지출에 149억 달러(NT)(미화 5억571만 달러)를 사용했었다. 지난 1월에 진행된 투자설명회에서 TSMC는 2020년에는 150~160억 달러(NT)(미화5억 956만~5억 4375만 달러)로 작년보다 확대해 지출할 것으로 추산한 바 있다.
▲TSMC
또 지난 5월 TSMC는 미국 애리조나에 120억 달러 규모의 5나노 또는 3나노 파운드리 팹을 2021년에 착공해 2024년에 생산을 목표로 한다고 발표했다. 미국에서는 일부 애플의 A 시리즈 칩이 생산 될 전망이다.
TSMC는 올해 주요 고객인 애플의 아이폰12 시리즈에 탑재되는 AP인 A14 바이오닉(Bionic) 칩에 5나노 기술을 적용할 계획이다. 아이폰 12는 애플이 처음으로 출시하는 5G 스마트폰이다. 외신 테크노스포츠에 따르면 TSMC가 올해 8천만대의 A14칩을 애플에게 출하할 것으로 전망했다. 또 향후 애플의 아이패드, 아이맥, 맥 미니 등의 Arm 기반 프로세서에도 TSMC의 5나노 공정이 적용될 것으로 예상된다.
TSMC는 2019년 기준으로 매출원 중 거의 15%를 차지하고 있는 고객사인 화웨이를 잃었지만, 미디어텍, 퀄컴, AMD 등의 고객사를 확보하고 있어서, 큰 피해는 없을 것으로 추측된다. 무엇보다도 애플이 지난 6월 개발자 행사 ‘WWDC 2020’에서 맥북에 인텔의 칩을 더 이상 사용하지 않고 자체 실리콘 칩을 사용한다고 공식적으로 발표함으로써 이 또한 TSMC가 생산할 가능성이 높다.
TSMC는 3나노 로드계획도 발표했다. 이르면 2022년부터 아이폰에 첫 3나노 기반 AP A16를 채택할 수 있을 전망이다.
■ 삼성전자
“적극적인 기술 투자로 파운드리 점유율 TSMC와 간격 좁힌다”
화성 이어 평택에 생산시설 확장과 신규 고객사 확보 성공
삼성전자는 파운드리 시장에서 점유율을 2위까지 끌어올리겠다는 계획으로 2017년5월 시스템LSI 부문에서 파운드리 사업을 분리했고, 그 목표를 달성했다. 삼성전자는 이 같은 결과는 미세공정을 위해서 EUV 장비를 업계에서 발 빠르게 도입했기 때문이다.
7나노 공정 이하부터 도입되는 EUV(Extreme Ultraviolet, 극자외선) 노광 기술을 적용하면 회로를 새기는 작업을 반복하는 멀티 패터닝(Multi-Patterning) 공정을 줄일 수 있어 성능과 수율이 향상되고, 제품 출시 기간을 단축할 수 있어서 장점이다.
삼성전자는 2017년 12월 경기도 화성캠퍼스에 7나노급 생산설비에 6조 원을 투자해 건설을 착수했고, 2019년 완공된 화성 S3 라인에서는 업계 최초로 EUV 공정을 적용한 7나노 SoC 제품을 출하했고, 2019년 하반기부터는 6나노 제품 양산을 시작했다.
삼성전자는 5나노 공정을 2019년 하반기에 제품 설계를 완료했으며, 4나노 공정은 2020년 상반기 공정 개발을 완료하고 하반기에 제품 설계도 마칠 계획이다.
▲삼성전자 평택캠퍼스
2020년 삼성전자는 화성 사업장의 V1 라인을 통해 초미세 공정 생산 규모를 지속 확대해 왔다. 본격적으로 5나노 양산을 확장하기 위해 삼성전자는 지난 5월에 평택 파운드리 라인 공사에 착수했으며 2021년 하반기부터 본격 가동할 계획이다. 삼성전자는 생산성을 더욱 극대화한 5나노 제품을 2020년 하반기에 화성에서 먼저 양산한 뒤, 평택 파운드리 라인에서도 주력 생산할 예정이다.
삼성전자의 파운드리 사업 분야를 위한 2020년까지 누적 투자 금액은 약 60억 달러 수준이다. 올해 1분기에만 삼성전자는 반도체 시설투자에 6조원을 쏟아 부었다.
삼성은 화성의 V1 라인 가동으로 2020년 말 기준 7나노 이하 제품의 생산 규모는 2019년 대비 약 3배 이상 확대될 것으로 예상된다고 밝혔다.
삼성전자는 8월부터 5나노 기반으로 스마트폰 AP 엑시노스992를 양산할 계획이며, 이 칩은 갤럭시노트 20에 탑재될 예정이다. 또 삼성은 퀄컴의 스냅드레곤 X60 5G 모뎀을 5나노 기반으로 생산을 위탁받았다. 7나노 부분에서는 삼성은 지난 5월 엔비디아의 7 나노 GPU 칩 생산 계약을 체결했다. 물론 7나노 GPU 칩은 TSMC에서도 생산이 되지만 이번에 공급선 다변화 전략으로 삼성전자가 수주를 하게 됐다는 점에서 의미가 있다.
▲5나노 기반으로 생산되는 삼성의 엑시노스992
