최근 차량용 반도체가 부족해 포드·폭스바겐 등 글로벌 자동차 업체들이 공장 가동을 중단하는 등 비상조치를 취하고 있다.
그 이유로는 차량용 반도체를 공급하는 업체들은 반도체 가격을 10~20% 인상하고 있고 최근 경기회복 기대감과 글로벌 자산 가격 상승으로 자동차 판매가 회복세를 보이고 있지만, 아직은 코로나 19 이전 수준을 회복하지 못하고 있다.
대만중앙통신(CNA) 보도에 따르면 대만 행정원 예산담당 부처인 주계총처(主計總處)는 지난해 대만의 경제 성장률이 코로나 상황에도 불구하고 2.98%로 추정된다고 발표했다.
이는 1991년 이래 대만 성장률이 중국 성장률(2.3%)을 처음으로 앞지른 사례라고 CNA는 발표했다.
지난해 대만의 수출 규모는 전년 대비 4.9% 증가한 3452억 8000만 달러(약 385조 8000억 원)로 특히 TSMC와 폭스콘을 비롯한 반도체 업체의 수출이 전년 대비 22% 증가한 1220억 달러를 기록했다.
이는 전체 수출의 3분의 1에 해당하는 아주 상당한 규모이며 코로나 19로 인한 비대면 일상화에 반도체가 호황을 누리게 되었고 그 핵심은 시스템 반도체에 있다.
TSMC는 대중국 견제를 위한 미국의 첨단 반도체 공급 제한 조치에도 핵심 기업으로 성장하고 있다.
TSMC의 시스템 반도체를 공급받지 못하고 있는 화웨이는 지난해 4분기 스마트폰 판매량이 전년 동기 대비 40% 이상 감소했다. 이는 전자기기에 시스템 반도체의 중요성을 입증하는 예이다.
시스템 반도체 제조강국인 타이완에 이어 이를 바짝 추격하는 나라기 한국이다.
시스템 반도체의 공급 부족으로 미국, 독일 등
일부 공장에서 자동차 생산을 중단하는 사태까지 발생하게 되었다.
대만 반도체 업체들의 기술적 우위가 팬데믹 국면에서 성장을 이끈 원동력이라고 평가했다.
이러한 TSMC의 성장에도 불구하고 자동차 반도체가 부족한 이유는 무엇일까?
"코로나"코로나 19방역 성공 덕분에 생산·제조 및 소비가 계속돼 IT제품용 반도체의 수요가 급증한 결과 지난해 성장 폭이 커졌다"
TSMC는 최근 세계 각국에서 차량용 반도체 증산 요청이 잇따르자 해당 품목의 가격을 최대 15% 올리는 방안을 검토 중이다.
이에 앞서 독일 경제 에너지 장관이 직접 대만 경제부 장관에게 TSMC 증산 문제를 요청하는 등 글로벌 시스템 반도체 공급 연결고리에서 대만 기업들의 영향력이 갈수록 확대되고 있다.
이마저도 생산능력이 부족해 비메모리 산업 밸류체인(팹리스·파운드리·패키지 등)은 전반적으로 반도체 가격이 인상되고 공급물량은 줄어들고 있다.
IT용 반도체 가격이 차량용 반도체 가격을 앞지르기에 이르렀다.
2020년 세계 시장 규모 750750억 달러로 GDP 대비 자동차 산업 비중이 미국 3%. 독일 14% 등 시장 조사기관인 트렌드포스에 따르면 2020년 세계 파운드리 시장 매출 규모는 지난해보다 23.8% 증가한 750750억 달러로 전망된다.
이례적으로 각국 정부는 타이완에 도움을 요청하여 5G 시장 개화로 5G 스마트폰과 통신 인프라 투자가 증가하고 있고 자동차 전장화, AI(인공지능)와 HPC(High-performance computing·고성능 컴퓨터)고성능컴퓨터확산 등이 겹치며 파운드리에서 생산해야 하는 시스템반도체 수요가 지속적으로 증가하고 있다.
여기에 추가적으로 코로나 19 확산에 따른 언택트(비대면) 문화가 확산(게임기 등으로 수요 증가)됐다.
또 인텔의 반도체 공장에서 생산하던 인텔 CPU, 애플 맥북 프로세서를 파운드리 업체1위인 대만 TSMC가 수주하고, 중국의 파운드리 회사인 SMIC에 대한 미국의 제재 움직임에 따라 SMIC 고객들이 한국과 대만 파운드리로 옮겨 오면서 예상하지 못한 수요도 증가하고 있다.
10 나노TSMC와 삼성전자 파운드리의 생산능력은 전량 예약된 상태로 알려져 있고 그만큼 우리나라의 삼성 인지도가 급증하고 있다는 반증이다.
세계 반도체 시장 규모를 보면 우리나라의 메모리 반도체가 전체 28%, 대만의 시스템 반도체가 72%로 파운드리 시장의 압도적인 1위는 대만의 TSMC다.
현재 가격이 1500억 원 내외하는 EUV 장비와 그에 따른 투자 가능한 파운드리 회사는 전 세계적으로 TSMC와 삼성전자밖에 없다.
삼성전자 파운드리는 2005년 파운드리 사업을 처음 시작했다. 삼성전자는 2019년 4월 ‘반도체 비전 2030’을 발표했다.
2030년까지 133조원133조 원(R&D 73조 원,조원, 인프라 60조원)60조 원)을 투자해 비메모리 분야에서도 글로벌 1위 달성하겠다는 것이다.
요즘 떠 오르고 있는 차량용 반도체는 시스템 반도체로 세계 최대의 위탁 생산 업체는 타이완의 TSMC이다.
대만의 TSMC는 2021년 설비투자 규모를 전년 대비 50% 늘릴 것이라고 밝혔다. 대만이 지난해 3%에 가까운 국내총생산(GDP) 성장률을 기록하면서, 30년 만에 중국의 GDP 성장률을 앞선 것으로 나타났다.
또 작년 전체 수출의 3분의 1을 TSMC 등 반도체 기업들이 이끈 것으로 확인돼 세계적 초격차 기업이 곧 국부(國富) 임을(國富) 확인시켰다.
그렇다면 시스템 반도체는 무엇인가?
메모리 반도체는 저장용이고 시스템 반도체는 명령을 실행하고 연산 등을 담당하는 역할을 한다.
스마트폰에 들어가는 반도체의 수는 40개 자동차에 들어가는 반도체의 수는 300개로 앞으로 자율 주행 자동차에 상당한 반도체가 필요함을 알 수 있다.
자율 주행 자동차의 잠든 운전자를 위해 필요한 반도체가 상당한 역할을 한다는 것을 입증하는 것이다.
AI 인공지능 시대의 4차 산업혁명은 시스템 반도체가 좌우할 것이라는 예상이 확실하다는 것이다.
삼성전자 파운드리 사업부는 1980년대 메모리 반도체 시장에 첫 진출하여 최근 모바일 수요 회복 및 HPC향 칩 수요 증가가 더해지면서 최대 매출을 기록하고 있다.
삼성전자 파운드리는 시스템 LSI사업부의 CIS(CMOS 이미지센서), PMIC(전력반도체), DDIC(디스플레이 드라이버 IC)IC) 등의 물량 증가 등으로 2021년에도 큰 성장을 할 것으로 전망된다.
한국기업은 2008년 스마트폰 출시로 시스템 반도체 사업이 본격화되어 앞으로 2022년에는 3 나노 공정과 GAA(Gate-All-Around) FET 공정을 적용해 삼성전자는 시스템 반도체 생산에서 TSMC에 이어 업계 2위를 기록하고 있으나 TSMC에 비해 공정 측면에서 앞서 나갈 것으로 예상되고 있다.
파운드리 업체들이 밀려드는 수요에 따라 공장 가동률을 최대로 끌어올렸지만 몰려드는 주문을 모두 받기에는 역부족이다.
최근 많은 커뮤니티에서는 ‘삼성전자 vs TSMC’를 비교하는 글이 자주 올라오고는 한다. 양사 경쟁력을 다양한 측면에서 비교해 본다.
1. 공정 기술 측면에서 2016년부터 앞서 나간 TSMC의 1 나노미터. 10억 분의 1m다.
반도체 산업에서는 ‘나노’ 앞에 나오는 숫자 즉, 10 나노의 10은 곧 경쟁력을 나타낸다.
숫자가 낮을수록 생산성이 높아지면서 칩 성능이 좋아지고 전력 소모가 줄어든다.
최근 TSMC와 삼성전자는 10 나노를 넘어 7 나노 공정으로 전환하고 있다. 10 나노는 머리카락 두께 5000분의 1에 불과할 만큼 얇다. 육안으로는 잘 보이지도 않는다.
불과 10년 전만 해도 파운드리 기업 간 기술력 차이는 지금처럼 벌어지지 않았다.
10 나노 이하 공정으로 접어들면서 상위 업체인 삼성전자와 TSMC의 기술력을 하위 업체가 따라잡기 무척 어려워졌다.
2. 현시점에서 TSMC와 삼성전자 중 공정 기술은 누가 앞설까.
올해 초 한 콘퍼런스에서 반도체 컨설팅 업체 ‘IC Knowledge’는 흥미로운 자료를 공개했다. TSMC와 삼성전자, 인텔의 공정 기술을 비교하는 자료였다.
2016년 삼성전자와 TSMC는 10 나노 공정에 진입했다. 밀도 역시 차이가 나기 시작했다. 인텔 칩의 밀도는 4551만으로 그대로인 반면 삼성전자(5455만)와 TSMC(5510만)는 인텔 기술을 넘어섰다.
TSMC는 2017년 7 나노 공정에 진입했다. 삼성전자 역시 2018년 7나노 공정에 들어갔지만 인텔은 2019년에도 여전히 10 나노 공정에서 벗어나지 못했다.
2019년 삼성전자와 TSMC는 5 나노 공정 개발에 성공했다. 다만 양사 칩의 밀도는 확연히 다르다. TSMC 칩의 밀도는 1억 8546만을 기록한 반면 삼성전자는 1억 3356만으로 약 40% 차이가 났다.
IC Knowledge는 올해 삼성전자와 TSMC가 3 나노 공정에 들어갈 것으로 내다본다. 칩 밀도는 TSMC(3억 1665만)가 삼성전자(1억 8031만) 대비 월등히 뛰어날 것으로 예상된다. 인텔은 내년 혹은 내후년은 돼야 7 나노 공정에 들어갈 것으로 보인다.
결론적으로 삼성전자와 TSMC는 ‘나노’로 표현되는 전반적인 기술 수준은 비슷하게 유지하고 있다. 다만 트랜지스터 밀도는 TSMC가 삼성전자보다 훨씬 낫다.
여러 요소로 인해 전문가들은 현시점에서 TSMC 공정 기술이 삼성전자보다 ‘약 1년’ 앞서 있다고 평가한다.
위탁 생산 반도체 시장 점유율이 TSMC가 전체 54%를 차지하고 있어 압도적 우위를 점유하고 있다.
이러한 시장 점유율을 통해 볼 때 TSMC이 차량용 반도체 가격을 최대 15% 인상안을 검토하고 있어 시장이 요동치고 있다.
현재의 시스템 반도체는 업계 1,2위만 살아남을 수 있는 구조로 이루어져 있다. 그 이유는 세계 최고의 제품만을 신뢰한다는 뜻이다.
TSMC는 시스템 반도체 분야에 약 30조 원을 투자할 계획이다.
요즘 재계나 IT 업계는 물론 주식 시장에서 가장 눈길을 끄는 종목으로 파운드리를 예로 들 수 있다.
파운드리란 ‘반도체 위탁생산’을 뜻하는 용어로 반도체 산업은 설계만 담당하는 팹리스, 생산을 담당하는 파운드리, 설계와 생산 모두 함께하는 IDM(종합 반도체 기업)으로 나뉜다.
요즘 국내에서 파운드리가 주목받는 이유는 다름 아닌 삼성전자 영향이 크다.
삼성은 시스템 반도체 분야에 10~20조를 투자할 계획이다.
TSMC와 삼성 중 누가 먼저 3 나노 초미세 공정을 양산하는지에 따라 승패가 좌우될 정도로 아주 치열한 경쟁의 구도에 와 있다.
이에 한국은 더욱 과감한 투자가 필요하고 시스템 반도체 설계 분야에서 큰 자본이 필요 없이 스타트업 해 볼만한 가치가 있는 분야로 평가되고 있다.