'TSMC와 양강구도' 첫 언급
7nm 이하 첨단공정에선 '대등' 강조

점유율 확대 위해 평택 2라인 조기 가동
"3nm 공정에서도 대형고객 안 놓칠 것"

D램 시장 올해 15% 성장
EUV 적용해 '원가경쟁력' 확보

시스템LSI는 '전장' '커스텀' 제품 강화
자동차 반도체 설계역량 집중
페이스북, 테슬라 등과 협업
사진=뉴스1

사진=뉴스1

"선단(첨단)공정에선 TSMC와 '양강구도'를 형성해 경쟁 중이다."

삼성전자가 지난 16일 '주주총회소집공고' 공시 자료를 통해 올해 반도체 사업 전략을 공개했다. 이 자료에서 자사의 파운드리(반도체 수탁생산) 사업 경쟁력에 대해 'TSMC와 양강구도'라고 평가했다. 선폭(트랜지스터 게이트의 폭) 7nm(나노미터, 10억분의 1m) 이하 공정을 뜻하는 '선단(첨단, advanced) 공정에서란' 단서를 달았지만, '세계 1위 업체에 밀리지 않는다'는 자신감을 피력한 것이다.
"3nm 공정에서도 대형고객(퀄컴, 엔비디아 등) 놓치지 않을 것"
사실 세계 파운드리 시장 점유율만 놓고 보면 TSMC와 삼성전자의 격차는 작지 않다. 반도체 전문 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 TSMC의 지난해 4분기 점유율은 55.6%, 삼성전자는 16.4%다. 이는 최신 5nm부터 90nm 이상의 '레거시(전통) 공정'까지 모든 공정을 다 포함한 수치다.
ASML이 독자 생산하는 EUV 노광장비. 이재용 삼성전자 부회장이 지난해 ASML 본사를 방문해 EUV 장비를 살펴보고 있다. 연합뉴스

ASML이 독자 생산하는 EUV 노광장비. 이재용 삼성전자 부회장이 지난해 ASML 본사를 방문해 EUV 장비를 살펴보고 있다. 연합뉴스

업계에서 '선단공정'이라고 불리는 첨단 공정만 놓고보면 격차는 크게 좁혀진다. 트렌드포스는 지난 11월 보고서에서 "2021년 10nm 이하 선단공정 점유율은 TSMC 60%, 삼성전자 40%가 될 것"이라고 전망했다.

삼성전자의 자신감은 '기술력', '강한 파운드리 수요', '대규모 투자' 등이 맞물린 결과로 분석된다. 삼성전자는 공시 자료에서 "2020년 4분기 5nm 1세대 제품을 공급했고 올해 하반기엔 5nm 2세대, 3세대 공정 제품을 동시에 양산할 계획"이라고 설명했다. TSMC도 현재 5nm 공정이 주력인 점을 감안할 때 '대등한 기술 경쟁을 벌이고 있다'는 평가가 나온다.

또 "GAA 기술 개발로 미래기술을 주도할 것"이라고 강조했다. GAA(Gate-All-Around)는 삼성전자가 내년 본격화할 계획인 '3nm 공정'부터 적용될 예정인 신기술이다. 삼성전자는 "GAA 기술 개발을 대형 고객의 차기 제품 수주로 연결하여 중장기 사업 확대 기반을 마련할 것"이라고 밝혔다. '기술력'을 앞세워 퀄컴, 엔비디아 등 현재 대형 고객사들을 놓치지 않겠다는 의지를 표명한 것으로 평가된다.
대만 신추 TSMC  본사 로고. 사진=REUTERS

대만 신추 TSMC 본사 로고. 사진=REUTERS

= 평택 최첨단 파운드리 라인 조기 가동...'상반기 중' 유력
시장 상황도 긍정적이다. 현재 파운드리업체들은 밀려 들어오는 주문 때문에 생산 시설이 부족해 '주문을 받아도 못 만드는' 상황이다. 삼성전자도 "스마트폰 업체의 점유율 경쟁, (반도체) 안전재고 확보 수요, 완성품 업체의 수요 경쟁이 팹리스(반도체 설계전문 회사, 공장이 없어 파운드리업체에 생산을 위탁) 고객의 (파운드리)생산능력 선점 경쟁으로 이어지고 있다"며 "강한 수요세가 지속되고 있다"고 설명했다.

현재 삼성전자 파운드리사업부는 한 지붕 아래 있는 시스템LSI사업부의 물량도 소화하지 못할 정도로 '풀캐파(완전 가동)' 상황인 것으로 알려졌다.
현재 건설 중인 평택2공장 EUV 라인을 점검 중인 삼성전자 반도체 경영진. 삼성전자 제공

현재 건설 중인 평택2공장 EUV 라인을 점검 중인 삼성전자 반도체 경영진. 삼성전자 제공

'공급 부족' 상황을 해소하기 위해 삼성전자는 경기 평택 2공장(P2)에 조성 중인 최신 EUV(극자외선) 파운드리라인 가동 시점을 올 상반기로 앞당길 예정이다. 평택 EUV 라인은 이재용 삼성전자 부회장이 지난해 5월과 올 초 두 번이나 방문할 정도로 중요성이 큰 곳이다.

지난해 5월 삼성전자는 '10조원 투자' 사실을 공개하며 "2021년 하반기부터 본격 가동할 것"이라고 발표했다. 이번 공시자료에선 "EUV 전용라인 램프업(생산량 확대)과 평택 신규라인 조기 가동 등을 통해 생산 생산능력을 확대할 것"이라고 강조했다.
삼성전자도 8인치 파운드리라인 가격 인상
레가시(전통) 파운드리 공정 관련 전략도 밝혔다. 삼성전자 파운드리사업부는 '스마트폰용 반도체' 중심에서 '고성능컴퓨팅(HPC), 컨슈머, 네트워크, 자동차 전장(전자장비) 등으로 응용처를 확대할 것"이라며 "CMOS이미지센서(CIS), 디스플레이구동칩(DDI), 전력반도체(PMIC) 등 공정포트폴리오도 다각화할 것"이라고 설명했다.

라인 운영 효율화 등에도 적극 나선다. 특히 12인치(300mm) 웨이퍼를 주로 쓰는 공정 뿐만 아니라 8인치(200mm) 파운드리 라인에서도 사업 확대에 주력할 방침이다. 2010년까지 널리 쓰인 8인치 라인은 차량용 MCU(마이크로컨트롤유닛), DDI, 파워반도체 등을 주로 생산한다. '구식'으로 평가 받았지만 최근 차량용 반도체 품귀 사태 때문에 수요가 커지고 있다.

삼성전자는 "8인치 수요 대비 공급 부족 상황에서 '판가인상' 및 '고수익 제품 중심 선택과 집중'을 추진하며 사업확대에 주력하겠다"고 발표했다. 올 들어 대만 VIS, UMC 등도 8인치 가격을 15~20% 정도 인상한 상황이다.

삼성전자 파운드리의 약점은 '수율'이 꼽힌다. 수율은 전체 생산품에서 양품이 차지하는 비율로 수율이 낮다는 건 그만큼 불량품이 많이 나온다는 것이다. 업계에선 "삼성전자 5nm 공정 수율이 TSMC보다 낮다"는 분석이 나오기도했다. 삼성전자는 이를 의식해서인지 "수율 향상(Ramp-up)에 집중하고 있다"고 강조했다.
D램 수요 15% 성장
D램, 낸드플래시 등을 담당하는 삼성전자 메모리사업부는 공시 자료에서 시장조사업체 IDC의 지난해 12월 자료를 인용해 "올해 전 세계 D램 시장이 전년 대비 15% 성장할 것"이라고 설명했다. 경기회복에 따른 스마트폰 수요 회복 및 데이터센터의 서버 수요가 증가할 것이란 이유에서다.

올해 삼성전자 메모리사업부가 공들이고 있는 건 'EUV(극자외선) 노광장비를 통한 D램 양산'이다. EUV 노광장비는 네덜란드 ASML이 독점 생산하는 것으로 반도체 웨이퍼에 회로를 새기는 '노광공정'에 활용된다. 기존 ArF장비보다 효율성이 좋아 대당 2000억원에 달하는 가격에도 '물건이 부족해 못 파는' 상황이다.

7nm 이하 파운드리공정에 주로 활용되고 있지만 삼성전자는 업계 최초로 지난해 D램 생산에 EUV 장비를 도입했다. 회로를 새기는 작업을 줄일 수 있어 '공정 효율성'을 획기적으로 높일 수 있기 때문이다. 삼성전자는 지난해 이미 1세대 10nm(1x) D램 양산에 EUV 장비를 성공적으로 적용했다. 올해엔 4세대 10nm(1a) D램을 EUV 라인에서 본격 양산할 계획이다. 삼성전자는 "원가 경쟁력 제고 및 성능, 특성, 품질 완성도를 강화해 시장 리더십을 선도할 예정"이라며 "AI, 엣지컴퓨팅(Edge Computing) 등 포스트 코로나 시기의 신성장 시장 경쟁력도 지속 강화하고 있다"고 밝혔다.
삼성전자의 엑시노스 오토 반도체. 독일 아우디에 공급된다. 연합뉴스

삼성전자의 엑시노스 오토 반도체. 독일 아우디에 공급된다. 연합뉴스

낸드플래시에선 128단(6세대) V낸드 비중을 높이고 이를 고성능 SSD(데이터저장장치)에 탑재해 프리미엄 시장에 진입할 예정인 것으로 알려졌다.

7세대 V낸드(170단 이상)에 대한 언급은 없었다. 최근 낸드플래시업계에선 층을 높게 쌓아올려 제품 성능을 높이는 경쟁이 벌어지고 있다. 삼성전자는 6세대 V낸드는 세계 최초로 양산했지만 7세대에선 기술개발 속도와 관련해 경쟁사에 밀리고 있는 실정이다. 작년말 마이크론은 176단 낸드 양산을 선언했고 SK하이닉스도 176단 4D 낸드 개발을 알렸다. 최근엔 일본 키옥시아와 미국 웨스턴디지털이 공동으로 "162단 낸드를 개발했다"고 발표했다.

물론 적층단수보다 '수율'이 중요하다는 게 반도체 업계의 공통된 의견이다. 수율과 생산 효율성에선 삼성전자가 '타의 추종'을 불허하는 수준으로 앞서있다는 평가가 우세하다. 2019~2020년 낸드 불황기에도 전 세계 낸드 업체 중 삼성전자만 유일하게 '적자'를 면했을 정도다.
페이스북, 테슬라 등과 '칩 공동 개발' 사업도 강화
스마트폰 등에 들어가는 AP '엑시노스', 이미지센서 '아이소셀' 등을 개발·판매하는 시스템LSI사업부는 '신규 사업 확대'를 선언했다. 대표적인 제품이 '차 전장용 SoC(시스템온칩)', '커스텀(Custom) SoC' 등이다.

삼성전자 시스템LSI사업부는 전장용 AP '엑시노스 오토'를 개발하고 아우디 등에 납품한 실적이 있다. 최근 자율주행차 등 자동차 기술 개발로 반도체 수요가 확대되면서 '전장용 SoC' 경쟁력을 강화하겠다는 의지를 나타낸 것으로 평가된다.

'커스텀 SoC 확대'도 주목할만한 대목으로 꼽힌다. 구글, 페이스북, 테슬라 등 '외부 고객사'의 의뢰를 받아 칩 설계를 도와주는 서비스를 확대하겠다는 뜻을 나타낸 것이다. 이들 업체들은 전통적인 반도체 기업의 영향력에서 벗어나기 위해 AI 등과 관련된 분야에서 '자체 칩' 개발에 힘쓰고 있다. 실제 삼성전자와 협력해 자체 칩 개발을 시도하고 있는 것으로 알려졌다.

생산시설이 없는 '팹리스'들의 숙제인 '파운드리 확보'에 대해서도 "착실히 준비할 것"이란 뜻을 내비쳤다. 시스템LSI사업부는 설계·판매만 주력하고 생산은 주로 삼성전자 파운드리사업부에 맡겼기 때문에 '팹리스'로 분류된다. 최근 삼성전자 파운드리사업부에 주문이 밀려들어오면서 시스템LSI사업부도 스마트폰용 AP, 이미지센서 등을 '원하는만큼' 칩을 못 만드는 상황이다. 이에 시스템LSI사업부는 이미지센서 등 일부 제품 생산을 대만 UMC 등에 맡기고 있는 것으로 알려졌다. 삼성전자는 시스템LSI사업부는 "Foundry 공급처 확대로 2021년을 착실히 준비하고 있다"고 설명했다.

황정수 기자 hjs@hankyung.com

ⓒ 한경닷컴, 무단전재 및 재배포 금지