글로벌 반도체의 흐름

반도체 기업에, 투자를 하고 있으신 분이라면, 생각해 봐야 할 부분이 있다. GAA, 3나노(N3) 공정이, 파운드리에 미칠 영향과 현재, 반도체 산업이 처한 문제, 그리고, 앞으로의 방향성이다. 이 부분에 대해, 나의 생각을 얘기하도록 하겠다. 물론, 나는 반도체 전문가도, 전공자도 아니기에, 참고만 하길 바란다.

삼성 파운드리의, 1세대 GAA, 3나노(N3) 공정은 기존 핀펫(FinFET), 5나노(N5 ) 공정 대비, 혁신적인 공정 효율성을 발휘하는 것으로 알려졌다. 공정의 핵심 기준이 되는, PPA(Power, Performance, Area)로 봤을 때, 전력은 45% 절감, 성능은 23% 향상, 면적은 16% 축소로, 과히, 압도적이라 할 수 있다. 첫 고객으론, 중국의 비트 코인 채굴 팹리스 기업(ASIC), "팬세미"로 알려졌다. "팬세미" 입장에선, 코인 채굴에는 연산 속도가 빠르고, 전력 효율이 좋은 칩이 필요하고, 세계 최초 3나노(3N)라는 상징성이 영향을 미쳤을 것이다. 또한, 삼성의 입장에선,  ASIC는 단가가 높아, 저조한 수율에도, 수익을 낼 수 있다는 점, 그리고, 안정적인 시생산이, 가능할 것이라고, 판단했을 듯싶다. 그렇기에, GAA N3 최초 물량을 "팬세미"에 공급하기로 결정한 것은, 두 기업 간의, 이해관계가 이루어낸 결과물이라 생각된다. 그러나, 삼성 파운드리는 아직 수율에 대한 과제가 남아 있는 상황이다. 현재, TSMC의  3나노(3N)에 줄 서있는, "거대, 팹리스"(애플, 인텔, 엔비디아, AMD, 퀄컴) 기업들의 발길을 돌리려면, 안정된 수율의 마지노선인 60% 이상의 수율을, 보여야 할 것이다. 삼성이 수율을 올리기 위해, 해야 할 일은 많은 공정 경험이 우선적이겠지만, 관련 소재, 장비, 부품 등의 도움도, 절실해 보인다. 공정 경험은 팹리스들이 오더를 줘야 하는 일이고, 영업 적인 요소가 다분하지만, ASML의, HIGH-NA, EUV 노광기를 비롯하여, 그동안, 사용하지 못했던,  EUV 펠리클을 포함한, EUV 블랭 마스크 및 PR 등과 같은,  소부장들의 도움이 필연적인 상황이라 생각된다. 

 나의 글 중, N3, "배수의 진"에서 TSMC의 N4공정 수율에 대해, 생각보다 낮을 수 있다는, 나의 견해를 이야기 한 적이 있다. 그때, 언급을 안 한 개인적인 생각이 하나 더 있는데, 그것은, TSMC가 자체 개발하여 쓰고 있는, EUV용 펠리클이다. 펠리클은, 반도체 포토 마스크를 보호해 주는 얇은 막으로, 투과율(열 흡수율)과, 내구성이, 펠리클 성능의 핵심 요소이다. 약 1년 반 전,  내가 알아본 바로는. TSMC의, 자체 펠리클 투과율이, 80% 중반 정도로 파악 됐는데, 이는, 삼성전자와, ASML의 기준인, 90%에. 한참 미치지 못하는 수치이다. 투과율이 낮다는 것은, 그만큼,  EUV 광원의 손실, 흡수 등의 요인이 있을 수 있다는 것인데, 이것은 온도 상승과 내구성에도 문제를 일을 뿐만 아니라, 결국, 한 번에 선명한 회로를 그리기 어려울 것이다

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그렇다면, 여러 번 그려야 할 텐데(멀티 패터닝), 한 번에 그리는 것보다는, 수율적인 부분이나, 비용, 시간적인 부분에서, 문제를 일으킬 수 밖에는 없다. 그동안, TSMC의 EUV 펠리클이 얼마나 발전해 있는지는 알 수 없다.  하지만, 그 당시, 우리나라 EUV용 펠리클을 연구했던 기업인, 에스엔에스텍, 에프에스티는, 88~89% 투과율을 보였다. 애스앤에스텍은, 단 결정 실리콘 재질의 EUV 펠리클을, 에프에스티는, 실리콘 카바이드와, 메탈 계열 소재의 EUV 펠리클을, 개발 중에 있었다. 우리는 투자자로서, 이점을 주목해야 할 것이다. 

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현재 시점에서,  파운드리의 가장 큰 문제는 장비 수급이다. DUV 장비들은, 중국 업체들이 웃 돈을 주고,  쓸어가고 있으며, EUV 노광기를 유일하게 생산하는 ASML이, 제조에 들어가는 부품 수급에 난항을 겪으면서, 당시 계획보다, 적은 수의 노광기가 제작될 것으로 보이기 때문이다. 삼성은, 그동안 TSMC와, 독점했던 EUV 노광기를, 이제는, 인텔과 함께 나눠야 하는 상황이다. 그러기에, EUV용 관련 소부장 기업들과의 협력이, 더욱 절실하다. 이에 위기를 느낀, 이재용 부사장은 6월 16일, ASML, 네덜란드 본사에 방문하여, 피터 베닝크 CEO. 마틴 반 덴 브링크 CTO를 만나, 신제품 HIGH-NA를 포함한 올해 생산 예정인, EUV 노광기 도입 계약을 마무리한 것으로 알려졌다. 일반적인 EUV 노광기는, 7nm 이하에 사용되며. HIGH-NA는, 3nm 이하의 더 미세한 공정도, (삼성은 N3, TSMC는 N2에 사용한단다) 가능한 것으로 알려졌다. TSMC 또한, 22년 6월 중순에 개최된 "테크놀로지 심포지엄"에서,  2024년, 세계 최초로, HIGH-NA E U V 노광기를 도입한다고, 공식 발표하였다. 인텔 또한, 2025년, 1.8 나노에(가능할지는 의문?) HIGH-NA 5대를 계약했다고, 올해 초, 공식 발표하였기에, 이번 이부회장의 ASML과의 계약 건은, 매우 중요한 의미를 가졌다고 생각된다. 이르면, 23년 1분기, 늦어도, HIGH-NA 도입 시기에는, 삼성은 그동안, 투자하고 있던, 에스앤에스텍(블랭마스크, EUV 실리콘 재질의 펠리클), 에프에스티(EUV 실리콘 카바이드 펠리클 등 관련 장비), 동진쎄미켐(EUV PR)등의, EUV 관련 소부장들을, 적극적으로 활용할 것으로 보인다. 어쩌면, 이번 GAA, N3, 2세대에, EUV 펠리클을, 사용할지도 모른다. 펠리클의 사용은, 수익성과 직결되기에 낮은 수율의 공정의 수익 부분을 보완해 줄 수 있을 것으로 생각된다. 물론, 기술적인 부분이, 어디까지 왔는지 정확히 알 수 없다. 하지만 에스앤에스텍은, 투과율이 최대, 90%인 1세대 EUV 펠리클을 개발완료 한 것으로 알려졌다. 내가 아는 삼성은, TSMC처럼, 무리하게(?) 펠리클을 도입할 것 같진 않다. 현재, 삼성의 스탠스는, 수익보다는, 점유율 증가에, 더 큰 비중을 두고 있는 것처럼 보이기 때문이다. 삼성의 계획은, 23년, ASML 얼라이언스의 펠리클 MK4.0을 도입할 것으로 알려졌다. 아직, 국내 기업들의 기술력이 다소 부족해 보이지만, 국내 기업과 투트랙 전략도 예상해 볼 수 있다. 또한, 조기투입도, 충분히 가능해 보인다. 

다음으로, 인텔에 대해 이야기해보자면, 아직까지 7nm 이하 공정에 진입했다는 소식이 들리지 않는다. 그들의 바람처럼, 2nm에 진입을 할 수 있을지에 대해선, 개인적으론 불가능해 보인다. 하지만, 패권국인 미국이, 든든하게 받쳐주고 있으니, 진행 사항을, 지켜봐야 할 듯싶다. 

또한, TSMC는, 삼성의 GAA, 3nm 양산 소식에 자극을 받았는지, 12월 27일 핀펫(FIN-Flex)으로, 3nm양산을 시작한다고 알려졌다. 개인적인 생각이지만 해를 넘기지 않으려는 TSMC의 의지가 보이는 듯하다

더욱이, 애플의 4nm에서, 제조되기로 했던, M2, A16 칩을, 5nm공정(N5P)에서, 생산하고 있는 것을 보면, 4nm 이상의 공정에서, 난항을 겪고 있다는 생각을 지울 수 없다. 나의 생각이 맞다면. 4nm도, 제대로 안정되지 않은 상황일 것이고. 선단 공정(3nm)의 자리를 뺏긴 상황에서, 무리하게, 3nm을 진행하는 것은 득보다는 실이 많을 것 같다. 물론, 파운드리 점유율 1위의 자존심에 상처를 입은 것은, 부정할 수 없는 사실이지만. 3nm의 과도한 진입은, 투자 비용의 증가와 낮은 수율로, 오히려 기업에 악영향을 미칠 것으로 생각된다. 더욱이, 과감한 캐파(시설 확충)를, 계획하고 있어, 많은 자본 투입이 예상되기에, 시기적으로도 수익이 매우 중요한 시점이기 때문이다. 더욱이, 다른 사업이 없는 TSMC이기에, 파운드리에서의 이익 악화는, 기업의 흥망에 영향을 끼칠 정도로, 막대할 것이라 생각된다. 

디지 타임스와 같은 일부 대만매체는 TSMC는 높은 3나노 수율(60~80%)을 가지고 있고 삼성전자는 그렇지 못하다고(수율 20~40%) 연일 삼성 깎아내리기에 열을 올리고 있다.

이는 과거 삼성이 5나노를 진입하지 못할 것이라고 깎아내리기 보도를 했을 때와 비슷한 상황으로 보인다. 결국 삼성전자는 5나노를 보기 좋게 성공시켰고 대만 매체들은 입을 닫았다

도둑이 제 발 저린다

우리나라 속담 중에 "도둑이 제발 저린다"라는 말이 있다. 맘이 편치 않기에 파운드리에서의 유일하고 강력한 경쟁자인 삼성전자를 깎아내리기에 혈안이 된 것으로 생각된다.

그렇기에 우리는 투자자로서 매체에서 말하는 말들을 맹목적으로 믿어서는 안 될 것이다

공부를 통하여 매체들의 이야기가 신빙성이 있는 것인지 걸러낼 수 있어야 하며,  사실에 대한 확인을 반드시 해야 할 것이다

나는 그저, 세계 최고의 파운드리 기업들의 대국을 구경할 뿐이다. 나 또한, 나의 수가 맞았는지는 대국이 끝나야 알 수 있을 듯하다. 나는 개인적으로 에프에스티에 투자 중이다. 공개적으론, 에스엔에스텍이 앞서는 듯 보이지만, EUV 전체적인 기술(자체 광원, 멤브레인, 프레임 등, 관련 장비)은 에프에스티가 더 뛰어나다고, 판단되기 때문이다. 로드맵 상 23년, EUV 펠리클 양산, 25년 HIGH-NA 팰리 클 양산 계획이니, 꾸준하게 관찰하고 있다. 

 

 

저와 다른 견해가 있으신 분이라면, 언제든지 의견을 제시해 주시길 바랍니다. 성장하고, 발전하고 싶기 때문입니다 늘 성장하는 투자가가 되겠습니다.