[Tech 스토리] '나노'가 뭐길래 반도체 기업 시총을 '쥐락펴락'

기사입력 : 2020년08월16일 08:26

최종수정 : 2020년08월16일 08:26

팹리스와 파운드리로 분화되는 글로벌 반도체 시장
손톱 만한 칩에 수천만개 트랜지스터 새기는 나노 기술
매년 '목숨을 건 도약'을 감행해야 하는 반도체 기업들

[편집자주] 기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

[서울=뉴스핌] 김선엽 기자 = '7나노의 벽' 앞에서 글로벌 반도체 기업들의 운명이 갈리고 있습니다.

지난달 23일 인텔이 실적 발표 콘퍼런스콜에서 7나노(nm·나노미터) 기반의 반도체 (미티어 레이크) 출시 시기를 기존 대비 6개월 가량 늦춘 오는 2022년 말 또는 2023년 초로 밝혔습니다. 그러면서 TSMC·삼성전자 등 외부 제3자 파운드리 업체에 위탁생산할 가능성을 시사했습니다.

인텔의 발표에 60달러를 넘나들던 주가는 40달러 후반으로 떨어졌습니다. '반도체의 성능은 18개월마다 2배씩 증가한다'는 무어의 법칙을 제창하며 반도체 제국을 건설했던 인텔의 자존심은 큰 상처를 입었습니다. 당초 계획대로라면 인텔의 7나노 프로세서는 2018년에 나왔어야 했습니다. 빈번한 연기 발표에 시장의 신뢰가 제대로 꺾인 것입니다.

뉴욕증권거래소의 트레이더 [사진=로이터 뉴스핌]

반면 인텔과 CPU 시장에서 경쟁하고 있는 AMD 주가는 60달러 선에서 한 달도 안 돼 80달러를 넘어섰습니다. 인텔의 외주 물량을 독점할 것으로 전망되는 TSMC 주가도 대만 주식시장에서 한 달 새 30% 가량 상승, 시총이 4000억달러를 돌파했습니다. 인텔의 2배이자 전 세계 반도체 기업 중 1위입니다. 참고로 삼성전자 시총은 2900억달러입니다.

◆ 메모리와 비메모리 그리고 팹리스와 파운드리

반도체 시장은 크게 메모리와 비(非)메모리 시장으로 나눠집니다. 메모리는 말 그대로 '기억'을 담당하는 반도체 부품으로 우리에게 친숙한 D램이 대표적입니다. 메모리 시장 또 하나의 축은 과거 하드디스크를 밀어낸 낸드플래시입니다. D램은 용량이 작고 속도가 빠르지만 전원이 꺼지면 데이터가 소실되는 휘발성 메모리고 낸드는 용량이 크고 느린 대신에 비휘발성입니다.

이재용 삼성전자 부회장이 지난 5월 18일 중국 산시성에 위치한 시안 반도체 사업장을 찾아 생산 라인을 살펴봤다. [사진=삼성전자]

아시다시피 메모리 시장은 삼성전자와 SK하이닉스가 전 세계 70% 가량을 점유하고 있을 정도로 한국 기업이 절대 강자입니다. D램과 낸드 모두 지난 10년간 전 세계 스마트폰 시장이 폭발적으로 성장하면서 수요도 빠르게 확대됐습니다. 가깝게는 올 상반기 코로나 쇼크로 클라우드 서버 수요가 는 것이 D램과 낸드플래시 가격을 상승시켰습니다.

하지만 전체 반도체 시장에서 메모리가 차지하는 비중은 30%에 불과합니다. 나머지 70%는 비메모리 반도체가 차지하고 있습니다. 비메모리는 연산을 담당하는 CPU와 AP 그리고 GPU 등 메모리 이외 모든 반도체를 지칭합니다. 스마트폰, 서버, 자동차, 가전 등 다양한 분야에서 반도체가 널리 활용되면서 비메모리 반도체 시장이 점점 확대되고 있습니다.

메모리가 규격화된 아파트라면, 비메모리 반도체는 교량, 댐, 항만, 도로, 주택 등 아파트 이외의 모든 건축물이라 할 수 있습니다. 당연히 설계가 중요합니다.

과거에는 인텔을 포함해 대부분 반도체 회사들이 직접 설계부터 반도체 생산 및 판매까지 직접 했습니다. 하지만 제조공정이 복잡해지고 첨단 장비 도입에 대한 부담이 커지면서 선진국 기업들이 반도체 공장을 설립하고 가동시키는 것을 점차 기피하게 됐습니다.

대만 TSMC [사진=로이터 뉴스핌]

이에 반도체를 설계하고 판매하는 역할을 담당하는 팹리스(fabless) 업체와 팹리스 업체로부터 설계도를 받아 위탁생산을 전문으로 하는 파운드리 업체로 산업적 분화가 일어납니다.

대만 TSMC가 대표적인 파운드리 업체고 TSMC의 핵심 고객인 미국 애플이 팹리스 업체입니다. 인텔과 삼성전자는 반도체를 설계하고 양산과 판매도 함께 하는 대표적인 종합반도체 기업입니다. 차이가 있다면 인텔과 달리 삼성전자는 파운드리 사업도 함께 합니다.

◆ 나노가 뭐길래...손톱 만한 칩 안에 수천만개 트랜지스터를 새긴다

인텔은 어쩌다 7나노 공정 돌입에 실패한 것일까요. 일단 '실패'라고 단언하기는 어렵습니다. 현재 삼성전자와 TSMC가 7나노 공정에 성공하긴 했지만 인텔이 목표로 하는 7나노에 비해서 트랜지스터 집적도가 못 미친다는 평가도 있습니다.

한편으론 인텔의 저력을 무시할 수도 없다는 전망도 있습니다. 마침 인텔은 지난 11일(현지시간) 온라인으로 진행된 '인텔 아키텍처 데이' 행사를 통해 새로운 트랜지스터 구조인 '슈퍼핀'(SuperFIN)을 공개했습니다. 기존 10나노 공정을 유지하면서 인텔 고유의 핀펫 구조를 업그레이드 한 것인데 향후 출시될 프로세서에 적용될 예정입니다.

64K DRAM. 이 손톱 만한 칩 안에는 수만 개에서 수십 억 개 이상의 전자부품들이 빼곡히 채워져 있다. [서울=뉴스핌] 김선엽 기자 = 2020.08.15 sunup@newspim.com

10나노냐, 7나노냐! 파운드리 업체들이 나노 경쟁에 사활을 걸 수 밖에 없는 이유는 선폭이 좁아질수록 저전력 ·고효율 반도체 칩 생산 경쟁에서 우위를 점할 수 있기 때문입니다.

TV에 반도체 뉴스가 나올 때면 방진복을 입은 작업자가 쟁반 같은 원판을 들고 있는 모습을 볼 수 있는데 이것이 반도체 웨이퍼입니다.

웨이퍼 위에 포토레지스트(Photoresist·PR)라 불리는 화학 물질을 얇게 바른 후, 레이저를 이용하여 미리 설계 해 놓은 전자 회로를 웨이퍼 위에 그립니다. 이것이 반도체 핵심 공정입니다. 아날로그 사진기의 사진 인화 과정과 원리가 같아, 포토 공정이라고도 불립니다. 웨이퍼에 전자회로를 새긴 후 집적회로(IC)를 각각 절단하면 반도체 칩이 됩니다.

얼마나 많은 회로를 그릴 수 있느냐 없느냐가 현재 반도체 생산 회사들의 경쟁력입니다. 웨이퍼에 얇게 바르는 PR과 레이저의 성능이 최소 선폭의 두께를 좌우합니다. 참고로 PR은 불화소수, 폴리이미드와 함께 일본의 수출 규제 품목입니다.

◆ '목숨을 건 도약' 감행해야 하는 글로벌 반도체 기업들

손톱만한 칩 한 개 안에는 수만 개에서 수십 억 개 이상의 전자부품들(트랜지스터, 다이오드, 저항, 캐패시터)이 들어있습니다. 극도로 미세한 회로를 새겨넣어야 소비전력은 감소하고 속도는 향상됩니다. 당연히 더 많은 트랜지스터를 집어 넣을 수 있습니다. 또 회로 폭이 좁아지면 칩 크기가 줄어 웨이퍼당 칩 생산량은 증가하고 원가 경쟁력이 향상됩니다.

1나노미터는 10억분의 1미터입니다. 선폭을 줄이려면 빛의 파장을 좁혀야 합니다. 이를 위해 반도체 기업들은 막대한 자금을 쏟아부으며 경쟁을 펼쳐왔습니다.

삼성전자는 반도체용 레이저 장비로 10나노까지는 불화아르곤 장비를 사용했으나 7나노부터는 극자외선(EUV) 장비를 도입했습니다. EUV 장비는 대당 1500억~2000억원인데 네덜란드 ASML이 독점 생산하고 있습니다. 소위 '슈퍼을'이라 불리는 회사입니다.

[서울=뉴스핌] 심지혜 기자 = 삼성전자 평택캠퍼스. [사진=삼성전자] 2020.05.21 sjh@newspim.com

반도체 공장에는 EUV 장비가 수십대가 필요합니다. 게다가 붓이 얇을수록 미세공정에 유리하지만 그만큼 공정이 어려워지고 불량 위험도 커집니다. 또한 초정밀 공정 장비, 자동화 물류 장비, 클린룸 비용 어마어마한 비용 증가를 감수해야 합니다.

반도체 공장 하나를 짓는데 수십조가 필요한 이유입니다. 이런 공장을 3년에 한 번씩 새로 올려야 합니다. 삼성전자는 현재 평택캠퍼스에 P1을 가동하면서 P2 가동을 준비 중이고 2023년 말 가동을 목표로 내달 P3 착공에 나섭니다. 공장마다 약 30조원의 투자금이 들어갑니다.

삼성은 2030년까지 시스템 반도체에만 133조원(R&D 73조원, 시설 60조원)을 투자하겠다고 밝혔습니다. SK하이닉스 역시 120조원을 투자해 반도체 공장 4개를 건설하겠다고 발표했습니다.

현기증이 날 정도의 어마어마한 규모입니다. 수주 경쟁에서 승리한다는 보장도 없습니다. 그럼에도 중국 기업들의 추격을 뿌리치고 글로벌 반도체 전쟁에서 승리하기 위해서는 우리 기업들은 투자를 멈출 수 없습니다.

'목숨을 건 도약', 반도체 기업의 운명입니다.

sunup@newspim.com

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실적 발표 앞두고 '6만 전자'도 위태 [서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 잇단 악재에 3분기 실적도 예상치를 밑돌 것이란 전망이 나오면서 삼성전자에 이를 만회할 '깜짝 카드'가 필요하다는 목소리가 나오고 있다. 예컨대 'HBM3E 엔비디아 퀄 테스트 통과'와 같은 기술 경쟁력을 회복할 수 있는 신호와 혁신이 필요한 시점이다. 서울 서초구 삼성전자 서초사옥의 모습. [사진=뉴스핌DB] ◆장밋빛 흐려지는 3분기 실적…증권가 실적 전망치 하향 조정 4일 금융정보업체 에프앤가이드에 따르면 삼성전자의 올 3분기 예상 매출액과 영업이익은 각각 약 81조원과 11조원이다. 워낙 시장이 좋지 않았던 지난해 3분기와 비교하면서 영업실적이 크게 개선된 것으로 읽힌다. 지난해 3분기 67조4047억원의 매출과 2조4335억원의 영업이익을 달성한 것과 비교하면 매출액은 20.9%, 영업이익은 4배 가까이 증가한 금액이다. 하지만 3분기 영업이익이 한 때 14조원에 이를 것이란 당초 전망치에서 비하면 한참 미치지 못하는 수치다. 실제로 이날 삼성전자의 3분기 실적 전망치를 하향 조정한 IBK투자증권의 경우 "가장 큰 변수는 디바이스솔루션(DS)사업부 일회성 비용과 원/달러 환율 하락"이라고 분석했다. IBK투자증권은 삼성전자 3분기 매출액을 기존 82조9520억원에서 80조3470억원으로, 영업이익은 기존 13조1480억원에서 10조1580억원으로 각각 3.1% 22.7% 낮췄다. DS사업부 매출액에서 D램 가격 상승에 대한 영향을 축소했다. PC, 모바일 가격이 예상 대비 부진하고, 기대했던 제품믹스 개선효과가 크지 않을 것이란 예상에서다. 디스플레이 사업부의 매출도 하향 조정했는데 "기대했던 IT OLED 패널이 예상에 비해서 부진할 것"으로 추정했다. ◆HBM 경쟁력 여전히 물음표…해외에선 인력감축 설까지 겹악재에 빠진 삼성전자는 실적 부진까지 예상되면서 주가가 맥을 못추고 있다. 지난 2일 장중 한 때 5만원대로 밀려나면서 52주 최저가를 경신하기도 했다. 주가가 6만원을 밑돈 건 지난해 3월 16일 이후 약 1년 7개월만이다. 모간스탠리에 이어 맥쿼리를 비롯한 글로벌 투자은행들이 반도체 사업을 중심으로 부진이 이어지며 목표 주가를 반토막 낸 영향이 컸다. D램 등 메모리 공급과잉에 따른 판매가격 하락이 실적 둔화로 이어질 수 있다는 전망에서다. 특히 기술 경쟁력 회복이 뒤처지고 있다는 점에 대한 우려가 크다. 엔비디아에 고대역폭메모리(HBM) 납품을 시작했다는 공식적인 언급이 늦어지고 있는 데다, 중국 당국이 엔비디아의 H20 대신 중국산 AI 칩을 구매하도록 압력을 넣으면서 중국용 중저가 HBM을 납품하는 삼성이 타격을 받을 것이란 전망도 이어지고 있다. 해외 사업장에서는 동남아와 호주, 뉴질랜드에서 약 10% 인력 감축을 진행한다는 해외 언론의 보도가 나왔고, 인도에서는 임금 문제로 인한 파업으로 생산에 차질을 빚고 있다. 삼성전자 4일 양산을 발표한 업계 최고 성능∙최대 용량의 PC용 SSD PM9E1 [사진=삼성전자] ◆지나친 우려 과도한 평가절하…"기술력으로 증명해야" 업계에서 연매출이 300조원, 영업이익만 수십조원에 달하는 거대 기업 삼성전자에 대한 우려가 지나치다는 목소리가 크다. 우선 모간스탠리가 제시한 '반도체 겨울론'은 마이크론과 SK하이닉스에 의해 일부 뒤집힌 바 있다. 마이크론은 지난달 3분기 실적을 발표하면서 HBM 제품이 올해와 내년 모두 완판됐다고 발표, AI 반도체 수요가 지속될 것임을 확인시켰다. SK하이닉스는 5세대 HBM인 HBM3E 12단을 세계 최초로 양산하기 시작했고, 이 제품은 엔비디아의 AI 칩 H200에 탑재될 예정이다. 해외 사업장의 인력 감축도 "통상적인 인력 효율화 작업의 일환"이라며 급격한 사업 전환은 없을 것이란 점을 상기시켰다. 메모리 1위 업체에 대한 지나친 우려를 불식시키기 위해서는 기술 경쟁력의 회복이 시급하다고 보고 있다. 이건희 선대회장의 프랑크푸르트 선언처럼 이재용 회장의 결단이 필요하다는 시점이다. 김록호 하나증권 연구원은 "국내 경쟁사 대비 주가 열위는 HBM의 경쟁력 때문"이라며 "결자해지 측면에서 삼성전자의 실적이나 주가가 차별화 되려면 HBM의 경쟁력 입증이 필요하다"고 전했다. 반도체업계 관계자는 "삼성전자가 엔비디아에 HBM3E를 납품한다는 소식이 공식화된다면 기술 경쟁력의 신뢰 회복과 주가 상승에 영향을 줄 수 있다"며 "다만 실제 납품 규모는 크지 않을 가능성이 높아 당장 실적에 큰 기여를 하지 않을 수 있다"고 말했다. syu@newspim.com 2024-10-04 14:23