어마 어마한 세계의 반도체 전쟁...삼성전자 VS TSMC 그리고 인텔
중국의 큰 구멍 중 하나가 반도체
중국의 반도체 자급율은 6%에 불과
즉 94%를 수입한다는 말
중국은 1년에 반도체를 160조나 소비하는 세계 1위의 반도체 소비국이지만, 중국 기업의 반도체 기술이 허접해서, 전체 소비 반도체의 94%를 삼성전자등 외국기업에서 수입하고 있는 것
시진핑은 반도체에 1.4조 달러를 투자해서 반도체에서 미국을 2025년까지 추월하고, 반도체 자급율을 70%까지 끌어올리겠다고 선언
이런 중국의 반도체 자립전략을 위해서 꼭 필요한 장비가 있다.
바로 EUV(Extreme Ultra Violet) 장비
반도체를 만들어면 웨이퍼, 산화, 노광, 패키징등 8개의 단계를 거치게 되는데, 가장 중요한 공정이 노광공정이다.
노광은 실리콘 웨이퍼위에 반도체의 회로를 빛으로 새기는 단계로 반도체의 설계도이자 반도체 그 자체가 만들어지는 단계이다.
노광공정이 반도체 전체 생산시간의 60%를 잡아먹고, 35%의 비용이 들어가는 핵심공정
이런 노광공정을 수행하려면 빛을 발생시키고, 빛으로 웨어퍼에 회로를 새기는 장비가 필요하다.
이 장비가 EUV(Extreme Ultra Violet)
워낙 회로도가 미세하다보니, 엄청난 기술과 정교성이 필요한 영역이다.
현재 제대로된 EUV는 ASML만이 만들수 있다.
ASML은 네덜란드의 아인트호벤에 본사를 두고 있는데, 네덜란드의 전자제품 기업 필립스와 ASMI의 합작으로1984년 설립되어, 1년에 50대 정도의 EUV 장비를 생산한다.
현재까지 ASML이 EUV 장비를 파는 회사는 4개사로. 대만의 TSMC와 삼성전자그리거, 최근 인텔과 SK하이닉스가 공급계약을 체결했다.
2018년 5월, 중국의 SMIC는 EUV 1대를 주문해서 2019년 1월 납품받기로 계약한다..
납품 1개월전인 2018년 12월1일, ASML의 Prodrive공장에서 원인모를 화재가 발생
거의 다 만들어져 마지막 조립단계에 있었던 바로 그 SMIC납품 노광기가 전소
ASML은 화재사건이후 앞으로 노광기를 중국에 공급하지 않겠다고 발표한다.
새로운 계약을 안받겠다는 것 뿐만 아니라, 기존 만들다 불타버린 EUV를 다시 만들어 납품하는 것도 안하겠다고 한 것
중국과 미국의 대응
바이든으로 대통령이 바뀌고는 의문의 화재 같은것은 생기지 않고, 대응이 부드러워진다.
바이든은 ASML의 EUV를 미국의 기술이 들어간 장비로 간주해서, 수출시에 미국의 동의를 얻게 만들었다.
즉 중국의 반도체 전략에 확실한 길막을 해버린 것이다.
2022년 3월 30일 현재, 아직 중국은 1대의 EUV도 확보하지 못하고 있음.
이상 반도체 고급기술 확보가 힘들어지다보니, 시진핑이 모교인 칭화대를 동원해 설립한 반도체 기업 칭화유니가 법정관리에 들어간다.
이렇게 미국이 중국의 반도체 굴기에 민감한 것은 이유가 있다 .
18년 3월. 푸틴은 극초음속 미사일 킨잘을 공개했다. 이번에 우크라이나를 향해 쏜 그 킨잘이다.
킨잘, 단검이라는 뜻의 미사일은 미그 31에서 발사되어서 마하 10의 속도로 2,000킬로이상 밖의 목표를 명중시킬 수 있다.
ICBM같이 대기권 바깥으로 나갔다고 떨어지는 탄도미사일이 아니라 대기권 안에서 극 초음속으로 목표를 때렸다는것으로, 사드와 패트리어트,SM-3로 이어지는 미국의 방패가 무력화 된 것.
러시아는 과거 2대강국으로 45년간 대립하던 소련의 계승자로 보는 시각이 있어, 군사력 상승을 미국이 인정
그러나 중국은 달랐다
중국이 2,000킬로 이상 표적을 타격할 수 있는 극 초음속 미사일을 가진다는 것은 항공모함 전단을 통한 미국의 해양패권이 직접적으로 도전을 받는다는 것이다.
중국도 마하6의 극초음속미사일 발사에 성공해서 미국 신경을 건드린다.
미국은 앞으로의 군사력 패권을 좌우하는 것은 이런 극초음속미사일이나 인공위성등이 기반이 되는 우주항공이 관건이라고 보고있다.
우주항공의 핵심은 정밀기계 기초기술 및 부품산업, 5G, 핵심부문 연구역량과 반도체이다
정밀기계는 일본,독일 두 미국의 우방국이 가장 앞서나가고 있어 관리가 가능하다.
5G는 화웨이를 잡아 시간을 벌었고, 미국과 일본 내 핵심소재 첨단기술 연구소에서 중국인들을 차단하며 따라잡고 있다.
우주항공 핵심부문중 관리가 안되고 남은것은 반도체
반도체 중에서도 설계는 미국이 보유한 특허와 미국기업등이 있어 관리가 되고 있지만, 제조공장이라고 볼 수 있는 파운드리가 문제다.
현재 파운드리는 TSMC가 원탑이고, 삼성전자가 따라가고 있는 상황.
인텔이 떨어져 나가며 TSMC와 삼성전자 양강구도가 된 것.
인텔
인텔은 14나노에 이어 10나노까지는 엄청 잘 만든다. 14나노의 장인으로 불리다가 10나노의 장인으로 불리기까지 한다.
같은 10나노에서 반도체 종합성능으로 인텔이 100이라면 삼전이 52, TSMC가 47이 나오는 정도로 인텔이 10나노를 잘 뽑아낸 것이다.
그런데, 인텔은 7나노 진입에 실패하고 만다.
여타 후발주자들인 SMIC는 12나노, UMC는 22나노등으로 인텔보다 더 후진 수준이라, 현재 최첨단공정인 7나노는 삼성전자와 TSMC 양강체제가 된 것이다.
삼성전자
삼성전자는 7나노 진입에 성공했지만, 문제가 있었음.
삼성전자가 7나노를 DUV가 아닌 더 선진적인 EUV설비로 만들어 TSMC를 제꼈다고 자랑함.
하지만 결과는 참담
애플이 TSMC로 떠났고, 삼전에 새로 물량을 줬던 엠비디아까지 삼전 7나노를 포기하고 떠나버렸다.
수율이 안나온 것.
큰돈을 쏟아부어 식당을 확장 오픈했는데, 단체손님들이 옆 가게로 가버린 상태가 돼버렸다.
10만 전자를 달려가던 삼전주가가이 6만 원대로 떨어진 주요 이유중 하나이다.
나노 경쟁
현재 반도체는 나노 경쟁임.
1나노가 머리카락의 10만분의 1 굵기로, 감이 잘 안잡히지만 엄청 얇다 정도로 보면 된다.
문제는 너무 선이 얇아지다보니, 전자가 통제가 잘 안되는 문제가 생기기 시작.
핀펫(FinFET) 과 가펫(GAAFET)공정
드디어 핀펫(FinFET) 공정이 나온다.
기존 평판FET는 한면을 접했는데, 핀펫은 바닥을 올려서, 한면이 아니라 세면을 접하게 만든다.
세군데에서 선을 접하니 안정성이 높아져, 선폭은 안줄었지만 성능이 개선.
선폭은 안줄어 10나노지만, 핀펫공정으로 만드니 7나노급 성능이 나온다는 의미다.
사실 이보다ㅏ 더 나은 공정이 있는데
바로 가펫(GAAFET)이다.
FinFET이 3면을 접하지만 , GAAFET은 가운데를 통과하며 4면을 접한다.
이론상 3면을 접하는 핀펫보다 4면을 접하는 GAA팻이 더 안정적이고 성능이 좋을수 밖에 없다.
GAAFET의 업그레이드 버젼인 MBCFET에 삼성전자가 특허를 가지고 있다.
올해 6월 양산예정을 밝혔던 삼성전자의 3나노가 MBCFET 방식.
기존 핀펫보다 성능이 30% 좋아지고, 크기가 35% 작아졌다.
이보다 더 큰 성능개선이 있다..
기존 핀펫보다 전기를 절반 정도 밖에 안먹는다.
그만큼 더 오래 쓸수 있다는 의미
TSMC와 삼성전자
TSMC도 3나노에 도전하고 있다..
TSMC는 3나노를 올해 2월에 양산하는 일정이었는데, 7월로 일정이 밀렸고, 이대로라면 선두를 삼성전자에 내주게 된다.
TSMC와 삼성전자의 차이는 TSMC는 기존 핀펫(FinFET)방식을 갈아넣어 3나노에 도전하고 있고, 삼성전자는 MBCFET방식으로 도전하는 것이다.
삼성전자의 지금까지 "기존 FinFET방식으로 7나노는 몰라도 3나노는 힘들 것."이라는 주장이다.
TSMC는 "3나노까지는 FinFET방식으로 가능하고, GAA방식은 2024년 예정된 2나노에서 하면 됨" 이라는 입장이다.
TSMC는 올해 2월에 하겠다던 3나노 양산을 특별한 설명없이 7월로 연기하며 삼성전자가 했던 말이 다시 부각
삼성전자가 말한 "핀펫 공정의 한계에 온게 아닐까?" 하는 의문이 부각된 것이다.
TSMC와 삼성전자가 양산에 성공한다면, 그 다음은 수율 경쟁이 될 것이고, TSMC의 양산이 계속 늘어지면 선두가 삼전으로 바뀔수도 있음.
TSMC의 3나노는 이미 1번 공급자가 애플이고, 애플이 가져가고 남는것은 인텔과 퀄컴이 아도를 치는 것으로 예약이 끝남. 만들기만 하면 팔곳은 정해졌다는 말이다.
삼성전자의 첫번째 외부고객은 아직 빈칸..
일단 첫번째 3나노 외부고객으로 기대를 했던 퀄컴은 삼성전자 대신 TSMC를 선택.
퀄컴이 삼성전자에게 맡긴 4나노가 수율이 35%밖에 안나왔던게 영향이 매우 크다.
수율 35%라는 것은100개를 만들면 65개가 불량이라는 말이라, 퀄컴은 4나노도 버벅대는데 3나노를 삼성전자에게 맡길수는 없다고 판단한 것.
일반인들이 오해하는게 있다.
수율이 10%이든 100%이든 비용의 문제이고, 불량품을 제외한 양품만 받아서 쓰면 되는게 아니냐는 오해다..
수율을 잘 못 생각해서 그런 것.
수율은 수많은 칩들을 모아놓은 웨이퍼당 양품 생산의 비율이다.
반도체 회사들은 칩을 낱개로 구매하는게 아니라 웨이퍼 단위로 구매한다.
수율이 낮다는 것은, 감자를 박스단위로 사오는데. 박스안에 멀쩡한 감자가 얼마 없다는 말이고, 감자가 썩은 감자인지 멀쩡한 감자인지는 짤라서 조금 먹어봐야 아는게 문제라는 것이다.
삼성전자는 4나노 수율이 너무 낮자, 사내 감사가 들어가는등 책임소재를 가리기 시작했다.
삼성전자는 7나노와 4나노를 연속 실패 하다보니, 3나노는 무조건 성공해야 하는 상황이 된 것이다.
다행인 점은 TSMC도 3나노 양산이 쉽지 않아 보임.
TSMC는 2월 양산을 7월로 연기한 후, 7월 양산을 다시 연기함. 연기만 한게 아니라 양산시기를 명확하게 밝히지도 못하고 있다.
삼성전자는 평택3공장에서 양산 준비를 하기 시작했고, 올해 여름쯤 본격적으로 장비가 들어가 연말에 시험생산을 하겠다는 일정이 나온다
양산성공과 적당한 수율, 기대한 수준의 성능이 나오면 애플과 인텔,퀄컴에게 TSMC의 앞순번을 놓친 AMD가 첫번째 고객이 될 듯하다.
이런 상황에서 뜬금없이 인텔이 등장한다.
안보차원에서 반도체를 접근하는 미국이 바라는 것은 미국 국내에 세워지는 첨단 반도체 공장이다.
삼성전자는 최첨단 반도체공장을 미국에 세우고, 미국은 국가적으로 지원해서, 미국내에서 반도체가 관리되는 윈윈 분위기를 조성했다.
TSMC도 천억불을 투자해서 대만뿐만 아니라 미국에 공장을 짓겠다고 호응한다.
이런 와중에 뜬금없이 7나노를 실패했던 인텔이 반도체 경쟁에 뛰어들자 변수가 생긴다.
삼성이나 TSMC와 달리 인텔은 완전한 미국기업이다
미국기업 인텔이 첨단 반도체 도전에 나섰다면, 삼성이나 TSMC가 아니라 인텔을 지원해야 하는게 미국 정부와 의회의 인지상정이다.
미국의 지원 우선순위가 인텔이 되었고, 미 의회에서 본사가 미국에 있는 업체에만 반도체지원금을 주겠다는 안이 나온다.
본사가 한국과 대만에 있는 삼전과 TSMC가 아니라, 본사가 미국에 있는 인텔에게 반도체지원금을 주겠다는 말이다.
미국 정부를 뒤에 업은 인텔은 3나노를 건너뛰고 2024년까지 2나노에 도전하겠다고 선언한다.
투자를 엄청나게 하기 시작한다.
미국 오하이오에 2.4조짜리 반도체 공장을 세우는 것에 이어서, 텍사스에 170조 짜리 파운드리 공장 설립 계획을 발표한다.
심지어 유럽에 10년간 110조를 들여서 반도체 공장을 세우겠다는 투자계획을 발표해대고 있다.
인텔이 커다란 투자계획을 발표하고 있지만, 7나노도 실패한 인텔이 3나노가 아니라 2나노로 바로 가겠다는게 뜬금 없기는 하다.
그러나 인텔 입장에서는 어쩔수가 없다.
삼성전자나 TSMC가 3나노 양산을 곧 시작할 기세인데, 이제 3나노에 도전한다고 정부 지원을 요청하는 것은 좀 보기가 그런 것이다.
미 정부도 애매
삼성과 TSMC는 거의 확실하고 가까운 현실이고, 인텔은 불확실한 미래일 가능성이 있다.
일단 3나노는 삼성과 TSMC가 2024년까지 시장을 반씩 점유하며 경쟁을 할 것이다.
2025년의 2나노 경쟁이 현재처럼 삼성전자와 TSMC의 양강구도가 될것인지, 인텔까지 합류된 3파전이 될 것인지는 두고 봐야 할 것.
과연 삼성전자의 주가는 어찌될까
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