- 7nm 이하 공정, TSMC 삼성전자 양강구도
- 삼성전자, TSMC 이탈 고객사 흡수
- TSMC 캐파 확대·인텔 참전·수율 논란 ‘변수’

[디지털데일리 윤상호 기자] 반도체 수탁생산(파운드리) 선두 경쟁이 불이 붙었다. TSMC와 삼성전자의 고객 쟁탈전이 본격화했다. 특히 정보통신기술(ICT) 시스템반도체 설계(팹리스) 회사 유치전이 치열하다. 7나노미터(nm) 이하 미세공정이 주전장이다. TSMC는 1위 유지 삼성전자는 1위 추격 여부가 달렸다. 인텔도 참전을 앞두고 있다. 경쟁자가 하나 더 늘기 전에 격차를 벌리거나 좁혀야 유리한 고지를 점할 수 있다.

13일 시장조사기관 트렌드포스에 따르면 세계 파운드리 경쟁은 ‘1강 1중 3약’ 구도를 유지하고 있다. 지난 3분기 세계 파운드리 상위 10개사 매출액은 272억7700만달러다. 전기대비 11.8% 증가했다.

선두는 TSMC다. 148억8400만달러 매출액을 올렸다. 점유율은 53.1%다. 매출액은 전기대비 11.9% 확대했지만 점유율은 0.2%포인트 축소했다. 7nm 이하 공정 매출액은 전체의 52%다. ▲5nm 18% ▲7nm 34%다. 플랫폼 별로는 스마트폰이 44%다. 고성능컴퓨팅(HPC)은 37%다.

TSMC 고객사는 애플 브로드컴 AMD 퀄컴 미디어텍 인텔 등 510개사다. TSMC는 2020년 기준 281개 공정 1만1617개 제품군을 생산했다.

2위는 삼성전자다. 삼성전자 3분기 파운드리 매출액은 48억1000만달러 점유율은 17.1%다. 전기대비 매출액은 11.0% 늘고 점유율은 0.2%포인트 줄었다. ▲삼성전자 시스템LSI사업부 ▲엔비디아 ▲퀄컴 등이 고객사다.

지금까지 TSMC와 삼성전자 경쟁은 ▲시스템반도체 공급 부족 ▲초미세공정 개발 상황 등이 영향을 미쳤다.

삼성전자 고객사 대부분은 당초 TSMC와 거래를 하던 업체다. 세계 파운드리는 작년과 올해 견적 인상을 지속했다. 공급이 수요를 따라가지 못했기 때문이다. TSMC 3분기 영업이익률은 40%를 상회했다.

특히 7nm 이하 공정은 고객사가 급증했다. 애플리케이션프로세서(AP) 중앙처리장치(CPU) 그래픽처리장치(GPU) 등 ICT 주요 시스템반도체는 초미세공정을 경쟁사와 차별점으로 강조했다. 문제는 TSMC가 애플을 우선하면서 다른 고객사 수요를 맞추지 못했다는 점. 생산능력(캐파) 부족이 심화했다. 고객사에 따라 가격을 달리 가져간 것도 드러났다. 팹리스는 이 때문에 복수 파운드리와 거래한다. 위험 분산을 위해서다. 하지만 7nm 이하 공정은 선택지가 많지 않았다.

삼성전자는 이 지점을 공략했다. 삼성전자는 TSMC외 7nm 이하 공정을 제공할 수 있는 유일한 파운드리다. 4nm 공정까지 상용화했다. 삼성전자는 퀄컴 첫 4nm AP ‘스냅드래곤8 1세대’를 전량 수주했다. 퀄컴 첫 5nm PC용 플랫폼 ‘스냅드래곤8cx 3세대’도 독점 생산한다. AMD도 차세대 CPU 생산을 삼성전자에 맡기는 것을 검토 중인 것으로 전해졌다. 애플이 TSMC에 주문을 늘릴수록 삼성전자에게 기회가 생기는 셈이다. 10nm 이하 공정 양사 점유율은 각각 60%와 40% 전후다.

삼성전자는 3nm 공정의 경우 TSMC보다 반년 먼저 상용화할 방침이다. 삼성전자는 내년 상반기 TSMC는 내년 하반기 예정이다.

삼성전자가 향후 TSMC와 격차를 지속적으로 좁힐 수 있을지는 미지수다. 변수는 TSMC 캐파 확대 속도다. 인텔도 있다. 2024년이 승부처다.

TSMC는 대만 미국 일본 파운드리 공장(팹)을 투자를 확정했다. 대만은 카오슝 지역에 신규 팹을 구축한다. 7nm와 28nm 공정을 병행한다. 2024년 공급을 개시한다. 미국 팹도 2024년 양산 방침이다. 지난 6월 착공했다. 7nm 이하 공정을 채용한다. 일본은 첨단 공정은 아니다. 20nm대 CMOS이미지센서(CIS)와 차량용 반도체를 만든다. 2024년 가동 예정이다.

인텔은 지난 3월 파운드리 진출을 선언했다. 인텔은 10nm 이하 시장 공략을 목표로 했다. 이미 퀄컴과 아마존이 인텔에 물량을 맡기기로 약속했다. IBM과 협업도 진행한다. 인텔과 협력을 논의하는 곳은 주로 삼성전자 고객사다. 인텔은 지난 11월 미국 팹을 착공했다. 유럽에도 최대 8개 팹을 건설키로 했다. 인텔 파운드리 본격 가동은 2024년부터다.

삼성전자 자체 경쟁력 논란도 해소해야 한다. 삼성전자 파운드리는 수율 우려가 끊이지 않았다. 수율은 생산품 중 정상 제품 비율이다. 삼성전자는 ▲캐파 확장 ▲공정 개발 ▲고객 유치를 동시에 진행 중이다. TSMC 대비 생산 안정화 시간이 부족하다. 수율이 낮으면 공급량이 준다. 생산 비용도 올라간다. 시스템반도체 공급망이 정상화하면 이 문제에 발목을 잡힐 수 있다.