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| 사업부 승격 | 2017년 5월 12일 ([age(2017-05-12)]주년) |
| 사업 주체 | 삼성전자 DS부문 |
| 산업 | 반도체 |
| 매출 | 약 200억 달러 (2022년 / 추정치)[1] |
| 링크 | |
1. 개요2. 고객사3. 역사4. 생산 시설
4.1. 공정 노드 추이
5. 여담6. 참고 문서4.1.1. 65 nm (2007년)4.1.2. 45 nm (2009년)4.1.3. 32 nm (2010년)4.1.4. 28 nm (2011년)4.1.5. 20 nm (2014년)4.1.6. 14 nm (2015년)4.1.7. 11 nm (2016년)4.1.8. 10 nm (2017년)4.1.9. 8 nm (2018년)4.1.10. 7 nm (2019년)4.1.11. 5 nm (2020년)4.1.12. 4 nm (2021년)4.1.13. 3 nm (2022년)4.1.14. 2 nm (2024년)4.1.15. 1.4 nm (2027년)
4.2. 타 파운드리 업체와 기술력 비교4.3. 사업적인 측면에서 TSMC와의 비교4.4. 공정 작명 규칙4.4.1. 현행 작명법
[clearfix]
1. 개요
삼성전자의 DS 부문 내 파운드리 사업부에 대한 문서.2. 고객사
2022년 기준으로 삼성 파운드리의 매출은 삼성LSI 사업부 수주[2]와 퀄컴[3]의 수주가 각각 40%가량으로 절대적 비중을 차지하고 있으며, 엔비디아가 10% 가량의 비중으로 뒤를 잇고 있다. 그 외에 자사 사업보고서에 의하면 인텔[4], 테슬라[5], NXP 등이 주요 발주처로 뽑힌다.분야 별로는 모바일[6] 매출이 60% 가량이며, HPC[7] 분야 20%, 자동차[8] 분야 10% 수준으로 추정된다.
3. 역사
2005년부터 파운드리 사업에 손을 대기 시작했고, # 원래 DS 부문 내 System LSI 사업부의 파운드리 사업팀으로 존재했으나, 2017년 5월 12일에 발표된 조직개편를 통해 파운드리 사업팀이 독자적인 사업부로 분리 및 승격되어, 사업규모를 본격적으로 불리기 시작했다. 이후 삼성전자는 회사 자체의 엄청난 체급과 높은 비메모리 공정 수준으로 빠르게 사업 주도권을 키우고 있다.파운드리 서비싱은 의뢰사가 설계·개발한 칩을 삼성전자에서 하청을 받아 생산해주는 것이다.[9] 이러한 파운드리 서비싱은 제품을 찍어내 주는 것일 뿐, 찍어낸 제품을 개발하는 데 소요된 기술은 파운드리 서비싱 업체로 이전되지 않는다. 의뢰사에서 파운드리 업체에 하청을 줄 때 찍어낼 반도체의 회로가 담긴, 일종의 원판, 즉 마스크를 파운드리 업체에 제공하고 하청 계약이 만료되면 마스크를 다시 회수한다. 마스크는 컴퓨터 하드웨어의 MAC 어드레스처럼 고유한 식별 번호를 갖기 때문에 의뢰사 이외에는 회로 정보를 열람[10]하거나 복제할 수 없다. 물론 파운드리 서비싱도 일정한 양품률을 보장해야 하기 때문에 상당한 수준의 기술력이 필요하지만, 파운드리 서비스를 했다고 해서 해당 회사의 전반적인 반도체 기술력이 제고되는 것은 아니다. 국내에서는 이 부분에 대한 인식이 부족한데 실제로 언론 보도를 보더라도 파운드리 서비싱을 한 것을 반도체 개발에 참여했다는 식으로 기술하는 것이 종종 보인다.[11] 파운드리 기술과 반도체 설계 기술은 완전히 다른 부류의 기술이다.
2024년 4월 15일, 지난 2021년 테일러시에 170억 달러를 투자하겠다는 계획을 450억 달러 수준으로 끌어올렸다. 1공장 라인 추가는 물론 2공장 신설 및 패키징 시설과 연구개발 센터도 만들겠다고 합의했다. 이에 미국 상무부는 64억 달러 규모의 보조금 지급을 발표했다. 85억 달러의 인텔 파운드리 서비스, 65억 달러의 TSMC에 이은 3위 규모의 칩스법 보조금이며, 두 업체와 달리 저금리 대출을 받지 않는다.
3.1. 점유율
2019년 3월, 트렌드포스 측에서는 삼성전자 파운드리 사업부의 2019 1Q 실적에 대하여 27.85억 달러로, 약 19.1%의 매출 점유율이 예측된다고 발표하였다.[A]2019년 6월 13일, 트렌드포스 측에서는 삼성전자 파운드리 사업부의 2019 2Q 실적에 대하여 27.73억 달러로, 약 18.0%의 매출 점유율이 예측된다고 발표하였다.[A]
2019년 9월 4일, 트렌드포스 측에서는 삼성전자 파운드리 사업부의 2019 3Q 실적에 대하여 33.52억 달러로, 약 18.5%의 매출 점유율이 예측된다고 발표하였다.[A]
2019년 12월 10일, 트렌드포스 측에서는 삼성전자 파운드리 사업부의 2019 4Q 실적에 대하여 34.70억 달러로, 약 17.8%의 매출 점유율이 예측된다고 발표하였다.[A]
이를 통하여 추정해 보면 삼성전자는 2019년 파운드리 업계 내에서 점유율 18%대를 유지하면서 업계 2위의 포지션을 고수하였고, 총 매출액은 약 123.8억 달러, 한화 기준 약 14조원 중후반대의 매출을 달성했다는 사실을 역으로 추론해 낼 수 있다. 물론 파운드리 사업부의 매출의 절반 가량은 자사 LSI 사업부 수주로 인한 것이라는 점을 감안하여야 한다.[16]
매 분기마다 파운드리 업계의 점유율을 발표하는 트렌드포스는, 퀄컴, 구글, 엔비디아, IBM 밎 중국 팹리스 사들의 AI 칩 & ASIC 수주 성공으로, 2021년에 10nm 이하의 초미세공정에 한정하여 TSMC와 삼성전자 파운드리 사업부의 매출점유율 격차는 6 : 4 까지 줄어들 것이라고 전망했다. 물론 TSMC는 마이크로미터 급 레거시 공정부터 5nm 초미세공정까지 넓은 포트폴리오를 가지고 있기 때문에 총 점유율 격차는 75% 대 25% 수준이다.
2020년 파운드리 업계에서 16%의 점유율로 2위를 고수하고 있으며, 트렌드포스 측에 의하면 핀펫이 적용되는 10나노 이하 초미세공정에 한해서 2021년까지 TSMC와의 격차를 6대 4로 줄일 수 있을 것이라고 예측하고 있다.[17]
2023년 1분기 기준, 트렌드포스에 의하면 TSMC는 60%, 삼성 파운드리는 12.4%를 차지하는 것으로 나타났다. 공격적인 투자에도 불구하고 5nm 공정 이후부터 격차가 오히려 꾸준히 벌어지고 있는 상황이다.#
3.2. 사업 현황
2016년 업계 최초로 10 nm 공정 양산을 시작하였다. 또 EUV(극자외선)기반 7 nm 공정을 발표하였으며, 무어의 법칙의 한계인 7 nm를 돌파했다. 참고로 4 nm 이야기는 무려 2017년[18]에 발표한 내용이고 삼성이 양산 시작일을 알린 2020년도 바로 다음 해이다. TSMC보다 양산 시작이 늦은 원인은 삼성전자 파운드리에선 7나노 공정부터 EUV 노광장비를 활용해 칩을 생산하기 위해 공을 들여왔지만 TSMC는 EUV가 아니라 기존 이머전(액침) ArF(불화아르곤) 광원을 적용했기 때문이다. EUV(극자외선) 공정은 이론상 성능과 전력 효율성을 강화할 수 있지만 안정화에 시간이 소요된다. 그리고 2018년에는 3 nm 로드 맵을 공개하였다. 양산은 2020년부터라고.2018년 하반기부터 시가총액으로는 삼성이 TSMC에 밀리고 있다. 삼성이랑 TSMC는 운영 방식이 다르기 때문이다. 삼성은 기술력 확보를 우선으로 자체개발을 하면서 원청, 하청 전부를 하지만 대만 TSMC는 하청에만 집중하기 때문이다. 여기에는 TSMC의 적극적인 고객 확보와 과감한 투자가 있었다. TSMC는 애플과 AMD로부터 7 nm 제품의 모든 라인업을 수주하는 데 성공했다.[19]
삼성이 NVIDIA의 GeForce 30 시리즈를 수주할 것이란 소식이 삼성발로 계속해서 나왔는데, NVIDIA의 CEO인 젠슨 황이 그것은 루머라고 밝히며 삼성이 체면을 단단히 구겼던 적이 있다. 그러나 2020년에 NVIDIA의 지포스 30 시리즈를 삼성이 수주하는데 성공하면서 이는 현실이 되었다. 기존에는 삼성 파운드리 사업부가 GP107[20] 이하의 스몰 칩밖에 수주하지 못했지만, 이번 암페어는 GA102[21][22] 및 그 이하 라인업을 전량 수주하는데 성공했다. 한 가지 맹점이 있다면 삼성이 수주한 지포스 30 시리즈는 7 nm가 아닌 10 nm의 하프 노드인 8 nm LPP 공정이다. 7 nm LPP 공정은 단가나 CAPA(생산량) 면에서 아직까지는 부족했던 것으로 보여진다. 아마 당시 엔비디아는 TSMC가 AMD를 Tier 1 고객으로 삼고, 엔비디아와 TSMC와의 계약이 어긋나는 바람에 불만이 많았던 것으로 보이고, 7 nm가 아닌 8 nm 공정으로도 AMD GPU에 비해 밀리지 않는다고 판단한 것으로 보인다. 또한 삼성도 아직 실전 생산 역량이 부족하고 단가가 비싼 7 nm 보다는 8 nm 공정으로 가격경쟁력을 어필한 것으로 보인다. 그리고 마지막으로, AMD가 사용하는 TSMC의 7nm인 N7 HPC는 사실 8 nm LPP와의 밀도 차이가 그리 크지 않다.
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| EUV 공정 CAPA의 대부분은 퀄컴이 차지한다. |
퀄컴으로부터 X50 모뎀칩의 7nm LPP 수주과 스냅드래곤 8 라인업을 제외한 700/600 라인업을 7/8nm 로 수주하는데 성공하였다.[23] 그리고 IBM POWER10의 7nm LPP 수주를 받았고, NVIDIA로부터 8nm LPP 공정으로 자율주행용 칩셋인 Orin, 그리고 GA100을 제외한 GA102 이하의 전 라인업을 수주받는데 성공하였고, 기타 중화권 팹리스로부터 수주를 받았는데, 이것만 해도 삼성 파운드리 캐파가 이미 포화되었다. 근본적으로 TSMC는 파운드리가 전업인 회사라서 CAPA 차이가 많이 날 수밖에 없다.
스냅드래곤 888 전체를 TSMC를 제치고 수주하여 실적에 큰 도움이 될 것으로 예상된다. 그리고 비록 퀄컴, 엔비디아, 애플, AMD와 같이 1티어로 분류할 수 있는 팹리스는 아니지만 중화권 ARM AP 설계 업체인 락칩 또한 삼성 파운드리의 8 nm 공정으로 Migration이 이뤄진다는 것을 천명했다. 자사의 물량을 제외하면 수주를 거의 못 받는다는 루머도 있었지만, 실제로는 위에 언급된 주요 고객들 외에도 자잘한 칩[24]들을 수주 받았다. 그동안의 CapEx로 인해 8 nm ~ 5 nm에 이르기까지 꽤 넓은 층의 수요를 흡수하는 데 성공했다.
이후 2023년에 영향이 나타나기 시작했지만 이 때 야심차게 진행한 GeForce 30 시리즈와 스냅드래곤8의 수주는 삼성 파운드리에게는 뼈아픈 실패로 돌아오게 된다.[25]
삼성 파운드리를 객관적으로 평가할수 있는 곳은 내부고객인 삼성LSI의 의뢰를 받는 한국 삼성전자 파운드리 사업부보다 거의 전량 위탁주문에 의존하는 미국 텍사스 오스틴의 삼성 파운드리 사업부[26]이다. 이 쪽은 현재 구 레거시 공정부터 14nm까지 생산하고 있는데#, 현재 미국 본토에서는 GF와 함께 유이한 최신공정 팹이므로 이와 관련해서 꽤 많은 수주를 받고 있다.[27] 매출과 영업이익은 20년 전 90년대에 공장이 세워진 이후 꾸준히 상승세로 애플이 고객 리스트에서 이탈한 이후에도 오히려 영업이익률은 더 올라갔다. 다만 EUV 장비를 이용한 신공장 및 신규투자는 연기되었다. 그러나 이미 착공에 대한 인허가를 미 정부로부터 받았고, 미국에게 최대한 잘 보일 필요가 있으므로 예정대로 진행될 예정이다.#
대만 디지타임즈는 퀄컴 스냅드래곤 888이 전량 삼성전자의 5 nm인 5LPE 양산인게 거의 확정되자, 차기 스냅드래곤 제품이 다시 TSMC의 N4 공정으로 돌아올 것이라고 보도하고 있다. 퀄컴에서 설계를 맡는 실무진들의 링크드인 프로필을 보면 여전히 퀄컴은 차기 4nm 공정 또한 삼성전자 파운드리 사업부에 맡기게 될 것으로 보였으나... 삼성 4nm 공정에서 수율 문제를 겪은 퀄컴은 이후 스냅드래곤 8+ Gen 1과 이후 세대 AP를 전량 TSMC 공정으로 돌리고 있다.
삼성전자 소액주주: "파운드리 기존 고객인 엔비디아와 퀄컴이 차기 칩셋의 생산을 경쟁사인 타이완의 TSMC에 맡기기로 했다던데, 사실인가요?"
경계헌 삼성전자 DS 부문장 사장: "구체적인 부분은 확인해드리기 어려운 점 양해 바랍니다.
퀄컴과는 많은 부분에 협력을 진행 중에 있으며..."
3/16 삼성전자 정기주주 총회 Q&A시간
경계헌 삼성전자 DS 부문장 사장: "구체적인 부분은 확인해드리기 어려운 점 양해 바랍니다.
퀄컴과는 많은 부분에 협력을 진행 중에 있으며..."
3/16 삼성전자 정기주주 총회 Q&A시간
삼성 갤럭시 GOS 성능 조작 사건의 원인으로 지나친 원가절감뿐만 아니라 삼성 파운드리에도 있었다. 그동안 높은 줄 알았던 삼성 파운드리의 실제 수율은 30%대의 낮은 수율이었으며, 여러 기사를 통해 일반인들에게도 널리 알려지게 되었다. 주주총회에 참여한 주주들이 지적할 정도. 원래 삼성 파운드리에 주문을 넣지 않았던 애플은 몰라도, 인텔의 차기 3nm 제품 칩과 퀄컴의 차세대 3nm AP마저 전부 TSMC에 뺏기게 되면서 사업 운용에 애로가 생겼으며 심지어 엔비디아도 RTX4000대 GPU 생산을 TSMC로 위탁하기로 하면서 삼성 파운드리의 앞날에 짙은 먹구름이 드리우고 있다. 삼성은 5nm 이하 공정 정상화에 나름대로 노력을 기울이고 있으나 시장의 반응은 좋지 않은 편.
4. 생산 시설
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| 오스틴 공장 |
- 패키지 & 테스트
- SESS
- TP 센터
- 300 mm 웨이퍼
- 기흥 S1 라인 (1983~ / 65~7nm / 월 8.5만 장)[29]
- 오스틴 S2 라인 (2011~ / 65~14nm / 월 10만 장)[30]
- 화성 S3 라인 (2017~ / 10nm 이하 / 월 20만 장)[31]
- 화성 S4 라인 (2002~ / 월 10만 장)[32]
- 화성 V1 라인 (2020~ / 7nm)[33]
- 평택 S5 라인[34]
- 평택 V2 라인[35]
- 건설 중인 공장
삼성전자 파운드리 사업부는 TSMC와는 달리 레거시 공정 생산 CAPA가 거의 없고, 65nm 이하의 생산 라인들이 대다수이다. 2020년대에 건설한 라인은 모두 10nm, 혹은 그 이하의 선폭의 칩을 생산할 수 있도록 EUV 장비를 들이고 있는 초미세공정 전용 라인이다. 2022년 300mm 웨이퍼 환산 기준으로 월간 50만 장 규모의 생산 시설을 갖췄다.
4.1. 공정 노드 추이
4.1.1. 65 nm (2007년)
2007년 양산.4.1.2. 45 nm (2009년)
2009년 양산.4.1.3. 32 nm (2010년)
2010년 양산. 세계 최초로 HKMG를 도입하였다.4.1.4. 28 nm (2011년)
2011년 양산.- 삼성 엑시노스 5410, 5420 , 5422(5800) SoC / 모뎀
- Apple A7, S1
4.1.5. 20 nm (2014년)
2014년 양산.- 삼성 엑시노스 5430, 5433(7410) SoC
4.1.6. 14 nm (2015년)
2015년 양산. 세계 최초로 FinFET을 도입하였다. 후에 삼성전자의 14nm 공정기술은[39] 글로벌 파운드리로 라이센스 되기도 하였다.다만 14nm 공정 개발 과정에서 TSMC의 간부급 기술자를 스카웃해서 개발에 참여시킨 탓에 대만을 위시한 일부 해외 여론은 오늘날까지도 이 당시 삼성의 행보를 산업 스파이 행위로 보는 시선들이 일부 남아있다.#
- 삼성 엑시노스 7270, 7420, 7570, 7870, 7880, 7885, 7884, 7904, 8890 SoC / 모뎀
- 삼성 엑시노스 오토 8890 SoC
- Apple A9
- 퀄컴 스냅드래곤 820, 820A, 821 SoC / 모뎀
- 퀄컴 스냅드래곤 625, 626, 630, 632, 636, 660 SoC / 모뎀
- 퀄컴 스냅드래곤 450 SoC / 모뎀
Apple로부터 수주를 받은 마지막 공정이다. 이후로는 Apple이 향후 제품 로드맵에 대한 정보유출 여지 차단 + 모바일 시장 경쟁자 견제를 목적으로 TSMC로 완전히 이전함으로써 삼성 파운드리의 Apple과의 연결고리는 14nm를 마지막으로 끝나게 된다.
4.1.7. 11 nm (2016년)
2016년 양산.4.1.8. 10 nm (2017년)
2017년 양산.- 삼성 엑시노스 8895, 9110, 9810 SoC / 모뎀
- 삼성 엑시노스 9610, 9609, 9611 SoC / 모뎀
- 퀄컴 스냅드래곤 835, 845, 850 SoC / 모뎀
- 퀄컴 스냅드래곤 835, 850 SoC
- 퀄컴 스냅드래곤 670 SoC / 모뎀
- 퀄컴 스냅드래곤 710, 712 SoC / 모뎀
4.1.9. 8 nm (2018년)
2018년 양산. 세대 자체가 10nm 기반의 하프노드이다.- 삼성 엑시노스 9820, 980 SoC / 모뎀
- 삼성 엑시노스 850, 880 SoC / 모뎀
- 삼성 엑시노스 오토 V9(10), V7(10) SoC
- 퀄컴 스냅드래곤 480 SoC / 모뎀
- 퀄컴 스냅드래곤 690 SoC / 모뎀
- 퀄컴 스냅드래곤 720G, 730 & 730G, 732G, 750G SoC / 모뎀
- 퀄컴 스냅드래곤 7C, 7C Gen 2 SoC
- NVIDIA GeForce 30
4.1.10. 7 nm (2019년)
2019년 양산. 세계 최초로 EUV를 사용한 반도체 공정이다.- 삼성 엑시노스 9825, 990 SoC / 모뎀
- 퀄컴 스냅드래곤 765 & 765G, 768G SoC / 모뎀
4.1.11. 5 nm (2020년)
2020년 양산. 다만 풀노드가 아닌 개선폭이 큰 하프노드이다.- 삼성 엑시노스 2100 SoC / 모뎀
- 삼성 엑시노스 1080, 1280, 1330, 1380 SoC / 모뎀
- 삼성 엑시노스 W920, W930 SoC
- 삼성 엑시노스 오토 V920 SoC
- 퀄컴 스냅드래곤 888, 888+ SoC / 모뎀
- 퀄컴 스냅드래곤 8 CX Gen 3 SoC
- 퀄컴 스냅드래곤 780G SoC / 모뎀
- Google Tensor G1 , G2 SoC
4.1.12. 4 nm (2021년)
2021년 양산. 다만 퀄컴의 주문분에 쓰인 4LPX 공정의 경우 본래는 5nm 파생형으로,[40] 퀄컴이 마케팅적인 목적으로 4nm로 불러달라고 요청한 탓에 명목상으로는 4nm로 분류되고 있다.- 삼성 엑시노스 2200, 2400 SoC
- 삼성 엑시노스 1480 SoC
- 퀄컴 스냅드래곤 8 Gen 1 SoC
- 퀄컴 스냅드래곤 4 Gen 2 SoC
- 퀄컴 스냅드래곤 6 Gen 1 SoC
- 퀄컴 스냅드래곤 7 Gen 1, 7s Gen 2 SoC
- 퀄컴 스냅드래곤 XR2 Gen 2 SoC
- 퀄컴 스냅드래곤 W5 Gen 1, W5+ Gen 1 SoC
- Google Tensor G3 SoC
- Tesla 자율주행용 프로세서
- Groq AI용 ASIC
- Tenstorrent SF4X
삼성 갤럭시 GOS 성능 조작 사건이 공론화되고 8 Gen 1과 동일한 IP를 TSMC N4 공정에서 생산한 8+ Gen 1이 전성비와 개체별 편차 측면에서 매우 안정적인 모습을 보여주면서 이때를 기점으로 삼성 파운드리의 이미지는 나락으로 떨어졌으며, 퀄컴 수주의 대부분 역시 잃게 되었다. 2023년에 들어서 공정 정상화를 이루긴 하였으나, 이때는 이미 신뢰도가 추락해버렸고 1, 2티어 팹리스들이 모두 TSMC로의 수주를 확정을 지은 시점이어서 추가적인 수주 측면에서는 굉장히 부진하게 되었다.
GOS 사태 이전이나 이후나 4nm 수주량의 절대다수는 퀄컴과 사내 시스템 LSI사업부가 차지하고 있다. 여기에 추가적으로 테슬라와 인공지능 칩 스타트업들의 ASIC 발주가 거드는 수준.
4.1.13. 3 nm (2022년)
- PanSemi Whatsminer M56S++ (ASIC)#
- 삼성 엑시노스 2500 SoC
2022년 6월 1세대 공정인 SF3E를 통해 세계 최초로 3nm 양산 및 GAAFET 방식을 상용화한 업체가 되었다. 다만 1세대 3nm 공정인 SF3E의 경우 업계 사상 최초로 시도되는 3nm/GAAFET인만큼 초창기 수율이 굉장히 낮았고 결정적으로 SRAM 옵션이 불가능했던만큼 실제 수주 사례는 ASIC으로 한정되었다. SRAM 제조가 가능한 SF3 공정부터가 삼성 3nm의 완전한 본궤도라고 볼 수 있으며, 실제로 SF3부터 S.LSI사업부 및 대형 팹리스 회사들의 수주를 받기 시작하였다.
원 목표치대로라면 해당 공정까지 FinFET 방식을 유지하는 TSMC의 3nm 대비 거의 1세대에 준하는 밀도차가 날 예정이었으나, TSMC가 1세대 3nm인 N3B에서 밀도향상치 목표 달성에 실패[41]하면서 삼성 입장에서는 시장 점유율을 회복할 기회로 삼을 수도 있을 전망이다.
SF3 공정으로 퀄컴 스냅드래곤 8 Gen 4 수주에 실패했다는 소식이 있었다.# 샘플 테스트도 마쳤었고 수율이나 CAPA면에서의 문제가 가장 컸다고 언급하는 것으로 보아 SF3 공정은 전력과 성능 측면에서는 의외로 크게는 밀리지 않았을 수도 있으나, 삼성 파운드리의 고질적인 문제인 수율 측면에서는 확실히 열세인 것으로 보인다.
2024년 2세대 3nm 공정인 SF3 양산이 시작될 예정이다.
4.1.14. 2 nm (2024년)
- 프리퍼드 네트웍스 ASIC
2nm 공정인 SF2는 2025년 양산이 시작될 예정이다. 후면전원공급(BSPDN)을 도입한다고 한다.
2024년 3월의 추가 정보에 따르면 삼성은 자사 3나노 공정의 2세대 버전의 이름을 SF2로 변경하고 2024년말 생산을 목표로 한다고 밝혔다.https://v.daum.net/v/20240305150415779
4.1.15. 1.4 nm (2027년)
2027년 양산 예정. 트랜지스터당 나노시트가 3개에서 4개로 증가 예정이다.4.2. 타 파운드리 업체와 기술력 비교
4.3. 사업적인 측면에서 TSMC와의 비교
삼성이 TSMC와의 경쟁, 파운드리 시장에서 불리하다는 평가를 받는 부분은 다음과 같다.- TSMC의 빅칩 생산 능력과 경험이 비교적 더 우수하다.
2010년대 후반의 반도체 업계의 동향은 단순히 제조 공정을 미세화하는 것뿐만 아니라 반도체 다이의 면적을 인위적으로라도 확장하여 열역학적 우위를 확보하려 노력[42]하고 있다. 빅칩 생산 능력이 공인된 TSMC의 제조 기반은 이러한 업계 동향에 부합한다. 반면, 삼성은 공정의 단순 미세화에 투자했을 뿐 빅칩 생산에 큰 신경을 쓰지 않았다. 오히려 입체 적층 기술에 많은 투자를 했는데, 이는 업계 동향에 역행하는 것이라는 평가를 받았다.[43]
물론 이 문제는 지속적으로 해결하고 있는 중인데, 삼성은 NVIDIA의 Maxwell 마이크로아키텍처 시절부터 비록 엔트리 라인업에 한정되었지만 지속적으로 NVIDIA GPU 생산 수주를 하고 있고, GeForce 30 제품군에 들어가는 면적 600 ㎟짜리 빅칩인 GA102 GPU의 생산을 수주하여, 2020년에 공개하는데 성공하였다. 그리고 과거에는 자사의 10 nm 공정으로 400 ㎟ 면적의 퀄컴 센트리크 서버용 빅칩을 수주했던 경험도 존재한다. 이는 IBM으로부터 자사의 7 nm 공정으로 면적 600 ㎟의 POWER10 생산 수주를 하는 데에 중요한 경험이 되었다. 그리고 비록 ARM 계열 칩셋이지만 면적이 매우 넓은 축에 속하는 엔비디아의 자율주행용 칩셋인 Orin을 8 nm LPP로 수주하는 데에 성공한 경험이 존재한다. 빅칩 생산이 불가능한 것은 아닌 셈이다.
게다가 절대적인 시장 규모로 보면 400 ㎟를 넘어가는 PC용 빅칩은 매우 드물고, MCM 방식에 대한 지속적인 연구로 인텔과 AMD는 자사의 칩 면적을 100~200 ㎟ 수준으로 억제하려고 노력하고 있다. 그리고 매 분기마다 약 3~4억 대의 스마트폰이 판매되는데 이 스마트폰에 들어가는 AP, 통신용 칩셋, 이미지 센서를 생산하는데 들어가는 웨이퍼의 수가 PC 시장이 소모하는 웨이퍼의 수보다 압도적으로 많고, 이는 모두 100 ㎟ 이하의 스몰 칩이다. 한마디로 삼성 입장에서는 선택과 집중을 하였고, 점차적으로 빅 칩을 생산하는 방향으로 확장을 진행하는 중인 셈이다.
- TSMC는 생산 설비의 내재화를 진행하고 있다.
TSMC는 수익 구조의 근본적인 개선을 위해선 생산 설비의 독립이 필요하다고 판단하고 2000년대 후반부터 자체적인 생산 설비 개발에 엄청난 투자를 해오고 있다. 실제로 20-16 nm공정부터 자체 설비를 일부 투입했고, 7 nm공정에선 자체 설비의 비중을 늘려가는 양상이다. 구형 공정용이라 할지라도 자체적으로 생산설비를 개발/제작할 수 있다는 것은 안정적인 CAPA확보 및 수익성 증대에서 상당한 이점을 가져다 준다.
- TSMC는 Apple로부터 압도적인 규모의 경제를 보장받는다.
TSMC는 잘 알다시피 Apple에게서 많은 물량을 주문받는다. iPhone의 연간 판매량은 2억 5천만 대가 넘고 타 Apple Silicon 계열 칩들도 수주받는 등 매 세대마다 최선단 공정에 대한 초대형 규모 주문이 보장되어 있다는 것은 수율확보와 자금조달[44] 측면에 있어 말 그대로 치트키에 가깝다.[45] 제조업과 규모의 경제는 뗄레야 뗄 수 없는 관계인데, TSMC는 Apple만의 막대한 물량으로도 규모의 경제를 이뤄 수율을 잡을 수 있는 반면, 삼성은 상대적으로 소량 제품을 각각 만들어야 하기에 이렇게 경쟁하는 것 자체가 기적이라고 평할 정도로 기울어진 운동장 체제라는 것이다.[46]
- 공장 및 설비 투자에 있어서 열세.
TSMC는 파운드리 사업만 진행하는 만큼, 모든 현금 여력을 파운드리에만 투자할 수 있다. 반면 삼성전자의 경우 매출 규모는 물론 마진율도 TSMC에 뒤쳐진 상황이기 때문에, 삼성이 파운드리에 투자한다는 말은 즉슨 메모리반도체와 모바일 등의 사업부에서 벌어들인 돈을 자체적인 재투자 대신 파운드리로 유출시킨다는 뜻이다. 2020년대에 발표한 팹 투자 규모만 하더라도 TSMC가 삼성전자의 액수를 한참 앞서는 반면, 삼성전자는 타 사업부의 현금 여력을 무제한적으로 유출시킬수는 없는 노릇이기 때문에 시간적인 한계가 존재한다. 또한 2020년대에 들어서 파운드리 사업으로 현금을 유출시킨 탓에, 정작 반도체 분야 본사업인 DRAM 부분에서는 SK하이닉스와의 점유율이 역대 최저 수준까지 좁혀지게 되었으며 HBM 분야에서도 선두를 내어주며 인공지능 시대 초입에 있어서 1인자 자리를 내어준 상황이다.
- 삼성은 독자적인 반도체 개발 능력을 갖추고 있는 잠재적 경쟁사이다.
TSMC는 '고객과 경쟁하지 않는다' 라는 모토를 가지고 있으며, 실제로 수 십년에 걸쳐 이를 지킴으로써 철저한 신뢰를 다져왔다. 이 점은 고객사가 하청을 줄 때 제품에 대한 사양, 정보[47]를 노출시켜도 심정적 불안감을 최소한으로 억제할 수 있다는 큰 장점으로 작용한다. 반면, 고객과 잠재적 경쟁 관계에 있는 삼성은 이런 점에서 고객에게 심정적 불안감을 주기에 충분하다. 특히, Apple 같은 경우 이 점을 이유로 삼아 아예 탈삼성을 표방하고 손해를 보더라도 삼성의 제품을 쓰지 않겠다 천명한 것이 대표적이다. 사실상 삼성 파운드리 사업에 있어서 가장 심각한 문제점으로, TSMC와의 격차가 그나마 적었던 8~5nm 시대에도 동맹 관계인 퀄컴과 구글을 비롯하여 Apple로 인한 물량 이슈로 인해 일부 수주를 내어주었던 NVIDIA 정도만이 삼성에 수주를 맡겼다. 4mm부터는 격차가 확연하게 벌어지기 시작했으며, 이로 인해 TSMC의 독과점력이 강해짐에도 불구하고 팹리스 업체들은 삼성에 수주를 내주지 않고 있다. 이를 해결하기 위해선 파운드리 부문을 삼성전자에서 아예 분리시켜 법인과 생산 기반을 독자화해야 하지만, 이는 삼성전자의 수직계열화 경영 방침과는 정면으로 위배되기 때문에 삼성전자는 그럴 계획이 없다고 밝힌 상태이다.[48] 또 다른 대안으로는 LSI 사업을 매각 및 청산시키는 방법이 존재하긴하다.
또한 삼성전자에게 있어 파운드리는 여러 가지의 사업영역 중 한 분야지만, TSMC는 파운드리 사업 그 자체가 기업의 존속 여부를 결정하는 중추 사업이고, 사활을 걸어야만 하기 때문에 TSMC 측에서도 절대 삼성전자의 추월을 용납하지 않을 것이다. 결론적으로 시장 전체를 뒤흔들만한 대이변이 연속적으로 발생하지 않는 한 삼성 파운드리가 TSMC를 확실히 넘기고 1인자로 올라설 가능성은 매우 적다고 평가되고 있다.
하지만 이와는 별개로 제한적으로나마 경쟁이 성립하는 현재 체제가 붕괴하고 TSMC의 완전 독주 체제로 회귀하면 가장 큰 피해자들은 바로 팹리스 기업들이 될 것이고, 이러한 시장 판도는 TSMC의 CAPA부족 및 삼성전자의 낮은 단가 제공과 맞물려 TSMC 외에 최선단 ~ 차선단 공정에서 유의미하게 두각을 나타내는 유일한 존재인 삼성 파운드리는 어느 정도의 수주는 보장받고 있다. 따라서 삼성전자는 대규모 이변이 없는 한 앞으로도 파운드리 시장에서 비대칭적인 2인자의 자리 또한 유지할 가능성이 높다.
4.4. 공정 작명 규칙
====# 구형 작명법 #====nm숫자 + LowPower + 세부사양 약자
- XLowPowerEarly: 보통 해당 세대 노드에서의 첫 번째 공정이다.
- XLowPowerImprove: LPE의 리비젼.
- XLowPowerPerformance: 추가 최적화를 거친 공정이다.
- XLowPowerCost-effective: 단가절감에 초점이 맞춰진 공정이다.
- XLowPowerUltra: LPP의 리비젼에 해당하는 공정으로, HPC용으로 추측된다.
...등등 끝부분에 여러가지 문자를 붙인다. 가장 많이 보이는 형식은 LPE/LPP.
풀노드는 LPE로 시작해서 그 이후의 공정들은 대부분 해당 LPE의 리비젼 성격을 가지고 있다. 따라서 하프노드 공정일 경우 보통 LPE(1세대)는 스킵되고, 바로 LPP(2세대)로 이름붙여진다.[49]
4LPX는 원래 5nm 세대 공정임에도 불구하고 퀄컴의 마케팅적인 목적으로 4nm로 불러줄 것을 요청하여 예외적으로 4nm 세대로 구분되었다.
4.4.1. 현행 작명법
2022년 10월 삼성은 로드맵을 재정비하면서 작명 규칙을 개정했다. 개정된 작명 규칙은 다음과 같다:SF + nm숫자 + 알파벳 이며,
자사 명칭인 Samsung Foundry의 약자 + nm 세대 + 파생공정 약자로 구분된다.
예시로,
5LPE → SF5E로,
5LPP → SF5,
4LPE → SF4E,
4LPP → SF4,
4LPP+ → SF4P 가 된다.
5. 여담
경쟁관계에 있는만큼 TSMC와 서로서로 언플이 자주 오가는 편이다. 각각 자국의 언론들을 동원하며, TSMC의 경우 아예 직접적으로 지분을 보유하고 있는 DigiTimes가 단골로 삼성에 대해 부정적인 기사를 쏟아낸다. 삼성의 7nm 공정에서 생산된 스냅드래곤의 수율이 매우 저조하다고 거짓 언플을 시전하였다가 삼성전자에게 직접 반박당한 사례. 실제로 기사에 언급된 스냅드래곤 AP들이 안정적인 성능을 보여준 것을 보면 이는 완벽한 허위보도임을 확인할 수 있다.2022년 삼성 갤럭시 GOS 성능 조작 사건을 계기로 삼성 파운드리 선단 공정의[50] 낮은 수율이 드러났으며, 주요 고객사인 퀄컴은 파운드리 업계에서는 매우 이례적으로 공개적인 불만을 표출하고 대부분의 수주를 TSMC로 이전하였다. 이는 여러 기사를 통해 일반인들에게도 널리 알려지게 되었고, 주주총회에 참여한 개인주주들이 지적할 정도에 이르렀다.
고객사 입장에서는 당연히 발주처의 매우 높은 수율이 요구된다. 고객사에서 제아무리 높은 신뢰도의 설계도를 보유하고 있다한들, 이 설계도를 보고 제품을 생산하는 파운드리에서 수율이 매우 저조하다면 최종 제품에서는 단가와 성능에서 상당한 손해가 발생하기 때문이다. 이러한 사실은 삼성 파운드리가 5nm 이하 선단 공정에서 20 ~ 30% 대의 매우 낮은 수율을 보여줌으로써# 삼성 파운드리에도 발주를 넣던 기존의 대형 고객사들이 삼성 파운드리에 대한 신뢰를 잃고 TSMC에만 발주를 넣는 것만 봐도 알 수 있다.
공정 관련해서 신기술들을 타사에 비해 공격적으로 도입하는 편이다. EUV를 TSMC보다 한 세대 앞서 도입하였으며, GAAFET도 마찬가지로 한 세대 앞서있다. 이러한 이유로 전반적인 기술력과 안정성은 TSMC에 비해 떨어지지만,[51] 기술의 스텝만큼은 앞서있다는 평가를 받는다. 사업부는 달라도 동일 회사인만큼 메모리 반도체에서도 이러한 경향을 보여주는 듯 하다.
6. 참고 문서
[1] 트렌드포스 집계치. 내부거래에서 팹리스인 LSI사업부 수주는 포함되고 IDM인 메모리 사업부 수주는 포함되지 않은 수치.[2] 삼성 엑시노스와 삼성 아이소셀을 비롯하여 디스플레이 구동칩, 마이크로컨트롤러 등.[3] 스냅드래곤6 등. 7과 8 등의 플래그십 라인업은 TSMC에게 수주를 맡긴다.[4] 10nm 이하 공정을 수주하고 있으나, 인텔이 인텔 파운드리 서비스를 통해 사업에 재진출하여 EUV 장비를 확보한 관계로 향후 자체 생산 예정이다.[5] HW 3.0에 쓰이는 FSD칩이 14nm로 오스틴 공장에서 생산되었다. FSD칩 2세대와 향후 7nm로 양산되어 Dojo 슈퍼컴퓨터에 쓰일 D1칩을 두고 TSMC와 수주 경쟁을 벌이고 있다.[6] 엑시노스, 스냅드래곤, 구글텐서 등.[7] 엔비디아와 기타 인공지능 칩 스타트업.[8] 테슬라와 NXP 등.[9] 가끔 국내 전자 관련 커뮤니티에서 파운드리가 하청이네 아니네 하는 논란이 많은데 파운드리 서비싱 계약에는 의뢰사가 갑으로 들어가고 파운드리 업체가 을로 들어가며, subcontract라는 용어를 사용한다. 즉, 삼성전자는 파운드리 서비싱 업계에서 엄연한 하청업체이다.[10] 파운드리 서비싱 업체에서는 마스크의 회로 정보를 획득하지 않기 때문에 양품 여부를 완벽하게 판단할 수 없다. 통상 파운드리 서비싱 업체에서 양품률을 판단하는 것은 회로의 조적(造積)이 잘 되었다로 판단하는 것이 아니라, 특정 전기적 결과에 의해 판단한다. 이 때문에 파운드리 서비싱 업체에서 양품으로 판정한 제품도 실장 이용시에는 불량으로 나타나는 경우가 종종 있다 (품질 검사를 통과한 제품을 샀는데 꽂아보니 불량이라든가). 반면, 반도체를 개발해서 직접 생산까지 하는 업체(인텔)는 회로의 조적 상태에 따른 양품 여부를 판정하기 때문에, 실장 양품률의 신뢰도가 높다. 이처럼 파운드리 서비싱 업체의 양품률 판정 특성 때문에, 판정 방법에 따라 외재적 양품률을 조정하는 것도 가능하다.[11] 실제로 최근에 IBM에서 인간의 두뇌 구조를 모방해 개발한 트루노스 칩셋을 개발하고 삼성전자에서 파운드리 서비싱하는데, 이것을 두고 국내 언론에서는 삼성이 파운드리 서비싱을 하기 때문에 칩셋의 개발에 삼성의 기술이 기여된 것으로 보도를 내기도 하였다. 하지만 해당 칩셋은 미국 국방부의 의뢰를 받아 IBM과 코넬대학교 공과대학이 합작으로 개발한 것으로 삼성이 개발에 직접적으로 참여하거나 기여한 사실은 전무하다.[A] 해당 예측치는 삼성전자 시스템 LSI와의 내부 거래액을 합산한 수치. 글로벌파운드리 또한 IBM과의 거래액을 합산한 수치이다.[A] 해당 예측치는 삼성전자 시스템 LSI와의 내부 거래액을 합산한 수치. 글로벌파운드리 또한 IBM과의 거래액을 합산한 수치이다.[A] 해당 예측치는 삼성전자 시스템 LSI와의 내부 거래액을 합산한 수치. 글로벌파운드리 또한 IBM과의 거래액을 합산한 수치이다.[A] 해당 예측치는 삼성전자 시스템 LSI와의 내부 거래액을 합산한 수치. 글로벌파운드리 또한 IBM과의 거래액을 합산한 수치이다.[16] 물론 내부거래로 인한 매출까지 합하게 되면 산정 기준이 이상해 질 수도 있다. 외주 생산은 거의 하지 않는 인텔 자체 팹도 내부거래를 포함하면 순식간에 TSMC와 맞먹는 규모의 파운드리 회사라고 부를 수 있기 때문이다. 당장 Xe GPU는 인텔의 사업 내에서 차지하는 비중이 그리 크지 않은데도 불구하고 인텔의 웨이퍼 주문량이 180,000장인 것이 이를 증명한다.[17] 후술된 팹 목록만 봐도 삼성의 팹은 대부분 5나노 이하 선단공정에 집중되어 있다.[18] 2017년이면 14nm 공정의 인텔 카비레이크와 AMD의 서밋 릿지가 막 나온 시기이다![19] 삼성이 애플, 퀄컴과 스마트폰 사업에서 경쟁자이기에 파운드리 사업만 하는 TSMC가 유리하다. TSMC는 기술력도, 수요를 감당할 팹들도 갖추고 있다. 고객을 많이 유치하고 대량 수주를 받으면, 공급 단가가 떨어지고 개발비용도 확보할 수 있어서, 세계 거물급 고객들로부터 전량 수주를 받아 온 TSMC가 기술적으로 삼성보다 우위에 있다. 하지만 삼성 처지에선 큰일이 아닌 게 TSMC의 팹이 아무리 커도 펩리스 대기업들의 모든 수요를 감당할 수는 없고, 클라우드 컴퓨팅 시대가 도래하면서 꾸준히 늘어나는 반도체 수요를 TSMC와 비슷한 수준에서 감당할 수 있는 기업은 삼성뿐이라, 기다리면 고객이 들어 온다. 실제로 IBM의 POWER 10전량, NVIDIA의 30시리즈 전량을 확보했고 퀄컴과 AMD도 삼성에 손을 내밀었다.[20] 14㎚ 공정으로 제조된 132㎟인 GPU.[21] 8 ㎚ 공정으로 제조된 628.4 ㎟인 GPU.[22] 600㎟ 이상의 대형 칩셋을 만드는 데에 필요한 기술력은 이미지 센서와 같은 소형 칩셋을 만드는 것과 차원이 다르다. 공정 미세도(㎚) 뿐만이 아니라, 생산의 기초가 되는 웨이퍼 크기도 다르고, 수율의 중요성이 매우 높아진다. 옛 인텔의 1세대 i7 최상위 제품인 i7-990X는 45 nm 공정에 239 ㎟의 다이 사이즈를 가졌다.[23] 웨이퍼 수량으로 감안하여도 855/865의 지분은 말 그대로 붕어빵처럼 찍혀나온 765/765G에 비할 수 없다.[24] 레거시 공정(구 수십 nm 파운드리)[25] 두 회사 모두 삼성 파운드리에서 뽑은 라인업에서 낮은 수율, 전성비와 발열 문제를 겪은 뒤 다음 세대 라인업을 TSMC로 전환하며 삼성은 최선단 공정의 고객 확보 문제와 점유율 하락을 겪고 있다.[26] 정식 법인명 : SAMSUNG AUSTIN SEMICONDUCTOR[27] 이것은 앞으로 TSMC가 미국 공장을 세우면 달라질 것이다.[28] PMIC, eFlash, 개별소자 등을 생산하고 있다. 7/8라인이 6라인으로 통합되었다.[29] 메모리 사업부 소속 시절의 9라인과 14라인을 통합시켰다. 이후 2005년에 증설했다.[30] 메모리 사업부로부터 넘어오면서 S2 라인으로 명칭 변경.[31] 메모리 17라인과 같은 건물에 위치해있다[32] DRAM을 생산하던 구 메모리 11라인. 2018년부터 삼성 아이소셀 이미지센서 라인으로 순차적 전환을 시작하였으며 2020년에 전환을 완료했다.[33] 자사 첫 EUV 전용 라인이다.[34] 평택 P2 FAB 내 있는 5nm 이하 선단 Node 칩 생산 라인.[35] 자사 두 번째 EUV 전용라인.[36] 2021년, 170억 달러 투자를 발표했으며, 2022년부터 착공에 들어갔다. 기존 오스틴 공장 부지의 4배 규모. 2023년, 투자액이 250억 달러 규모로 불어났다.[37] 2024년 4월, 보조금 지급과 함께 2공장에 200억 달러 규모의 추가 투자를 단행한다는 소식이 알려졌다.[38] 2021년, 245억 달러 규모의 증설 발표.[39] 14LPP[40] SF5(구명칭 5LPP)라는 것이 정설로 받아들여지고 있다.[41] 이는 차세대 공정으로 갈 때, 로직 밀도의 향상치에 비해 SRAM 밀도와 아날로그 밀도의 향상치가 매우 적은 것이 한 몫 하기도 했다. TSMC가 공개한 자료에 따르면, N3B는 N5에 비해 로직 밀도가 최대 1.7배 증가하지만, SRAM 밀도는 최대 1.2배 증가, 아날로그 밀도는 최대 1.1배만 증가한다고 한다.[42] 조적 단면적을 넓혀 집적회로에서 발생하는 열 발산을 용이하게 하고자하는 설계 방식이다. 주로 연산형 소자에 이러한 설계 방법이 확산되고 있다. 어느 정도 수준인가하면, 아무 회로가 없는 더미 부분을 붙여서라도 다이의 면적을 넓히려고 하고 있다.[43] 입체적층기술은 메모리 반도체에 잘 활용되고 있지만 회로 자체가 많은 에너지를 소모하며 열을 뿜어내는 연산형 AP에는 전혀 쓸모가 없다.[44] 물론 삼성 파운드리 역시 필요에 따라서는 타 사업부나 계열사들로부터 자금 수혈이 가능해 자금 동원력이 좋지만, 역으로 수많은 다른 부문에도 투자해야 하고 내부마찰의 여지도 있는만큼 마냥 물쓰듯이 끌어다 쓸 수는 없어 명확한 한계가 존재한다.[45] 실제로 Apple의 마지막 수주를 받았던 14nm의 다음 세대인 10nm 까지는 양사의 기술력이 비슷했으나, 그 다음 세대인 7nm 부터는 격차가 가시화되기 시작했고, Apple M1까지 등장해 Apple의 지분이 더욱 커진 5nm 세대에서 양사의 차이는 절정에 달했다.[46] 2022년 기준으로 TSMC의 애플 매출이 삼성 파운드리 전체 매출 수준과 비슷하다.[47] 고객사들이 가장 민감하게 생각한 정보가 제품 출하 시기이며, Apple과는 이를 두고 실제 갈등이 있었다. Apple은 삼성이 하청을 받으면서 자연스럽게 Apple의 향후 라인업의 출시 시기를 상세히 알게 되었고, 이를 갤럭시 라인업의 출시 시기를 반영하는 데 이용했다고 주장했었다. 삼성은 당연히 아니라고 주장했지만, Apple은 결국 단가 문제를 감수하더라도 삼성의 제품을 사용하지 않겠다고 대외적으로 밝히고 삼성에서 모든 물량을 철수시켰다.[48] 그리고 삼성 LSI사업부가 사실상 삼성 파운드리의 신공정 테스트 역할을 하기도 하기 때문에 파운드리 사업부 입장에서도 분리하기 애매하다[49] 예시로 10나노의 하프노드인 8나노는 LPE가 없고, 바로 LPP로 넘어갔다.[50] 당시 5/4nm[51] 7nm의 전면적 EUV 사용을 고수하다가 장비 개발이 지연되는 바람에 전에는 오히려 앞서던 최선단 공정 양산시기가 TSMC보다 1년이나 늦어지게 되었다.