반도체난이 불러온 뜻밖의 변화…TSMC·삼성·인텔 '삼파전' 굳어진다

"선두 주자에 이상적인 시장이 되어가고 있습니다."

최근 파운드리(반도체 위탁생산) 시장에 일어나는 변화를 두고 업계에서 나오는 말이다. 선단공정으로 불리는 10나노미터(㎚, 1나노미터는 10억분의 1m) 이하 시장의 진입장벽이 전 세계 반도체 공급난으로 높아지고 있다는 분석이다. 후발주자 기업들이 전반적으로 늘어난 수요에 대응하는 과정에서 첨단 공정으로의 전환보다는 기존 레거시(전통) 공정 라인 증설에 돈을 쓰고 있어서다.


한 반도체 업계 인사는 "선단공정이 수요가 넘쳐나는 상황에서 진입장벽은 더욱 높아졌다"면서 "TSMC와 삼성전자, 인텔의 삼파전이 오랜 기간 유지될 것"이라 말했다. 현재 10나노 이하 시장의 플레이어는 삼성전자와 TSMC 뿐이다. 최근 파운드리 사업 재개를 선언한 인텔은 미국 애리조나주에 지파운드리 공장을 건설할 계획을 밝혔다. 10나노 이하 공정의 생산라인을 갖출 예정이다.

"공정 전환보다는 증설" 제동걸린 후발주자 추격…선단공정-레거시 이원화 '굳건'17일 관련 업계에 따르면 파운드리 시장의 선단공정과 레거시 공정의 이원화 체제가 굳건해지는 모양새다. 추격자로 언급돼 온 대만 UMC, 미국 글로벌파운드리 등이 투자 여력을 첨단 공정 전환이 아닌 기존 레거시 공정 캐파(생산력)을 늘리는 데 집중하고 있어서다. 이 두기업은 파운드리 시장에서 매출 규모로 각각 3·4위를 점하고 있다.

UMC의 경우 36억 달러(약 4조2606억원)를 투입해 대만 남부 파운드리 공장의 캐파를 확대하는 프로젝트를 진행 중이다. 글로벌 파운드리는 40억 달러(약 42조7340억원)를 투자해 싱가포르에 반도체 공장을 새로 건설하기로 했는데 이 역시 레거시 공정의 영역이다. 양사의 영업익 수준을 고려하면 적어도 3년에 걸쳐 투자 계획이 이행 될 것으로 보인다.


두 기업이 첨단공정으로의 전환을 사실상 포기했다는 해석이 업계에서 나오는 이유다. 업계 관계자는 "이미 선단 공정 시장에서도 한참을 앞서가고 있는 삼성, TSMC와 경쟁하려면 막대한 투자비용이 필요하다"면서 "반도체 공급난으로 레거시 공정 수요가 오르는 상황 속에서 기존 기술을 활용해 캐파를 늘리는 선택을 한 것으로 보인다"고 말했다.

중국 SMIC는 정부 지원으로 투자 여력은 있으나 미국 정부의 제재로 여건이 좋지 못하단 평가다. 대표적인 것이 네덜란드 ASML의 EUV(극자외선) 노광기 수출에 제동을 건 것이다. 이 장비는 반도체 노광공정(반도체 원판인 웨이퍼에 회로를 새기는 작업)에 사용된다. 기존 장비의 14분의 1 수준인 극자외선을 써 정교한 작업을 가능케 한다.

안기현 한국반도체산업협회 전무는 "기존 ArF(불화아르곤) 이머전 장비를 통한 선단공정 실현이 이론적으로 가능하지만 실현 가능할지 의문"이라며 "공정을 구축하더라도 EUV 장비를 활용하는 것보다 공정이 많아 원가가 높다. 만들수록 손해를 입는 구조가 되는 것"이라 말했다.

TSMC·삼성·인텔 삼파전…불붙는 투자·기술 경쟁
플레이어가 늘어날 가능성은 현저히 적어졌음에도 선단 공정 시장에서의 경쟁은 어느 때보다도 치열하게 전개될 것으로 업계는 본다. TSMC와 삼성전자, 인텔이 대규모 투자를 잇따라 확정하면서 글로벌 파운드리 지형이 빠르게 재편될 수 있다는 분석이 나온다.

그 배경에는 확실한 시장 성장성이 있다. 최근의 공급 부족 사태로 레거시 공정의 가격 인상이 큰 폭으로 이뤄졌지만 선단 공정에 비하면 낮은 수준이다. TSMC 선단 공정인 5·6나노 두개 노드 매출이 전체의 절반에 달하는 것을 보면 그렇다. 시장조사업체 스트래티지 애널리틱스는 7나노 이하 공정에서 만드는 반도체 칩이 2025년 전체의 절반 이상을 차지할 것이라 전망했다.

성장 속 생산능력과 기술력 차이는 성패를 가를 수 있다. TSMC와 인텔이 각각 120억달러(약 14조2000억원), 200억달러(약 24조원)를 들여 애리조나주에 반도체 공장을 짓는 이유다. 삼성은 170억달러(약 20조원)을 투자해 테일러시에 제 2의 파운드리 공장을 건설한다. 3개사의 완공 시점이 2024년으로 맞물리는 가운데 이 기간이 시장 지형이 재편되는 시점이 될 수 있다는 지적이다.


초미세공정 경쟁도 불붙고 있다. 현재 시장에서는 3나노 공정을 누가 먼저 완성하느냐를 두고 TSMC와 삼성전자가 경쟁하고 있다. 공개된 로드맵를 보면 삼성전자는 내년 상반기 3나노 공정을 도입할 예정으로 TSMC보다 6개월 가량 빠르다. 2나노 공정은 양사 모두 2025년부터로 비슷하다. 인텔이 2024년 2나노 공정을 도입한다는 계획을 밝혀 2나노 공정부터 3파전이 될 수도 있다.

시장이 주목하는 지점은 업계 최초로 GAA(게이트올어라운드) 기술을 3나노 공정에 적용해 기술 리더십을 공고히 하겠다는 삼성의 구상이다. GAA는 기존 핀펫(FinFET) 기술 공정에 비해 성능과 전력 효율 등에서 앞선 것으로 평가 받는다.

업계 관계자는 "삼성이 계획대로 3나노 양산을 먼저 이뤄내고 안정적인 수율까지 확보한다면 TSMC와의 기술 격차를 단번에 벌리는 계기가 될 것"이라며 "3나노에서 확보한 GAA 기술 노하우로 향후 2나노 경쟁에서도 앞서갈 수 있다"고 말했다.