파운드리란
파운드리(영어, foundry) 란 본래 주조공정을 통해 금속제품을 생산하는 공장을 말합니다. 금속을 녹여 거푸집에 넣고 가공하는 생산시설인 주조소를 가리키는 말이었는데요.(주형에 쇳물을 부어 금속과 유리제품등을 찍어 내는 주조공장) 현재는 1980년대 중반 생산설비는 없지만 뛰어난 반도체 설계 기술을 가진 기업들이 대거 등장하면서 반도체 생산을 전문으로 하는 기업에 대한 수요가 증가하게 됩니다. 이에 파운드리의 개념이 반도체 산업에 적용되어 쓰이기 시작한 것이 요즘 언론에서 사용하는 파운드리 뜻입니다.
다시말해 언론에서 주로 사용되는 파운드리의 뜻은 반도체 산업에서의 위탁생산 전문업체를 의미합니다. 위탁생산 전문업체라는 단어에서 알수 있듯이, 설계와 기술 개발을 배제하고 팹을 통한 반도체 생산에만 치중하는 업체를 말합니다.
반도체 칩의 제조설비는 관리에 많은 비용이 들기 때문에 새로운 제조기술을 개발하는데도 막대한 연구비용이 필요합니다. 그렇기 때문에 대규모로 반도체 칩을 제조하는 업체가 아니면 반도체 제조설비(fab)를 직접 보유하기는 어렵습니다.
즉 제조설비를 보유하고 있지 않은 업체의 요구로 반도체 칩의 제조를 부담하는 기업이 바로 파운드리입니다. 대량의 반도체 칩을 하나의 회사에서 제조하기때문에 그만큼 세이브 되는 비용으로 보다 효율적으로 설비 운영 또는 연구 개발을 할 수 있게 되는 것이죠.
반도체 제조회사가 설계에 따라 제조만 담당하는 파운드리 업체로 탈바꿈하는 추세의 대표적인 원인을 하나로 꼽자면 제조업체들이 타고난 설계능력의 한계와 기밀 유지에 민감한 반도체 업계의 특성 때문입니다.
파운드리 업체는 완성된 칩을 생산해 팔지 않습니다. 실리콘웨이퍼에 고객이 설계한 대로 특정 공정으로 처리해서 웨이퍼 채로 납품합니다. 이를 검사하고 잘라서 칩으로 만드는 것은 기본적으론 다른 반도체 패키징 업체가 담당합니다.
반도체 설계업체가 파운드리 업체에 생산을 의뢰하기 위해 설계와 레이아웃과 검증등의 절차를 끝낸 것을 tape out이라고 말합니다. 즉 넘기는 것은 회로도가 아닙니다. 모든 배치가 끝난 도형정보로 이걸 기계가공 NC 머신에 종이테이프로 입력하듯 물리적 마스크를 만들어내는 것이죠.
파운드리에 대한 더욱 자세한 내용은 아래 목차와 함께 확인가능합니다.
1. 파운드리 업체
파운드리 대표 기업은 아래와 같습니다.
나라별 | 한국 | 미국 | 대만 | 중국 | 이스라엘 | 유럽 | 일본 |
업체 | 삼성전자 DB하이텍 매그나칩 SK하이닉스시스템IC |
글로벌파운드리 인텔 |
TSMC UMC Powerchip Vangurad |
SMIC Hua Hong Semi |
TowerJazz | X-Fab | 후지쯔 |
2. 파운드리 시장점유율 업체 순위
이 분야의 부동의 절대강자는 대만입니다. 시장 점유율 10위권 안에 점유율 48%를 기록하는 업계 1위 TSMC, UMC 4위, 그 아래 파워칩과 뱅가드까지 모두 10위권 안에 드는 4개의 기업이 무려 모두 대만 국적입니다. 한국은 삼성전자, DB하이텍이 각각 세계 2위와 10위의 순위를 기록하고 있습니다. 2019년 부터 2021년 1분기까지의 시장 점유율을 살펴보면 아래와 같습니다.
구분 | TSMC | 삼성전자 | GlobalFoundries | UMC | SMIC |
2019 1분기 | 48.1% | 19.1% | 8.4% | 7.2% | 4.5% |
2020 1분기 | 54.1% | 15.9% | 7.7% | 7.4% | 4.5% |
2020 2분기 | 51.5% | 18.8% | 7.4% | 7.3% | 4.8% |
2020 3분기 | 53.9% | 17.4% | 7.0% | 7.0% | 4.5% |
2020 4분기 | 54.0% | 17.8% | 6.6% | 6.8% | 4.2% |
2021 1분기 | 54.4% | 17.3% | 5.5% | 7.1% | 4.7% |
점유율을 살펴보면 TSMC는 AMD, 애플 같은 주 고객사들이 제품을 출시하는 3, 4 분기에 집중적으로 점유율이 오르는 것을 확인 할 수 있으며 삼성전자 파운드리는 새로운 갤럭시 시리즈 및 엔비디아 그래픽카드가 출시하는 시기에 집중적으로(1, 2 분기) 점유율이 오르는 것을 확인할 수 있습니다.
3. 파운드리 반대말
팹리스(영어, Fabless)로 공장이 없다라는 뜻으로 부릅니다. 이러한 시스템 반도체 회사들은 공장(fab)이 없이 설계만 한다고 하여 팹리스라고 부릅니다. 생산 시설에 대한 투자 부담을 지지 않고 그 대신에 연구 및 개발(R&D)을 통해 똑똑한 비메모리를 만드는 데 집중하는 업체를 말하는 것이죠. 이런 시스템 반도체 회사들은 제품 생산은 파운드리 업체 즉 위탁생산으로 진행합니다. 예를들어 애플도 팹리스로 분류됩니다. 애플은 아이폰에 들어가는 AP, 즉 애플리케이션 프로세서의 설계도를 그린 뒤, 이 제조는 다른 곳에 맡기기 때문입니다.
4. 메모리 반도체와 시스템 반도체 차이
삼성전자가 메모리 반도체 뿐만 아니라, 시스템 반도체 역시 1위를 오르겠다며 투자를 발표한바가 있었죠. 그런데 메모리 반도체 시스템 반도체의 차이가 뭘까요?
① 메모리 반도체
메모리 반도체는 데이터 및 정보를 저장하기 위한 목적으로 사용됩니다. 그리고 대량 생산이 가능하며 비교적 가격이 저렴한 편에 속하죠. 메모리 반도체를 구분할떄는 크게 기기의 전원을 껐을 때 기존 정보의 소멸 여부에 따라 RAM과 ROM으로 구별됩니다. 여기서 RAM은 기기의 전원을 끄면 저장된 정보가 사라집니다. 대신 데이터 탐색 속도가 비교적 빠른 특징인 휘발성을 지니고 있습니다. 참고로 메모리 반도체의 종류에는 DRAM, SRAM, SDRAM 등이 있습니다. 그리고 또다른 ROM은 비휘발성 메모리입니다. 즉 전원이 꺼져도 정보가 계속 저장됩니다. ROM의 종류로는 ERPOM, EEPROM, NAND Flash 등이 이에 해당합니다.
② 시스템 반도체
시스템 반도체는 비메모리 반도체라고도 불립니다. 각종 연산, 제어, 정보처리 등에 목적으로 둔, 우리 사회의 전반에 사용되고 있는 반도체를 말합니다. 시스템 반도체는 대표적으로 CPU가 이에 속합니다. 시스템 반도체는 고부가가치 산업입니다. 때문에 소량생산에도 많은 이윤을 남길 수 있습니다. 하지만, 국내 시스템 반도체 사업 성적은 메모리 반도체 사업만큼 성적이 좋지 못합니다. 이유는 반도체 시장의 비율을 살펴보면 알 수 있는데요. 시스템 반도체가 70~80%로 큰 비중을 차지하고 있으나, 이를 주로 인텔과 퀄컴등 외국계 기업이 시장을 장악하고 있기 때문입니다. 게다가 시스템 반도체는 4차 산업혁명의 기술에 매우 필수적입니다. 사물인터넷 IOT는 물론 자율주행차, 인공지능 AI에도 활용되는 만큼 그 폭이 매우 넓습니다.
③ 메모리 반도체 시스템 반도체 비교표
메모리 반도체 분야에서 한국은 세계 1위 제조 수출국입니다. 2020년 기준으로 살펴보면 세계 D램 시장 점유율에서 삼성 41% 이상이며 SK하이닉스 29% 이상으로 세계 시장에 적지 않은 영향을 끼치고 있습니다. 메모리 반도체와 시스템 반도체의 비교표는 아래와 같습니다.
구분 | 시스템반도체 | 메모리반도체 |
용도 | 데이터 연산 처리 | 데이터 저장 |
생산방식 | 다품종 소량 생산 | 소품종 소량 생산 |
제조 기술 | 소프트웨어 기술력, 설계 디자인 | 초미세공정, 초미세가공, 하드웨어 양산 능력등 |
경쟁력 | 설계기술, 설계인력 | 설비투자, 선행기술 개발, 자본력 |
시장전체규모 | 80% | 20% |
제품군 | CPU, 멀티미디어반도체, MDL등 | RAM, ROM |
하지만 이에반해 시스템반도체에 대한 시장영향은 매우 낮습니다. 시스템반도체 시장 규모는 메모리 반도체와 비교 해봤으때 대략 4배이상의 규모로 봅니다. 즉 이와 같은 시장 규모로 알수 있듯 반도체 산업의 주류는 결국 시스템반도체인셈이죠.(시스템 반도체를 다른 말로는 비메모리 반도체라고 부르나 이는 우리라에서만 부르는 말입니다.) 삼성전자의 시스템 반도체 시장 점유율 매출액 기준은 2% 정도로 세계 13위입니다. 이 분야의 부동의 세계 1위는 대만의 TSMC입니다. 아주 오랫동안 파운드리 세계시장의 절반을 차지해 왔죠. 물론 삼성전자가 2등까지 오르긴했으나 파운드리 세계 점유율은 14.3%로 20% 미만인 나옵니다.
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