TSMC 3나노 수율이 삼성전자에게 위기를 줄까?
새해부터 tsmc 3나노 관련 소식으로 시끌시끌합니다. 지난 2022년 12월부터 양산에 들어간 tsmc 3나노 수율이 60~80%대라는 믿기 힘든 기사가 매우 자극적으로 소개되었습니다. 그리고 지난 tsmc의 3나노 출하식에서 tsmc는 3나노 공정에 한화로 약 70조에 달하는 대규모 투자를 공언했습니다.
이에 앞서 tsmc 애리조나 팹에서도 종전 계획은 5나노 설비에 120억 달러 투자였지만 여기에 4나노와 2나노까지 포함한 400억 달러 규모로 투자를 확대했죠? 이 금액을 합치면 2나노에 투자되는 tsmc의 투자금은 어림잡아 90조~100조에 달할 것으로 예상이 됩니다.
이번에 tsmc는 공정 개발이 늦은 만큼 물량전을 예고하고 있습니다. tsmc가 3나노 공정 양산이 늦더라도 물량 싸움을 걸어오면 쉽지 않은 싸움이 될 것이라고 예상합니다. 게다가 꽤나 준수한 고객들을 이미 확보한 것으로까지 보입니다.
애플 최신AP와 CPU를 기본으로 깔아두고, 퀄컴이 tsmc 3나노로 갈 것이라는 소문이 기정사실처럼 보도되고 있습니다. 물론 퀄컴발 오피셜은 아닙니다. 또한 외신들에서도 퀄컴 3나노에 대한 의견은 굉장히 분분한 것으로 알려져 있습니다. 일단 디지타임즈와 비즈니스 넥스트 등 대만 언론들은 퀄컴이 자신의 3나노 반도체 물량 중 대다수를 tsmc를 통해 생산한다고 말합니다. 그리고 그 근거는 높은 수율을 들고 있습니다.
그러면서 흘러나오는 소식들은 tsmc의 3나노 수율에 대한 내용들입니다. 최대 수율이 60~80% 수준이라고 보도되고 있습니다. 혹자는 수율의 간격이 넓기 때문에 이 수치는 믿을 수 없는 수치라고 말씀하기도 합니다. 어찌 되었든 저 수치가 사실이든 아니든 중요한 것은 삼성전자보다 tsmc의 수율이 높을 수밖에 없다는 사실입니다.
삼성전자는 3나노에 돌입하면서 세계 최초로 GAA 공정을 적용했습니다. 삼성에게 2나노가 중요한 이유는 바로 세계 최초로 반도체 트랜지스터의 구조를 변경하는 선구적 위치를 점하는 공정이기 때문입니다. 그래서 업계에서는 삼성이 3나노부터는 확실한 기술적 우위를 점할 수 있을 것이라고 전망했습니다. 하지만 중요한 것은 수율이겠죠? 아무리 우수한 공정을 도입하여 선구적 위치에 섰다고 하더라도 수율이 형편없고 카탈로그 스펙보다 못한 성능이 나온다면 이는 땅을 먼저 밟아보았다는 것 이외에 별다른 의미를 갖지 못하는 공정이 될 수도 있을 겁니다.
그런데 지금 삼성 3나노가 처한 현실이 이런 상황은 아닐까 우려됩니다. 신공정이 적용된 만큼 수율 개선에 어려움을 겪고 있는 것으로 포착됩니다. 대만 언론들을 곧이곧대로 믿을 순 없겠지만 디지타임즈 발 보도는 삼성 3나노 수율이 10~20% 수준이라고 평가 절하하고 있습니다.
반면 디지타임즈나 비즈니스 넥스트 등 대만 언론들은 tsmc의 3나노 수율에 대해서 매우 경이로운 수치라고 보도하고 있습니다. tsmc의 3나노 수율이 60~80%에 이른다는 보도입니다. 물론 수율은 대외비 사항이기 때문에 저 수치가 무조건 맞는다고 볼 수는 없을 것입니다. 또한 저 수율이 볼륨 프로덕션, 즉 실제 양산 시 이루어진 수치인지 아니면 테스트 공정상의 수치인 지도 정확하지 않습니다. 그래도 이번 수율 관련 보도를 간과할 수 없는 것은 현재 보도된 수율에서 서두에 말씀드렸던 3나노 케파 투자에 90~100조를 쏟아붓는 tsmc의 물량전이 이번에도 통할 가능성이 높다는 것입니다.
tsmc는 삼성보다 7나노 공정에는 먼저 도달했지만 EUV 공정은 삼성이 먼저 시작했죠. 당시 삼성은 tsmc보다 먼저 세계 최초 EUV 활용 7나노 공정 양산에 성공했습니다. 업계에서는 삼성전자가 최선단 공정 물량을 독식하면서 tsmc와의 경쟁을 유리하게 이끌 것이라고 전망했었습니다.
하지만 뚜껑이 열리자 상황은 정반대로 돌아갔죠. 후발주자인 tsmc가 미친 듯이 EUV 노광장비를 쇼핑하면서 규모의 경제로 삼성을 밟아버리고 말았습니다. 그런데 2나노에서도 EUV의 데자뷔가 보이는 이유는 무엇일까요? tsmc는 삼성과는 달리 3나노에서도 기존에 활용하고 있었던 핀펫 기반 IP를 그대로 가져갔습니다.
즉 카탈로그 스펙 상으로는 다소 떨어지는 면이 있지만 기존 고객사들이 설계에 사용하던 IP를 그대로 계승하면서 기존 고객사들이 자연스럽게 tsmc 3나노로 안착하도록 하는 전략을 쓴 것입니다. 게다가 핀펫 방식의 트랜지스터 구조는 tsmc가 전부터 잘 해오던 구조입니다. 즉 수율 향상이 용이하다는 것이죠. 물론 현재 보도되는 60~80% 수율을 곧이곧대로 믿을 수는 없습니다. 하지만 분명한 것은 tsmc가 물량으로 보나 수율로 보나 삼성전자보다 우위에 있다는 사실입니다.
현재 tsmc의 3나노 케펙스는 정확하진 않지만 2022년 tsmc IR 자료를 참고해 보면 tsmc의 3나노 공정은 초기 공정인 N3를 시작으로 E, P, X 등으로 고도화됩니다. tsmc는 2022년 현재 월 55,000장 정도의 3나노 케파를 확보한 것으로 알려집니다. 또한 2023년까지 3나노 케파를 10만 5천장 수준으로 업그레이드 할 예정입니다. 5나노와 4나노 공정 케파가 약 24만장 규모인 것을 생각해 보면 3나노에도 상당한 무게를 싣는다고 볼 수 있습니다.
반면 삼성전자의 경우 현재 3나노 설비가 확보된 것은 화성 V1라인으로 월간 3나노 반도체 생산량은 2만 장 정도입니다. 현재 확보된 케파만으로도 2배가 넘는 차이를 보이고 있습니다. 물론 월 24만 장 규모의 세계 최대 반도체 팹인 P3가 완공을 앞두고 있지만 이 공장은 첨단 D램과 낸드, 그리고 파운드리가 혼재된 하이브리드 팹입니다. 즉 여기에서 3나노 물량을 생산한다고 하더라도 얼마의 물량이 추가될 지는 미지수입니다.
물론 삼성전자가 2025년까지 현재 파운드리 케펙스의 3배를 확충하겠다고 공언한 이상 물량 싸움은 지켜 보아야 할 것입니다. 그렇다면 2025년까지 tsmc와 삼성의 3나노 케파가 엇비슷해진다는 가정 하에서 살펴보아야 할 것은 수율이겠죠?
기존 핀펫 구조의 tsmc와 GAA라는 새로운 모험을 감행한 삼성 중 어떤 회사가 더 수율을 좋게 할 수 있을까요? 아마도 기존 공정을 그대로 계승한 tsmc가 좀 더 수율 측면에서 좋은 성과를 낼 것입니다. 삼성전자 GAA도 현재 수율이 10~20% 나온다고 하는데 이는 오피셜이 아닌 만큼 고려하지 않는다손 치더라도 삼성이 3나노 수율 향상에 애를 먹고 있는 것만큼은 사실로 보입니다.
즉 현재 나오는 수율 관련 이슈들은 무엇 하나 정확한 정보는 없다는 사실에 주목할 필요가 있습니다. 다만 향후 수율을 안정화 시키는 데에 삼성보다는 tsmc가 훨씬 수월할 것이며 tsmc는 전에 해오던 대로 삼성 대비 우수한 수율을 기본 무기로 장착하고 투자 여력을 총동원해 3나노 케파를 빠른 속도로 확충할 것입니다.
이를 통해 또다시 물량전을 감행할 것입니다. 이것은 이미 tsmc의 3나노 반도체 출하식에서 밝힌
70조 이상 투자 발표를 통해 가시화 되었습니다.
삼성 파운드리가 특단의 조치를 하지 않는다면 7나노 EUV의 악몽 재현은 불가피하지 않을까 하는
불안한 마음이 듭니다.
삼성전자는 현재 파운드리에서 tsmc와 힘겨운 싸움을 하고 있습니다. tsmc는 현재 보도되는 6-~80% 정도까진 아니더라도 상당한 수준의 3나노 수율을 달성했음은 분명해 보입니다. 즉 3나노 수주 경쟁에서도 힘겨운 싸움이 예고되어 있습니다. 게다가 tsmc는 3나노 공정에만 무려 90~100조 가량을 투자하겠다고 공언했습니다.
수율과 케펙스로 삼성을 누르겠다는 복안입니다. 삼성은 어떻게 tsmc의 파상공세에 대응해야 할까요? 일단 GAA 3나노 공정의 수율 안정화가 시급합니다. 또한 엑시노스의 설계 역량 강화를 이루어 내부물량을 획기적으로 늘림을 통해 3나노에서 GAA를 선택한 전략이 틀린 것이 아니었음을 스스로 증명해야 합니다. 또한 현재 확보된 IBM, 엔비디아 AMD 바이두 구글 이외에 획기적으로 수율을 개선시켜 주고, 수익을 담보해 줄 수 있는 메이저 팹리스 고객을 확보하는 것이 중요합니다.
아마도 첫 타자는 퀄컴이 되겠죠? 8GEN 3 수주를 빼앗겼다는 소식이 계속 들리고 있습니다. 이는 좋은 신호는 분명 아닐 겁니다. 8 GEN 3이 안되었다면 후속 모델이라도 수주해야 합니다. 퀄컴 물량이 없이 3나노를 안착시킨다는 것은 어불성설입니다. 수익을 낼 수 있는 고물량의 메이저 팹리스 수주를 통해 수익성을 개선해 나가는 것이 중요할 것입니다.
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