TSMC: 신뢰의 탑
[미국주식] 기업분석
올해 2월 바이든 미국 대통령이 반도체 공급망 재검토 행정명령에 서명했다. 손에 작은 반도체 하나를 쥐고. 타국가에 의존해오던 반도체 생산구조를 미국 위주로 재편해야 한다는 내용이었다. 최강국의 수장이 직접 나와서 언급을 할 정도로, 반도체의 중요성은 의심의 여지가 없다.
이 작은 칩 하나에 우리나의 경제가 의존하고 있다. 대한민국의 전체 수출량의 20%가 반도체이며, 코스피 시총 1,2위가 반도체 기업이다. 반도체 강국이라고 불리는 한국, 그 중심에는 삼성전자가 있디. 하지만 그런 삼성조차도 따라잡기 버거운 기업이 하나 있다. 현재 전 세계 반도체 기업 시가총액 1위를 달리고 있는 대만의 'TSMC'라는 기업.
이 기업이 없었다면 현재 수십억 명이 사용하는 스마트폰의 시대는 이렇게 빨리 오지 않았을지도 모른다. 고객과의 신뢰를 기반으로 더 높은 진입장벽을 쌓고있는, 오늘의 기업은 '고객과 경쟁하지 않는 기업' TSMC이다.
바이든 대통령이 반도체를 들고 나와 연설 중이다 (출처:한국일보)목차
1. 반도체란?
2. 반도체 생태계의 이해
3. 파운드리시장
4. 우린고객과 경쟁하지 않아
5. 매출액 및 매출구조
6. 장비가 없어서 생산을 못한다고?(EUV)
7. 전매특허 기술 '패키징'
반도체, 너 누구냐?
반도체라는 단어를 못 들어본 사람은 없을 것이다. 하지만 반도체가 정확히 뭘까? 반도체란 '전기가 통하는 도체와 전기가 통하지 않는 부도체의 중간단계인 물질'을 의미한다.
부도체인 '규소'에 불순물을 첨가해서 상황에 따라 전기가 흐르게 했다, 흐르지 않게 했다 할 수 있도록 만든 것이다. 그리고 이 흐름을 통해서 디지털 언어(0과 1)를 표현할 수 있으며, 정보 저장과 연산을 수행할 수 있게 된다.
이러한 반도체는 쓰임에 따라서 크게 2가지(메모리와 비메모리)로 구분되며,글로벌 반도체 시장에서 메모리의 비중이 30%, 비메모리가 70%를 차지하고 있다.
1. 메모리 반도체 → 정보 저장 역할 ex) SD, HDD, DRAM (*삼성이 바로 메모리 시장 1위입니다.)
2. 비메모리 반도체(시스템반도체) → 연산 수행 역할 ex) CPU, GPU, NOU, AP
반도체 생태계
앞에서 쓰임에 따라 반도체를 2가지로 분류할 수 있었다.그럼 이 반도체는 어떤 방식으로 생산되는 걸까? 해답을 위해서는 반도체의 생태계를 이해해야 한다. 크게 4가지 과정을 거치며 반도체가 만들어진다. 아래의 표를 통해서 이해를 돕겠다.
반도체 생태계 (출처:티 타임스 TV)우선은 '기반기술'을 설계하는 '칩리스' 기업이 있다. 영국의 'ARM'이라는 기업이 대표적이다.이러한 기반기술을 기반으로 반도체를 설계하고 자신만의 브랜드를 붙여서 판매하는 기업을 '팹리스' 기업이라고 한다. 저희들에게 잘 알려져 있는 '엔비디아' 'AMD' '퀄컴'등이 해당된다.
그리고 이 설계도를 받아서 오직 생산만 하는 기업들을 '파운드리'라고 부르며, 오늘 알아볼 TSMC가 이곳에 속한다. 마지막으로 이 모든 것을 종합적으로 하는 기업을 'IDM'이라고 부르며, 우리나라의 삼성전자, 미국의 인텔이 있다.
파운드리 시장 1위
TSMC는 파운드리 시장에서 점유율 55%로 앞도적인 1위다. 그 뒤를 삼성전자가 16%로 따라오고 있지만, 격차가 큰 상황이다. 더군다나 삼성전자 파운드리 사업부는 자사 물량이 절반 정도를 차지하므로, 실제 점유율은 더 낮을 것이다. TSMC는 어떻게 이런 점유율을 만들어 낼 수 있었던 걸까?
1980년대로 돌아가 보자.이 시기에는 시스템반도체 시장에 팹리스와 파운드리라는 구분이 없었다.1세대 반도체 기업들이라고 할 수 있는 인텔, 텍사스 인스트루먼스, NEC 등이 각자 설계도 생산도 직접 하고 있는상황. 그 때문에 진입장벽이 매우 높았고, 후발주자로 나섰던 삼성전자 역시 이 때문에 메모리 반도체 시장으로 눈을 돌렸었다.
이때 한 사람이 나타난다.텍사스 인스트루먼스에서 20년 동안 일을 해오던 '모리스 창'은 "한 기업이 설계와 생산을 모두 담당할 필요가 있을까?"라는 의문점을 시작으로 새로운 반도체 생태계를 만들고 싶었다.
그리고 바로 대만으로 넘어가서 오직 생산만을 담당하는 최초의 파운드리 기업 'TSMC'를 설립한다. 설립 당시 그의 나이는 56세였다.
우린 고객과 경쟁하지 않아
'TSMC는 고객과 경쟁하지 않는다' 이 모토를 통해서 TSMC는 오랫동안 고객들과의 신뢰를 쌓아왔다. 계속해서 '내 사업을 훔칠 염려가 없는 회사'라는 이미지를 고개들에게 심어줬다.
어느 시장보다도 보수적인 파운드리 시장에서 단골고객들은 정말 중요한 요소다.바로 이 부분을 TSMC는 공략했다.'우리는 두 눈 감고 너희가 가져온 설계도대로 생산만 할 거야, 그러니까 걱정 말고 우리에게 맡겨' 신뢰감을 보여줌으로써 많은 고객들을 마음을 얻을 수 있었고, 엔비디아, AMD, 퀄컴 등 대형 팹리스 고객들이 TSMC에게 생산을 맞기고 있다.
기존에 반도체를 직접 설계하지 않았던 애플이 20202.11월 인텔과 결별하고 M1칩을 직접 설계하면서 TSMC에 생산을 맡기기로 했다.
향후 이런 빅 테크 기업들이 자체 반도체 설계에 참여할 것으로 보인다.각자의 비즈니스에 맞는 맞춤형 칩을 사용하기 원할 것이다.그렇게 된다면, TSMC의 모토는 더욱 빛을 바라며 많은 신규 고객들을 창출할 것으로 보인다.
돈은 얼마나 벌어?
TSMC의 매출액은 꾸준하게 우상향하고 있으며, 2020년에는 50조 원의 매출액을 창출했다. 2011년부터 현재까지 연평균 15%의 성장률을 보여주고 있으며, 10년 평균 영업이익률은 38%로 제조업에도 불구하고 엄청난 이익률을 보여주고 있다.
이렇게 엄청난 이익률에 기반하여 현금성 자산도 30조 원을 가지고 있다. 수주를 받은 후 생산에 들어가는 파운드리 특성상 재고도 없기 때문에, 꾸준하게 수익을 창출할 수 있을 것이다. 유
형자산이 매우 많은 제조업 특성상 감가상각비용이 매우 많다, 감가상각비용을 제외한 이익인 EBITDA은 10년평균 64%로 매우 높은 모습을 보이고 있다.
EBITA: (이자비용,세금,무형자산 감가상각)차감전 영업이익
EBITDA: (이자비용,세금,무형자산,유형자산 감가상각) 차감전 영업이익
EBITA/ EBITDA 이익률
millions $ 기준매출구조
TSMC의 매출구조를 이해하기 위해서는 '나노미터(nm)'라는 개념을 이해해야 한다.반도체는 작은 판 위에 얼마나 많은 회로가 그려져 있나에 따라 성능이 구분된다.이 회로의 선폭을 표현하는 것이 나노미터이며, 선폭이 작을수록 같은 공간에 많은 회로를 그릴 수 있으므로 효율성은 높아진다.
즉 나노미터가 작을수록 효율적인 것. 현재 tsmc는 5 나노 공정 생산화를 시작했으며 2022년에는 3 나노공정 도입을 발표했다.
TSMC와 삼성 잔 자 공정 도입 로드맵 (출처:티 타임스 TV)2020년 기준으로 TSMC는 총매출액 중 7nm가 33%, 5nm가 8%를 차지하고 있다. 21 2분기를 기준으로 5nm공정 비율이 18%로 큰 변화를 보였다. 점점 더 고도화되는 나노공정을 선도하는 기업이 TSMC임을 확인할 수 있다.
현재 7 나노 이하의 공정을 성공한 곳은 TSMC와 삼성이 유일하다. 국가별 매출 비중은 팹리스 기업이 많은 미국이 62%를 차지하고 있다. 2019년에만 해도 20%를 차지하던 중국의 비중은 미중 무역전쟁으로, TSMC가 중국기업의 생산을 중단하면서 점점 줄어드는 추세이다.
미래를 위한 재투자
기업은 미래를 위해 많은 투자를 진행한다. TSMC 역시 엄청난 규모의 투자를 진행 중이다. 파운드리 시장에서 미래 성장에 중요한 요소는 2가지이다. 첫 번째는 지속적인 R&D 투자이며, 두 번째는 설비투자. 점점 더 세밀해지는 나노미터 공정을 맞추기 위해서는 지속적인 R&D 투자가 필요하다.
이에 맞춰 TSMC는 2020년 4조 원을 투자하였고, 매출액 대비 8% 정도의 금액을 지속적으로 투자하고 있다. 또한 올해 2023년까지 110조를 설비투자에 투자할 것임을 밝혔다. 미국에 무려 6개의 공장을 세울 계획이다. 엄청난 재투자를 통해서 규모의 경제를 이끌며, 더 높은 시장 진입장벽을 구축할 수 있을 것이다.
5년 전만 해도 파운드리 시장에는 약 25개의 기업이 있었지만, 현재 남은 것은 3개 기업 정도가 전부이다. 그만큼 살아남기가 힘들고, 진입장벽또한 높다는 뜻이다.물론 시장에서 TSMC만 설비투자를 진행하는 것은 아니다.
삼성은 2023년까지 파운드리 사업에 130조 원을 투자한다고 발표했고, 파운드리 시장에서 손을 떼었었던 인텔이 다시 참여하겠다는 발표도 있었다.수주를 받고 생산에 들어가는 파운드리 특성에 비추어 볼 때, 이런 설비투자계획은 이미 엄청난 수요가 예상된다는 의미를 내포하고 있다.
millions $ 기준/ TTM(20 Q3~21 Q2)
millions $ 기준/ TTM(20 Q3~21 Q2)장비가 없어서 생산을 못한다고?
엄청난 설비투자만으로는 반도체를 생산할 수 없는 세상이 오고 있다. 나노미터가 점점 작아지면서, 그에 맞는 장비가 필요하기 때문이다.반도체의 생산공정 중 가장 중요한 것이 '노광공정'이다. 노광공정은 전체 반도체 생산시간 중 60%, 원가로는 35%를 차지하며, 웨이퍼 위에 회로를 새기는 작업이다.
현재 7nm이하의 공정에서는 노광장비인 'EUV'라는 것이 필수적이다.이 장비가 없으면 시도조차 할 수 없는 상황.문제는 이 장비를 네덜란드의 'ASML'이라는 기업이 100% 독점적으로 생산하고 있으며, 한대당 가격이 2000억 원, 연간 생산량이 매우 적다는 점이다.
또한 공정에 실제로 도입하기 위해서는 몇 개월의 시간이 소요된다. 결국 이 장비가 없으면 생산 자체가 어렵다는 이야기다. 그래서 각 기업들이 앞다퉈서 장비를 구매하려고 하고 있고, 이 부분이 파운드리 시장의 진입장벽을 더 높여주고 있는 상황이다.
2020년을 기준으로 TSMC는 EUV를 60여 대 삼성전자는 10여 대정도를 보유한 것으로 확인된다. 또한 TSMC가 기술포럼에서 발표한 내용에 따르면 전체 EUV의 50% 정도를 TSMC가 보유하고 있으며, EUV를 통한 누적 웨이퍼 생산량은 60%에 이른다고 한다. 장비 측면에서 TSMC가 우위를 점하고 있음을 확인할 수 있는 상황이다.
TSMC EUV보유량 및 웨이퍼 생산량 (출처:yqqlm)전매특허 패키징 기술
미세공정 말고도 TSMC의 엄청난 강점이 하나 있다.바로 '패키징 기술(Packaging)'이다. 패키징이란 반도체 제조 후공정으로 신호를 전달하며, 칩에 쌓이는 열을 배출하고 칩을 보호해주는 기술이다.
계속해서 세밀해지는 미세공정으로 반도체가 물리적 한계에 다다랐다. 그래서 점점 후공정으로 눈을 돌리기 시작했다. 칩의 접합부위의 결함 때문에 50%의 신호 지연 현상이 발생한다는 것을 발견했고, 패키징 기술을 효율적 개선을 연구하기 시작했다.
기존 방식은 웨이퍼 위에 그림을 그린 후, 그것을 자르고 패키징을 했다. 하지만 이 방법은 많은 불량을 발생시켰다.그래서 나온 해결책이 순서를 바꾸는 것이었다. 웨이퍼를 패키징 한 후 자르는 방법으로 'WLP'라고 불린다.
하지만 이 방법에도 한 가지 문제점이 있었다. 패키지의 사이즈가 작아지면서 붙일 수 있는 '범프'의 개수가 적어진 것. 범프(Bump)는 전기신호전달과 열을 방출해주는 역할을 한다. 이 방법을 해결한 것이 바로 'FOWLP'(fan out wafer level packaging) 방법으로, 패키징의 크기를 늘려서 좀 더 많은 범프를 붙일 수 있게 했다.
바로 이 방법이 TSMC의 전매특허이며 애플의 수주를 삼성으로부터 빼앗아 올 수 있었던 가장 큰 요인이었다. 삼성은 TSMC와는 조금 다른 방법을 연구 중이다. 'FOPLP'로 wafer 대신 panel을 사용한다. 간단하게 말하면 둥근 판 대신 사각 형판에 그림을 그리는 방법을 연구 중이다. 사각 형판이 면적 효율이 높기 때문. 하지만 아직까지는 실용 가능하지 않아 사용하지 못하고 있는 상황이다.
패키징 공정 종류 (출처:엔지니어 TV)마무리
반도체는 국가의 경쟁력이며, 전 세계의 나라들이 패권을 쥐기 위해 고군분투하고 있다.반도체 생태계에서 사업을 진행하는 수많은 기업들이 있다. 그중 나는 파운드리 시장이 가장 매력적으로 느껴졌으며, 시장 1위인 TSMC의 위상이 앞으로 증가할 것으로 봅니다.
인류는 4차 산업혁명으로 가고 싶어 하며, 실제로 수많은 기업들이 그 길을 걷고 있다.그 시대가 온다면 반도체는 더욱더 필수적이 되며, 그 수요는 엄청날 것이다(전기 차면 해도 2000여 개의 반도체가 들어갈 예정이니까). IT기업들은 본인들에게 딱 맞는 반도체를 원할 것이고, 원하는 요구도 다양 해질 것이다. 이에 따라 시스템 반도체 시장은 자연적으로 성장할 것이며,결국 이런 기업들은 TSMC를 찾을 것이다.
고객과 경쟁하지 않으며, 다양한 요구를 들어줄 수 있는 것은 TSMC가 거의 유일하기 때문이다. TSMC는 이미 규모의 경제를 이뤘다. 엄청난 수요의 반도체 생산을 감당할 수 있는 기업은 TSMC가 현재 거의 유일하다.
시장 2위인 삼성전자가 매섭게 추격해오긴 하지만, 추격이 힘든 상황이다. 삼성전자의 주 사업은 메모리 사업이다. 2017년 삼성전자가 파운드리 사업을 시작한 이후로 메모리 시장 점유율은 꾸준히 하락해왔다. 자칫하면 자신들의 캐시카우도 잃어버릴 수 있는 상황. 그렇기에 삼성은 TSMC만큼 파운드리에만 집중적인 투자를 진행할 수 없을 것이다.
전 세계에 수많은 반도체 기업들이 있다. 이 중 한 기업이 망한다고 생각해보자. 과연 어떤 반도체 기업이 망했을 때 타격이 가장 클까? 나는 단연코 파운드리를 담당하는 TSMC라고 생각한다.
