현명한 반도체 투자
소재 설계 장비주 완벽 분석
[ 글을 시작하기 전에 ]
반도체 기술의 발전과 더불어 해마다 성능이 더 좋은 CPU, 용량이 더 큰 SSD가 출시되고 있다.
제품의 외형에는 변화가 없어 보일지라도 내부적으로는 이루 말할 수 없는 많은 기술적 변화가 동반된다.
30년 이상 논문과 이론으로만 존재하던 기술이 오랜 상용화를 마친 뒤 칩 제조 과정에 도입되고, 학생 시절 수업 중 주기율표에서나 볼 수 있었던 희귀한 소재들이 칩 내부의 핵심적인 소재로 자리 잡기도 했다.
본문에도 소개되었듯이 이러한 변화는 관련 사업을 영위하는 기업에도 밀접한 영향을 미치게 마련이며, 특정 기업이 혜택을 받거나 성장하는 기회가 되기도 한다.
향후에도 지금보다 더 많이 사용하게 될 반도체에 대해서는 기본적인 지식뿐 아니라 지속적으로 공부를 해야 한다.
그럼 반도체 산업을 어떻게 바라봐야 하는지 어떤 흐름에 주목해야 하는지 알아보자.
Ⅰ. 반도체 없이 그 무엇도 존재할 수 없는 세상
정보화 시대는 물론 4차 산업혁명이라 불리는 빅데이터 및 인공지능 시대에는 유용한 정보를 최대한 확보한 사람이 곧 권력을 잡고 더욱 많은 부를 거머쥘 기회를 얻는다.
이들 기술은 모두 다양한 데이터의 확보와 가공에서 시작된다. 단적으로 주식시장이나 부동산 시장에서 빈번히 발생하는 내부자 거래 문제를 생각해 보자.
알려지지 않은 정보를 바탕으로 투자 자산을 선취매하면 당연히 남들보다 빠르게 자본을 늘릴 수 있다.
앞으로의 사회는 이러한 선취매의 연속일 것이다. 남들보다 더욱 빠르게 더욱 많은 데이터를 취득하고 이를 가공하는 기업은 누구보다 빠르게 자본을 늘릴 수 있다.
비단 기업뿐인가? 개인 등 누구라도 남보다 뛰어난 정보를 가지고 있다면 바로 유튜브를 시작해 부를 손쉽게 얻을 수 있는 시대다.
당분간 인류의 발전이 정보의 수집과 재생산의 영역에서 이뤄질 수밖에 없는 이유다.
과거에 산업혁명으로 더욱 높은 건물을 지어 올리고 더욱 긴 철도를 깔았듯, 이제 세계는 시대의 흐름에 맞춰 더욱 많은 정보를 저장하고 더욱 많은 데이터를 처리하는 데 역점을 두고 있다.
데이터를 저장하는 역할, 수집하는 역할, 나아가 빅데이터와 인공지능을 기반으로 데이터베이스화하는 역할은 모두 반도체가 맡는다.
산업혁명 시대에 가장 중요한 원재료가 철강, 석유, 시멘트였다면 앞으로 다가올 시대는 반도체 하나로 요약된다고 할 수 있다.
평범한 개인을 기준으로 생각해 보자. 가정에 놓인 PC의 저장장치 용량은 보통 1~4 테라바이트 정도일 것이다.
이 정도 용량이면 자신이 원하는 파일을 10년 동안 꾸준히 저장해도 가득 채우기 어렵다. 그러나 시선을 조금만 돌리면 사정은 금세 달라진다.
자율 주행 시대에는 도로를 누비는 차량이 끊임없이 도로 환경 데이터를 수집하며 이를 가공해 저장하게 될 텐데, 데이터 연산만 초당 100 초회를 상회하며, 하루에 저장하는 용량만 수 Tb에 달할 것이다.
Ⅱ. D램이 꼬박꼬박 가져오는 또 다른 투자 기회
기술발전은 새로운 투자 기회를 만든다.
산업 내 기술 변화는 새로운 투자 기회나 새로운 리스크를 수반하게 마련이다.
D램이 수년 단위로 어떠한 기회를 가져다주었는지 살펴보자.
D램에선 고속 동작이 가장 중요하다고 해도 과언이 아니다. 이를 위해서는 한 번에 많은 양의 데이터를 전송할 수 있어야 한다.
또한, 많은 데이터를 올려두기 위해서는 D램 자체의 용량도 증가해야 한다.
D램의 주요 수요처인 컴퓨터, 스마트폰, 서버 등의 D램의 발전에 기대 그 성능이 함께 발전해 왔다고 해도 과언이 아니다.
D램 세대 발전, 반도체 시장을 재편한다.
일상 속에서 볼 수 있는 제품이나 서비스 가운데 종종 세대라는 표현이 붙는 것이 있다.
3G 통신, LTE 4G 통신, 5G 통신, 6G 통신 모두 세대를 이르는 표현이다.
새로운 아이패트가 출시되면 1세대에 이어 2세대 신제품이, 그 이후 3세대와 4세대 신제품이 출시된다.
제품이나 서비스에 큰 변화가 생길 때 종종 한 세대 거듭했다고 표현하며, 세대가 높아질수록 성능과 기능이 발전하는 모습을 보인다.
DDR도 세대가 있다. 초기 DDR로 시작해서 세대가 거듭될수록 DDR2, DDR3, DDR4 등 뒤에 붙는 숫자가 바뀐다.
보통 한 세대 진보할 때마다 동작 속도와 용량은 모두 2배 정도 향상돼왔다.
Ⅲ. 비메모리반도체 투자는 다품종에서 시작한다.
데이터 저장 외의 모든 반도체는 비메모리 반도체다.
비메모리 반도체는 메모리 반도체보다 훨씬 큰 규모의 시장을 형성하고 있기 때문이다.
그렇다면 삼성전자와 SK하이닉스가 비메모리 반도체로 사업영역을 확대하면 시장의 규모만큼 더욱 많은 돈을 벌어들일 수 있을까?
메모리반도체 시장은 삼성전자, SK 하이닉스, 마이크론 3사가 과점 체제를 유지하며 시장을 지배하고 있는데, 비메모리 반도체 시장도 소수 기업들이 시장을 지배하고 있을까?
비메모리 반도체는 데이터를 저장하는 목적이 아닌 다른 목적으로 사용되는 모든 반도체를 포함하는 개념이다.
전자기기의 뇌 역할을 하는 연산반도체, 디스플레이의 화려한 화면을 만들어주는 그래픽 반도체, 통신 신호를 처리해 주는 통신 반도체, 외부에서 들어온 빛을 감지해 전기 신호로 바꾸어주는 센서 반도체, 기계장치가 정밀하게 움직이도록 구동을 높은 구동 반도체 등 다양한 종류의 반도체를 아우른다.
비메모리반도체를 간혹 시스템반도체라고 잘못 칭하기도 하는데, 시스템 반도체는 비메모리반도체의 한 종류에 불과하므로 혼용하지 않도록 주의할 필요가 있다.
모바일 기기 시장을 뛰어넘으며 성장하는 AP
스마트폰 시대에는 새로운 비메모리 반도체 칩이 요구된다.
그런데 기존 PC에 사용되던 반도체와 달리 스마트폰용 반도체를 구현하기 위해서는 많은 변화가 필요했다.
PC 못지않은 기능을 한정적인 제품 공간에서 극도로 낮은 소비 전력으로 운영해야 한다는 점은 스마트폰용 반도체를 만드는 과정에서 큰 걸림돌로 작용했다.
스마트폰은 공간 절약과 전력 소비 절감을 위해 CPU, GPU, 통신칩, 사운드칩 등 별개의 칩들이 AP라 불리는 칩에 모두 한 번에 구현되어 하나의 칩으로 탑재된다.
Ⅳ. 반도체 기업의 세 형태, 팹리스, 파운드리, IDM
메모리와 비메모리를 통틀어 반도체 종류는 셀 수 없을 만큼 다양하다.
우리 주변의 가전기기만 살펴봐도 그 안에는 생각보다 많은 종류의 반도체 칩이 들어가 있다.
냉장고의 온도 조절 기능, 얼음 제조 기능, 기타 관리 기능은 모두 연산 반도체와 설정 저장을 위한 메모리 반도체를 필요로 한다.
앞으로 전기차와 자율주행차가 상용화되고 기존에는 반도체를 적게 사용하던 산업도 많은 종류의 반도체를 사용하면서 반도체의 중요성은 더욱 커질 것이다.
차량용 반도체만 해도 다양한 센서와 연산장치는 물론 운전 보조용 및 통신용 칩, 사용자의 편의를 위한 엔터테인먼트용 미디어 칩까지 그 종류만 수백 가지를 웃돈다.
반도체 칩의 종류가 다양하면 당연히 반도체를 만드는 업체도 다양해질 수밖에 없다.
잘 나가는 반도체 회사로 인텔, 삼성전자, SK하이닉스 등이 있다고 하는데, 이들 업체가 이 많은 종류의 반도체를 모두 다 직접 만들 수 있을까?
그렇지 않다. 제품 종류가 다양할수록 단일 기업이 많은 제품을 모두 만들어내기란 어려운 법이다.
반도체 칩 생산은 크게 설계와 제조 두 과정으로 이루어진다. 그런데 설계와 제조는 각각 전혀 별개의 기술과 인력, 자원을 필요로 한다.
그러다 보니 두 영역이 완전히 분리되어 반도체 기업들은 나름의 고충을 겪게 된다.
반도체 산업 초기에는 한 기업이 설계와 제조를 모두 해내기에 버거울 정도는 아니었다.
칩의 정류가 그리 다양하지 않은 데다 반도체가 어떻게 발전해야 하는지에 대한 지향점도 어느 정도 일치했기 때문이다.
그러나 제조 공정이 점점 복잡해지고 시장이 다양한 종류의 반도체를 요구함에 따라 한 기업이 설계와 제조를 모두 진행하기가 버거워졌다.
Ⅴ. 설계와 제조를 다 잘하면 진짜 돈을 더 잘 벌까?
인텔은 차세대 공정인 10nm의 벽은 높았지만 인텔은 여전히 시장의 유일무이한 강자였다.
10nm 공정 확보가 생각보다 쉽지 않음에 따라 또 1년이 지난 뒤, 인텔은 틱톡 전략을 포기하면서 10nm 공정 도입을 미루고 14nm 공정을 또 한 번 이용한다.
다만, 공정 최적화가 이루어졌으므로 14+nm란 이름 아래 차세대 제품을 출시했다.
그러나 공정의 미세화가 이루어지지 않아 우려먹기라는 비판을 감수해야만 했다.
그런데 10nm 공정의 벽은 예상보다 높았다. 10nm 공정은 FinFET 제조와 배선 밀도를 향상해야 하는 등 어려움이 크다.
한껏 여유를 부리던 인텔은 또다시 10nm 공정 확보에 어려움을 겪으며 기존 공정을 더욱 최적화한 14++nm에 이어 14+++nm 공정까지 출시하며 무려 4년을 버티며 차세대 CPU를 출시했다.
계획대로였다면 10nm 공정에 머물러 있었던 것이다. 만약 인텔의 경쟁사가 없었다면 10nm 공정은 정말 어려운 것인가 보다라며 비난의 목소리는 크지 않았을 것이다.
비록 CPU 성능의 비약적인 향상이 있었던 것은 아니지만, 공정이 일부 개선되면서 성능이 어느 정도 향상되었기 때문이다.
문제는 AM의 부활이었다. CPU 시정에서 쓰라린 패배를 경험한 AMD는 인텔이 신 기술 개발에 어려움을 겪는 사이 10nm 공정을 건너뛰고 7nm 공정 기반의 라이젠 3세대를 출시했다.
이는 인텔에게도 충격적인 소식이었지만, 인텔의 차세대 CPU를 기다리던 이들에게도 놀라운 발표였다.
인텔과의 경쟁에서 도태되었던 AMD는 어떻게 인텔보다 뛰어난 가성비의 CPU로 시장에 다시 화려하게 등장할 수 있었을까?
이는 AMD가 제조를 모두 파운드리에 의뢰하는 팹리스였기 때문에 가능했다.
AMD는 TSMC의 차세대 공정을 적극적으로 활용했다. 이에 반해 자체 차세대 제조 기술을 개발하는 데 막대한 비용을 투자한 인텔은 차세대 공정을 확보하는 데 어려움을 겪으면서 자체 제조도 그렇다고 해서 못하고 외주를 맡기지도 못하는 신세가 됐다.
하지만 그동안의 설비 투자와 공정 개발에 들인 노력을 물거품이 되도록 내버려 둘 수도 없었다.
더욱 충격적인 사실은 AMD가 2020년에 투입한 연구개발비가 20억 달러에 불과하다는 점이다.
같은 기간 인텔이 137억 달러를 투입했다. 이들 기업이 CPU 사업만 영위한 것은 아니지만 CPU 개발이 인텔에 AMD보다 몇 배나 많은 자금을 투자했는데도 선행 기술을 확보하지 못한 것이다.
이는 IDM의 한계를 여실히 보여준다.
[ 글을 마치며 ]
반도체 산업은 어떤 형태로 발전해 왔는지를 살펴보고 어떤 형태로 발전해 나갈 것인가에 대해서 알아보도록 하자.
반도체 산업은 IT 기기의 출시와 맞물려서 발전해 왔다.
개인용 PC의 보급과 함께 반도체 수요는 폭발적으로 증가했다.
스마트폰의 보급과 함께 반도체 수요가 다시 폭발적으로 증가했다.
반도체 기술의 발전과 함께 새로운 서비스가 도입되면서 반도체 수요가 다시 폭발적으로 증가했다.
가장 큰 소비는 데이터의 사용량이 기하급수적으로 늘어나게 되면서 반도체의 수요가 더 크게 성장하고 있다는 것이다.
동영상 스트리밍 서비스, 이메일 서비스, 온라인 배송, 실시간 지도 검색 등으로 인해서 반도체 수요는 지속해서 크게 성장하고 있다.
최근에 각광받고 있고 주목받고 있는 분야는 단연코 AI의 발전일 것이다.
AI의 발전은 새로운 반도체 수요를 증가시킬 것이라고 보이고 있다.
AI가 가지고 올 발전의 순서는 현재의 생성형 인공지능에서 지능형 인공지능으로의 발전이 꼽히고 있다.
지능형 인공지능이 현실화되게 될 경우 인공지능은 로봇과 결합해서 새로운 산업의 발전을 이끌어내게 될 것이다.
이를 위해서는 현재의 반도체 기술력으로는 부족함이 존재하게 된다.
통신 Coverage 확대, 지연 속도 개선, 더 많은 장비를 통제하기 위해서 반도체의 기능적인 발전이 요구되고 있다.
아마 상품을 기획하는 측면에서의 반도체에 대한 새로운 요구사항은 이미 협의가 진행되고 있을 수도 있다.
단지 문제는 그것을 현실화하기 위해서는 어떤 기술이 필요할 것인가에 대한 논의가 수반되어야 한다.
웨이퍼의 기능 개선, 패턴을 구성하는 마스크의 형태 변화, 미세 선폭 기술 개발의 극복 등이 수반되어야 한다.
아직은 구체화되거나 가시화된 내용이 존재하지는 않지만 분명 언젠가는 현실화되어서 새로운 기술을 활용하는 시대가 올 것이라는 생각이 든다.
이를 위해서 반도체를 제조하고 설계하는 기업들이 더 많은 투자를 진행해나가고 있는 것이 현재 반도체 산업의 특징이다.
앞으로도 꾸준히 관심을 가지고 고민해 볼 수 있어야 하겠다.
참고 도서 : 현명한 반도체 투자 ( 우황제 )
