삼성전자 파운드리 위기 : 십만전자는 무슨? 6만전자도 감사

삼성전자가 야심차가 준비했던 갤럭시 S22 시리즈의 실패는 스마트폰 사업 이외의 많은 것을 의미합니다. 이는 직접적인 문제가 되었던 AP 개발 중심이 되는 삼성 반도체에 대한 불신으로 이어집니다. 이번 포스팅에선 반도체 업계의 현실과 대한민국 시총 1위 삼성전자 파운드리 위기 상황을 살펴봤습니다.

 

(✍는 이후 정보 확인을 통해 추가적으로 업데이트된 글입니다.)

 

 

요약:
1. 삼성전자의 영업이익은 반도체 부분이 60% 넘게 차지한다.
2. 반도체 사업의 핵심은 결국 비메모리 계열의 설계와 제조(파운드리) 역량이 관건이다.
3. 파운드리 분야에서 TSMC와 삼성전자가 경쟁하는 가운데 격차는 점점 벌어지고 있다.
4. 상대적으로 난이도가 낮은 5nm, 4nm 공정에서도 이기지 못한 삼성은 3nm 공정에 목숨을 걸고 있다. 이는 "전고체 배터리" 개발로 한방에 역전하겠다는 도요타와 다름없다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

십만전자를 꿈 꿨던 이유

제2의 IT 열풍과 맞물린 반도체 산업의 수요

 

 

글로벌 기업 삼성전자?

 

2020년, 코로나와 함께 전 세계적으로 유동자산이 풀리자 너도나도 주식시장에 뛰어들었다. 그중 한국시장에서 인기가 많은 것은 세계적 기업이자 시총 1위인 삼성전자였다. 전고점이 6만 원이던 주가가 8만 8천 원을 넘으며 모두들 십만전자를 꿈 꿨다. 

 

최근 5년 삼성전자 주가 (출처:구글 금융)

 

하지만, 팬더믹으로 인한 쇼크가 잦아들자 증시는 급격하게 빠지기 시작한다. 각종 언론들은 그래도 믿을 건 삼성전자라며 매수를 추천하고 있다. 정말일까? 애초에 사람들이 삼성전자를 선택한 이유가 무엇이었을까? 정말 잘 알고 투자를 했을까?

 

과연 삼성전자는 십만전자가 될 수 있을까?

 

만약 "스마트폰을 비롯해 애플과 견줄 수 있을 만큼 전 세계적인 기업"이라서 투자했다면 크나큰 실수를 한 것이다. 2022년 3월 25일 기준으로 삼성의 시총은 468.6조이고, 애플의 시총은 3,170조 정도로 6배 차이다. 안타깝지만, 애플의 기술력과 사업구조는 삼성이 경쟁상대가 아니다. 애플은 빅 테크 기업이고, 삼성은 제조기업이다.

 

삼성전자가 매력적인 이유는 반도체 산업을 갖고 있기 때문이다. 모든 전자장비는 반도체를 필요로 만들어진다. 특히, PC와 모바일 기기가 중요해진 지금 반도체의 가치는 더욱 높다. 거기에 빅 데이터를 시작으로 메타버스에 이르기까지 가치는 점점 높아져만 가고 있다.

 

 

반도체 산업 분류

 

 

반도체 산업은 크게 메모리와 비메모리 2가지로 나뉜다. 

 

반도체 산업 분류

 

메모리 산업은 RAM, ROM 등 '저장'에 관련된 장치를 만드는 것이다. D램이 여기에 해당 한다. 비메모리 산업은 CPU, AP 등 '연산과 처리'에 관련된 장치를 만드는 것이다. 다른 말로 시스템 반도체라고도 한다. 즉, 전자제품의 두뇌 역할을 하는 핵심적인 칩을 만드는 비메모리 산업의 장벽이 높고 중요한 것이다. 

 

삼성전자 2021년 부문별 매출중 반도체 매출은 31.3%를 차지하면 그 중 메모리 매출이 24.1%이다. 영업이익으로 보면 메모리 부분은 53.9%로 굉장히 편향 적인 것을 볼 수 있다. (자료:삼성전자 공시자료)

 

안타깝게도 삼성전자의 주력 산업은 메모리 부문 매출이 전체 24.1%(반도체 부분 중 75% 수준)으로 비중이 높다. 영업이익으로 확인하면 53.9%로 더욱 편향된다. 그렇기 때문에 미래를 위해 2030년까지 시스템 반도체에 133조 원이란 거금을 투자하며 체질개선에 집중하는 것이다.^[각주:1] 메타버스 시대를 선도할 핵심 사업 부분에선 어디까지나 후발 주자인 것이다.

 

세계 반도체 파운드리 시장 (출처:counterpoint)

 

파운드리 사업의 경우 그나마 좀 낫다. 파운드리란 반도체 산업에서 외부 업체가 설계한 반도체 부품을 위탁받아 생산 및 공급하는 것을 말한다. 2005년 사업을 시작한 삼성전자는 2007년 애플 AP 칩을 생산하고, 세계 최초로 32nm, 14nm, 10nm 공정 양산을 이뤄 낼 정도로 매해 선전해왔다. 더욱이 2018년 시장점유율 4위였던 삼성은 세계 2위로 발돋움한다.^[각주:2]

 

십만전자 열풍은 바로 삼성의 "파운드리 사업과 시스템 반도체 설계 능력이 더 좋아질 것"이란 믿음에서 시작된 것이다. 그렇다면 정말 모두의 염원대로 삼성전자는 승승장구할 수 있을까?

 

 

 

 

 

 

삼성 파운드리의 민낯

갤럭시 S22 시리즈의 예견된 실패?

 

 

갤럭시 S22 시리즈 실패

 

미래 시장의 핵심 부품이 SoC(Sytem on Chip)라는 것은 삼성도 알고 있었다. 따라서 엑시노스라는 독자적인 칩을 개발해왔다. 엑시노스는 삼성 System LSI 사업부가 설계와 개발을 담당하고, 삼성 파운드리가 생산하고 있다. 이를 갤럭시 시리즈 스마트폰 및 태블릿에 탑재하여 판매해왔다.

 

2010년, 45nm 수준이었었던 모바일 AP 설계는 2022년 현재 4nm 공정까지 줄어들며 기술의 난이도가 급격히 올라왔다. 삼성전자 또한 기술의 한계를 잘 극복하며 갤럭시 22 시리즈에 탑재될 4nm 공정의 엑시노스 2200을 발표하기에 이른다.^[각주:3] 아니, 그렇게 보였다.

 

2022년 월, 삼성전자는 최신작인 갤럭시 S22 시리즈에 4nm로 설계된 스냅드래건 8 gen1을 탑재했다. 뭔가 이상하지 않은가? 스냅드래건은 퀄컴에서 설계하고 삼성 파운드리가 만든 것이다. 엑시노스 2200에 자신이 없었던 것인지 차기 주력 플래그 십 제품에 자사 AP 대신 타사 AP를 탑재한 것이다.

 

그렇게 출시된 갤럭시 S22 시리즈의 성능은 우려했던 대로 기대에 못 미쳤다. 심지어 GOS를 통해 실사용시 안 그래도 떨어진 성능을 반토막 내는 만행을 저질렀다. 긱 벤치 운영진은 이를 심각하게 여겼고, 결국 GOS가 적용되었던 삼성전자 기기 27종을 영구 퇴출시켰다.^[각주:4] 긱 벤치는 전자기기의 성능(주로 CPU)을 테스트하는 소프트웨어를 개발한 회사다.

 

 

삼성 파운드리 한계와 엑소더스

 

갤럭시 S22의 실패는 누구의 책임일까? 설계를 잘 못한 퀄컴의 잘못인지 생산을 잘 못한 삼성의 잘 못인지 지금은 알 수 없다. 하지만, 퀄컴의 대응은 냉담했다. 삼성에게 전량 맡기기로 했던 스냅드래건 8 1세대 파운드리 물량 중 일부를 TSMC에 맡긴 것이다. TSMC에서 생산된 스냅드래건 8 gen1의 성능이 삼성전자의 것 보다 좋게 나온다면 빠져나갈 구멍이 없다. 뿐만 아니라 차기 3nm AP 파운드리도 TSMC로 낙점했다.^[각주:5]

 

[공정에 따른 업계 추정 수율]

	삼성전자	TSMC
5nm 공정 추정 수율	50% 수준	90% 이상
4nm 공정 추정 수율	35% 수준	70% 수준

 

삼성이 엑시노스 2200을 탑재하지 못한 것은 낮은 수율 때문이었다. 퀄컴의 스냅드래건 8 gen1의 수율이 높았던 것은 그나마 퀄컴 본사 임원과 기술 인력이 상주했기 때문이란 후문이다. 그렇게 올린 4nm 공정의 수율 또한 35%에 불과한 것으로 알려졌다. 반면, TSMC 4nm 공정 수율은 70%로 압도적이다. 삼성전자에서 100개를 만들면 65개가 불량인 반면, TSMC는 100개 중 30개만 불량이란 말이다.

 

그렇다고 현재 주력 경쟁 공정인 5nm 공정 수율이 좋은 것도 아니다. 업계에선 삼성전자의 5nm 공정 수율은 50% 정도로 추정하고 있다. 이에 반해 TSMC의 5nm 공정 수율은 90%가 넘는다. 승승장구하던 삼성전자가 기술적 한계에 부딪힌 것이다.

 

TSMC 공정기술의 진화 추이. (출처:TSMC)

 

삼성전자가 파운드리의 이인자로 급부상했지만 1위인 TSMC와의 격차는 여전히 좁히지 못하고 있다. 오히려 TSMC는 매해 55%의 점유율을 보이며 그 격차를 더 벌려가고 있다. 대만 정보기술 매체 디지타임스는 "삼성이 10년 이내에 TSMC를 따라잡는 것은 불가능하다."고 선언했다.^[각주:6]

 

이에 삼성전자는 3nm GAA 공정 양산을 통해 상황을 반전 시킨다는 심산이다. 하지만 이는 "전고체 배터리 개발로  전기차 시장을 한 번에 휘어잡겠다"는 도요타의 전략과 다름 없다. 3nm 공정 관련 IP 확보가 미흡하기에 개발이 쉽지 않기 때문이다.^[각주:7] 이러는 사이 TSMC는 2021년 1nm 제조 공정 난제를 해결하며 네이처에 발표한 상태다.^{[각주:8][각주:9]} 3nm를 넘어 1nm 양산을 바라보고 있는 것이다.

 

✍ 삼성전자에서 생산한 엑시노스 2200이 탑재된 갤럭시 S22 Ultra 모델에서 GPS 불량 문제가 발생했다. 구글 지도를 실행할 경우 원활하게 작동하지 않았으며, 일부 유럽 국가에서는 스마트폰을 몇 시간 사용하지 않을 경우 GPS가 스스로 멈춘다고 보고되었다.^[각주:10]

 

 

 

 

 

 

삼성전자는 역전할 수 있을까?

출구 없는 터널, 답이 없다.

 

 

밑 빠진 독에 물 붓기

 

삼성전자는 무엇을 할 수 있을까? 역전을 위해 계속해서 투자하는 방법밖엔 없을 것이다. 하지만 이는 밑 빠진 독에 물 붓기로 보인다. TSMC의 매출 대비 설비 투자 비중은 최근 2년간 40% 이상이며, 향후 3년간 1,000억 달러(약 122조 원)를 투자하며 비중을 50% 이상으로 늘릴 계획이라 밝혔다.^[각주:11]

 

삼성전자는 133조 원을 투자하기로 했으나 면면을 뜯어보면 상황이 다르다.

 

첫 번째로 반도체는 극자외선(EUV) 노광장비를 통해 생산하게 되는데, TSMC는 세계 가동장비 중 절반을 보유하고 있다. 현대 대당 가격은 2,000억 원이 넘는다. 추가 투자비용이 적게 드는 것이다.

 

두 번째로 앞서 살펴본 생산 수율 차이에 따라 영업이익률이 크게 차이 난다. (4nm 공정 기준 삼성 35%, TSMC 70% 이상) 생산하면 할수록 차이가 벌어지는 것이다.

 

마지막으로 삼성전자는 운영하고 있는 사업이 많기 때문에 파운드리에만 신경 쓸 수 있는 상황이 아니다. 반면, TSMC는 파운드리 전문 기업으로 오롯이 집중 투자가 가능하다.

 

 

 

 

 

 

 

결론

삼성전자는 "짐 켈러"가 필요하다.

 

 

2016년, "삼성 인력의 1~2%만 구글에 입사할 수 있는 수준"이라며 자성의 목소리를 냈던 삼성전자는 생각만큼 발전하지 못했다.^[각주:12] 삼성전자가 정말로 비메모리 분야에 사활을 건다면, 장비 투자보단 "짐 켈러" 같은 진짜 기술자가 필요한 시점이다.

 

지금의 인텔, AMD, 애플 그리고 테슬라를 있게 만든 반도체 공학자 "짐 켈러"

 

짐 켈러는 인텔 수석 부사장, AMD 부사장과 수석 설계자 그리고 Apple과 테슬라에서 역대급 CPU를 개발한 반도체 공학자다. 지금 AMD의 라이젠(젠 아키텍처)과 애플의 자체 개발 칩의 시초가 되는 A4, A5 뿐만 아니라 테슬라의 자율주행 칩도 그의 손에서 탄생했다.

 

엑시노스의 개발에도 참여했던 그를 다시 모셔오는 것이 삼성으로썬 지금 상황을 타개한 유일한 방법으로 보인다.^[각주:13] 실제로 삼성전자는 다시 한번 짐 켈러와 접촉하고 있는 것으로 알려져 기대를 모으고 있다.^[각주:14]

 

다시 한번 말하지만 삼성전자는 제조업체다. 따라서 갤럭시 워치의 자체 OS인 타이젠을 포기하고 구글 워치 OS를 채택하는 등 한계를 인정하고 구글과 동맹을 공고히 하는 중이다. 그렇지만 필자 개인적으로 그 미래가 밝아 보이진 않다. 선례로 스마트 워치와 레퍼런스 폰 사업을 함께 했던 LG전자가 뒤통수를 맞고 철수했었기 때문이다.

 

삼성은 구글의 소프트웨어를 구글은 삼성의 디바이스를 필요로 손을 잡았지만, LG-애플과는 달리 종속관계를 더 공고히 하는 모양새다.^[각주:15] 삼성과 구글이 시너지를 내려면 구글 차세대 OS인 "퓨시아"를 통해 가전제품이 작동해야 하는데 이는 안드로이드 폰인 갤럭시의 상황을 답습하는 것이기 때문이다. 반면, LG는 프리미엄 가전을 필두로 세계 가전 1위 기업이기에 핵심적인 OS 부분이 아닌 기술 공유관계로 동맹을 유지하고 있다. LG전자의 스마트폰 사업 철수가 돌이켜보니 결정적 선택이었던 것이다.

 

확고한 비메모리 2위 기업으로 나아갈 것인지, 아니면 구글의 철저한 제조기업으로 살아남을 것이지, 삼성전자는 이제 선택해야 할 것이다. AMD와 같이 역전의 발판을 마련하길 바라며 글을 마친다.

 

 

 

 

 

 

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1. 삼성전자, 2030년까지 시스템 반도체에 133조원 투자·1만5천명 채용 – Samsung Newsroom Korea [본문으로]
2. Global Semiconductor Foundry Market Share: By Quarter (counterpointresearch.com) [본문으로]
3. 삼성전자, '엑시노스 2200' 깜짝 발표…AMD와 공동개발 GPU 탑재 - ZDNet korea [본문으로]
4. 삼성 갤럭시 스마트폰, 긱벤치 벤치마크에서 퇴출 - 전자부품 전문 미디어 디일렉 (thelec.kr) [본문으로]
5. 퀄컴 3나노 AP 파운드리, 삼성전자 대신 TSMC에 전량 맡긴다 - 전자부품 전문 미디어 디일렉 (thelec.kr) [본문으로]
6. "삼성, 10년내 TSMC 못이긴다" 대만 매체가 단언한 이유 | 중앙일보 (joongang.co.kr) [본문으로]
7. 3nm 공정 양산 서두르는 삼성전자..."IP 확보 부족" 지적 나와 - 전자부품 전문 미디어 디일렉 (thelec.kr)

   [본문으로]

8. Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors | Nature [본문으로]
9. 1nm Node: TSMC, MIT and NTU Published on Nature | TechTaiwan [본문으로]
10. 삼성 ‘반도체’가 흔들린다…“양산 코 앞인데 불량률 80%” - SBS Biz [본문으로]
11. “TSMC, 향후 3년간 총 1000억달러 투입”...파운드리 패권 잡는다 | 아주경제 (ajunews.com) [본문으로]
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13. "애플 독자칩 개발한 짐 켈러 삼성전자 합류…엑시노스 개발 주도" - 조선비즈 (chosun.com) [본문으로]
14. 삼성전자, 'CPU 구루' 짐 켈러와 손 잡나…업계 관심 집중 < IT·과학·게임 < 경제 < 기사본문 - 스트레이트뉴스 (straightnews.co.kr) [본문으로]
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