□ TSMC, 7나노미터(nm) 이하 첨단 공정용 반도체 거래 잇따라 수주

º 애플은 금년 하반기 출시 예정인 아이폰14 시리즈에 탑재할 5세대 이동통신(5G) 무선주파수(RF·Radio Frequency) 칩 제조를 TSMC에 위탁하기로 결정하고 제조 계약 체결

- TSMC의 5G RF칩은 6nm 공정을 기반으로 칩 크기와 전력 소모를 이전 세대인 8nm 대비 약 20% 개선한 제품으로 TSMC가 애플에 공급하는 RF칩 물량은 연간 15만 개에 달할 것으로 추산

※ 공급 물량을 고려 시 북미 시장에 판매하는 아이폰14 프로맥스 모델에만 한정적으로 탑재 전망

- RF칩은 모뎀에서 나오는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환 및 사용 가능한 무선 주파수로 바꾸는 역할을 하는 주파수 송수신 반도체로 통신 기지국과 단말기를 연결하는 동시에 기기 간 연결 등에 활용

- TSMC는 2021년 말 RF칩 6nm 공정 개발에 성공했으며 RF칩의 크기와 전력 소모가 크게 줄어든 만큼 연산 및 배터리 성능을 더욱 향상

- 한편, 애플은 퀄컴을 통해 삼성전자와 TSMC로부터 RF칩을 생산했으나 이번에 퀄컴을 건너뛰고 TSMC와 직접 거래하면서 삼성전자 파운드리 물량 대부분이 TSMC로 넘어갈 것으로 예상

※ 삼성전자는 그동안 팹리스(반도체 설계회사)인 퀄컴을 통해 애플의 RF칩을 생산

- TSMC 매출에서 애플이 차지하는 비중은 그동안 10%대에 머물렀으며 이번 협력을 통해 앞으로 25% 이상으로 늘어날 것으로 추산

- 애플의 이번 TSMC 단독 계약은 퀄컴에 대한 의존도를 낮추고 스마트폰 경쟁사인 삼성전자를 의식한 것으로 풀이

º 엔디비아는 ‘GTC 2022’ 행사(3.21~24)에서 차세대 그래픽처리장치(GPU) ‘H100’을 TSMC의 4nm 공정에서 생산할 예정이라고 발표

- 칩을 소개할 때 ‘4nm 공정’, ‘5nm 공정’ 등의 문구를 통해 성능을 홍보하는 경우는 많지만 위탁생산할 파운드리 업체를 공개하는 건 이례적

- TSMC는 4nm 공정을 비롯해 ‘칩-온-웨이퍼-온-서브스트레이트(CoWoS)’ 패키징 기술을 활용하여 ‘H100’을 생산할 방침

- CoWoS는 인쇄회로기판(PCB) 대신 인터포저라는 판 위에 메모리와 로직 반도체를 올리는 패키징으로 기존 패키징보다 실장 면적이 줄고 칩 사이 연결이 빨라질 수 있도록 많은 양의 배선을 설치할 수 있어 고성능컴퓨팅(HPC) 업계에서 각광

º 퀄컴도 금년 상반기 발표할 자사의 애플리케이션 프로세서(AP) ‘스냅드래곤8 Gen1 플러스(+)’를 TSMC 4nm 공정에서 생산할 계획

- 현재 스냅드래곤8 Gen1을 삼성전자 파운드리 사업부로부터 공급받고 있지만 삼성전자의 4nm 공정 수율(생산품에서 양품이 차지하는 비율)이 낮아 퀄컴이 원하는 만큼의 물량을 확보하는 데 어려움을 겪고 있어 스냅드래곤8 Gen1 플러스 생산을 TSMC에 맡길 것으로 추정

※ 관련 업계에 따르면 삼성전자의 4nm 파운드리 수율은 30~35%인 반면 TSMC의 4nm 파운드리 수율은 70%에 달하는 것으로 추정

º 아울러 TSMC는 종합반도체업체(IDM)들이 발주한 차량용 반도체 칩의 약 70%를 확보하며 레거시 공정에서도 수주량을 늘리는데 성공

- 인피니언, NXP, ST마이크로일렉트로닉스, 텍사스인스트루먼트(TI), 르네사스 등 IDM 업체들은 차량용 마이크로컨트롤러유닛(MCU) 생산의 15%를 TSMC에 아웃소싱으로 발주

□ 중국·일본·미국에 신규 생산라인 확대하며 주문량 증가에 대응

º TSMC는 금년 사상 최대 규모인 440억 달러 규모의 설비 투자 계획을 발표(1.13)하며 5nm 이하 미세공정 뿐 아니라 레거시공정 제조시설에도 투자를 확대

- 현재 중국 난징에 12인치 팹, 28nm 생산라인을 건설 중이며 금년 하반기부터 생산을 시작할 예정. 매월 생산량을 늘려 2023년 중반에는 28nm 공정으로 웨이퍼 생산량을 월 4만 장으로 확대할 계획

- 또한, 2021년 말에는 소니와 합작법인을 세우고 일본 구마모토현에 22nm 및 28nm 제조공장 건설에 착수했으며, 최근 도요타자동차의 계열 부품회사 덴소의 지분 10%를 확보하며 투자 규모를 확대해 12nm, 16nm 제조라인도 추가

- 구마모토현 팹은 2024년부터 가동될 예정이며 월 생산량은 12인치 웨이퍼에서 5만 5,000장을 생산할 예정

- 이 외에도 미국 애리조나주에 120억 달러를 투자해 5nm 팹을 건설 중이며 2024년부터 가동할 계획

□ 한편, 인텔과 삼성전자도 파운드리 투자 강화에 나서며 경쟁 치열해질 전망

º 인텔은 10년간 유럽에 반도체 생산과 연구·개발(R&D)을 위해 800억 유로를 투자하는 등 유럽 반도체 투자 세부 계획을 발표(3.15)

※ 이번 유럽 반도체 투자 세부 계획은 2021년 미국 애리조나주, 금년 초 오하이오주에 각각 200억 달러를 투자해 파운드리를 포함한 첨단 반도체 공장을 짓겠다고 발표한 이후 내놓은 3번째 대규모 투자 계획

- 이번 투자를 통해 유럽 내 인텔의 반도체 제조 역량을 대폭 확대하면서 글로벌 반도체 공급망의 균형을 맞추는 것이 목표

- 우선 독일 북동부 도시 마그데부르크에 170억 유로를 투자해 금년 상반기 2개 이상의 반도체 공장 착공에 돌입하고 2027년 공장 가동을 실행해 반도체 칩 생산에 들어갈 계획

- 독일에 건설되는 반도체 공장에서는 최첨단 기술을 활용한 2nm 이하 반도체 칩을 생산할 방침

- 인텔이 자율주행차 등 차량용 반도체에 큰 관심을 두고 폭스바겐, 벤츠, BMW 등 완성차 제조사가 몰려 있는 독일을 선택한 것으로 분석

- 또한, 프랑스 파리 인근 지역에서는 R&D 센터를 건설하고 고성능컴퓨팅(HPC)과 인공지능(AI) 디자인 능력 향상에 관한 연구를 진행할 예정

- 이탈리아에는 45억 유로를 투자해 약 1,500명이 일할 수 있는 포장·조립시설을 건설할 방침

- 아일랜드에는 120억 유로를 투자해 기존 생산시설을 확장하겠다는 복안이며 이외에도 폴란드에 실험시설을 확충하고, 바르셀로나 슈퍼컴퓨팅 센터와 공동 센터를 설립

º 삼성전자는 미국 텍사스주 테일러시에 20조 원 규모의 파운드리 공장을 건설하는 등 171조 원의 투자 계획을 추진

- 미국 텍사스주 테일러시 신규 공장에 국내 반도체 핵심 인력을 투입하여 생산 차질을 최소화할 방침

- 테일러시 신규 라인은 첨단 파운드리 공정이 적용되어 5G와 고성능컴퓨팅, 인공지능 등 분야에 쓸 첨단 시스템 반도체를 생산할 예정

- 테일러시 반도체 공장 외에도 경기 평택캠퍼스의 세 번째 반도체 생산라인 ‘P3’ 공장 완공을 앞두고 있으며, 네 번째 생산라인 ‘P4’ 착공도 진행할 예정

º 한편, 파운드리 미세공정 투자는 TSMC, 삼성전자에 이어 최근 인텔까지 가세하면서 경쟁이 더욱 치열해질 전망으로 글로벌 파운드리 시장은 TSMC와 삼성전자, 인텔 ‘3강 체제’로 재편될 것으로 예상