세계 1위 파운드리(반도체 위탁생산)기업 대만 TSMC가 주력인 5나노급 반도체 생산기반을 대폭 강화한다. 

부가가치가 높은 첨단 반도체공정을 기반으로 파운드리시장 점유율을 지키고 수익성도 개선해 업계 주도권을 공고히 하겠다는 전략을 세운 것으로 풀이된다.

2일 TSMC는 온라인으로 개최한 2021 기술심포지엄에서 5나노급 공정(N5) 확대계획을 내놨다. TSMC는 해마다 기술심포지엄을 열고 협력사 및 고객사와 반도체 기술, 생산능력 증설계획 등을 공유한다.

이번 행사에서는 2023년 5나노급 반도체의 생산량을 2020년 기준 생산량의 4배로 늘린다는 목표를 제시했다. 이 목표를 달성하기 위한 일환으로 미국 애리조나에서 5나노급 반도체공장 건설에 들어갔다고 밝혔다. 애리조나 신공장은 2024년 가동될 것으로 예상됐다.

TSMC 5나노급 공정은 상용화한지 1년도 채 되지 않은 단기간에 TSMC의 주력공정으로 성장했다. 

지난해 3분기부터 처음으로 TSMC 분기별 사업보고서에 5나노급 공정 실적이 반영되기 시작했다. 전체 매출 가운데 5나노급 공정의 비중은 2020년 3분기 8%에서 2020년 4분기 20%로 높아졌다. 올해 1분기에는 14%를 보였다.

5나노급 공정의 실적 호조는 고성능 반도체에 관한 수요가 그만큼 강하다는 의미로 해석된다. 

반도체는 회로가 미세해질수록 전력효율 등 성능이 향상된다. 회로폭 5나노(nm)급 반도체는 현재 시장에 공급되는 반도체 가운데 가장 미세공정 수준이 뛰어나다. 

현재 5나노급 반도체 제조역량을 갖춘 파운드리기업은 세계에서 TSMC와 삼성전자뿐이다. 

5나노급 반도체를 생산하기 위해서는 네덜란드 ASML의 극자외선(EUV) 노광장비를 비롯한 값비싼 첨단 반도체장비를 확보하고 양산환경을 갖춰야 한다. 수십조 원 규모의 투자가 필수다. 

TSMC와 삼성전자 이외에 이런 대규모 투자를 지속할 수 있는 기업은 거의 없는 것으로 분석된다. TSMC는 향후 3년 동안 1천억 달러(약 111조 원)를 투자한다고 4월 밝혔다.

삼성전자도 2030년까지 파운드리를 비롯한 시스템반도체 투자규모를 기존 133조 원에서 171조 원으로 확대하기로 했다.

파운드리기업이 이처럼 막대한 자본을 투입해 반도체 미세공정을 고도화하는 이유는 한 번 규모의 경제를 구축하는 데 성공하면 고객사로부터 기존보다 더 많은 부가가치를 창출할 수 있기 때문이다.

반도체업계에 따르면 TSMC 5나노급 공정의 웨이퍼 1장당 가격은 약 1만7천 달러로 추산된다. 웨이퍼 가격 9천 달러 초반대인 7나노급 공정과 비교해 훨씬 가치가 높은 것이다. TSMC 5나노급 공정의 실적이 급증한 까닭이다. TSMC는 여기에 더해 5나노급 공정의 생산성을 개선하는 데도 성과를 거두고 있는 것으로 파악된다. 이번 기술심포지엄에서 극자외선기술을 바탕으로 5나노급 공정에서 7나노급 공정보다 높은 수율(생산량 대비 양품 비율)을 보이고 있다고 밝혔다. 

기술매체 아난드테크는 “TSMC는 지금까지 시중에 나온 극자외선 노광장비 중 50%를 보유하고 있는데 전체 극자외선 기반 웨이퍼 생산량의 65%를 차지하고 있다”며 “생산능력을 매우 효과적으로 사용하고 있다”고 짚었다.

TSMC가 삼성전자 등 다른 파운드리기업과 비교해 동일한 장비에서 더 많은 반도체 물량을 뽑아내고 있다는 뜻이다. 이는 높은 수익성으로 연결된다.

시장 조사업체 트렌드포스의 자료를 보면 2020년 매출기준 파운드리시장 점유율은 TSMC 54%, 삼성전자 17% 등으로 집계됐다. 다만 유진투자증권에 따르면 같은 해 TSMC의 파운드리시장 영업이익 점유율은 85%에 이르렀다. 

TSMC는 올해도 5나노급 공정 등 미세공정을 바탕으로 높은 이익률을 보이며 파운드리업계에서 압도적 선두 위상을 굳건히 다질 것으로 예상된다.

1분기 매출 3624억1천만 대만달러(약 14조5500억 원), 영업이익 1505억4천만 대만달러(약 6조500억 원)를 거둬 영업이익률 41.5%를 보였다. 지난해 같은 기간과 비교해 매출은 16.7%, 영업이익은 17.1% 늘어났다.

TSMC 5나노급 공정을 이용하는 고객사는 앞으로 점점 더 증가할 공산이 크다.

기존 애플에 이어 브로드컴, 퀄컴, AMD 등 대형 반도체기업이 잇따라 5나노급 반도체를 개발하는 것으로 전해졌다. 또 자동차반도체 고객사를 위한 TSMC 5나노급 공정이 내년부터 양산에 들어간다. 

더 발전된 반도체를 위한 생산기반도 차근차근 준비되고 있다. TSMC는 3나노급 반도체를 내년 하반기 양산해 최고의 전력효율과 성능을 제공하겠다는 방침을 세웠다. [비즈니스포스트 임한솔 기자]