파운드리 생태계 전수조사

파트너 수 삼성 111곳·TSMC 106곳

패키징 영역은 TSMC가 크게 앞서

IP 파트너 더 많은 삼성 ‘확장성’ 희망

‘111(삼성 파운드리) vs 106(TSMC)’

삼성과 TSMC의 파운드리(반도체 칩 위탁생산) 생태계를 구성하는 파트너 수다. 숫자만으로 보면 111곳의 파트너사를 확보한 삼성이 106곳과 파트너 관계를 맺고 있는 TSMC를 앞지르는 것처럼 보인다. 업력의 차이를 생각하면, 삼성의 고군분투가 느껴진다. TSMC는 1987년, 삼성은 2017년 본격적으로 파운드리사업 출범을 알렸다. 단순 기간을 따져보면 30년 차이다. 삼성이 그만큼 파운드리 생태계 확장에 필사적이었다는 의미다. ▶관련기사 4·5면

그러나 파트너사 수만으로 삼성의 생태계 경쟁력이 TSMC를 앞섰다고 보긴 어렵다는 게 업계의 중론이다. 반도체를 위탁생산하는 파운드리 회사의 앞과 뒤에는 ▷칩의 설계 블록을 제공하는 설계자산(IP) 기업 ▷칩 설계를 위한 소프트웨어를 제공하는 EDA 기업 ▷데이터 영역을 지원하는 클라우드 기업 ▷칩의 설계와 제작 사이에서 이를 매개하고 돕는 디자인하우스 부문 기업 ▷회로가 새겨진 웨이퍼를 잘라내 최종적인 상품으로 만드는 패키징 기업이 있다. 이들을 전부 합한 생태계 전체의 경쟁력 측면에서 TSMC가 확실한 우위를 점하고 있다는 평가다.

4일 두 기업의 파운드리 생태계(9월 기준)를 분석해본 결과, 삼성 파운드리 부문은 ▷IP 50곳 ▷EDA 23곳 ▷클라우드 9곳 ▷디자인하우스 부문 29곳의 협력사를 확보하고 있다. 패키징 영역의 파트너사인 MDI 얼라이언스는 공개되지 않았다. 이제 막 출범했기 때문에 소수인 것으로 전해진다.

TSMC는 ▷IP 37곳 ▷EDA 14곳 ▷클라우드 6곳 ▷디자인하우스 부문 33곳의 협력사를 두고 있다. 패키징 협력사 수는 16곳에 이르며 삼성을 크게 앞선다.

삼성이 파운드리 생태계를 강화하려고 하는 이유는 미래 먹거리인 시스템 반도체 시장에서의 영향력을 확장하기 위해서다. 애플, 엔비디아 등 내로라하는 글로벌 팹리스(반도체 설계 전문) 기업을 고객사로 확보하고, 다양한 ‘알짜’ 기업과 관계를 맺어 전체 시스템 반도체 업계의 중심 허브가 되는 것이다.

업계에서는 이를 위해 삼성이 ▷첨단 공정과 구형 공정을 아우르는 IP 대거 확보 ▷디자인하우스의 글로벌 고객사 지역 기반 확대 ▷속도감 있는 첨단 패키징기술 구현 등을 할 필요가 있다고 진단한다.

▶IP 숫자 부족해...“다수 파트너사 확보 발판은 다져”=삼성은 2030년 TSMC를 제치고 세계 파운드리 1위에 오르겠다는 목표를 세웠다. 그러나 반도체 IP 등 파운드리 회사가 고객사인 팹리스 기업에 제공하는 설계 지원이 부족하다는 평가가 나온다.

IP는 반도체의 구성 블록을 뜻한다. 팹리스 기업이 칩의 모든 부분을 설계하지는 않는다. 칩의 핵심 기능만 설계하고 그 외 부분은 IP 회사와 파운드리기업을 통해 조달받는 경우가 많다. 그래서 파운드리 회사가 고객사를 많이 유치하기 위해서는 IP 회사와 협력해 팹리스들이 원하는 IP를 다양하게 공급하는 게 중요하다. 삼성 반도체는 6월 말 기준 글로벌 IP 업체로부터 4500개 이상의 IP를 확보했다. 그런데 이는 경쟁사인 TSMC(4만~5만개)에 비하면 10분의 1에 불과한 것으로 알려졌다. 업계에선 IP의 숫자가 파운드리 회사의 고객사 수에 비례한다고 보고 있다. 삼성이 TSMC를 앞지르기 위해서 더 많은 IP를 확보해야 한다는 지적이 나오는 이유다.

삼성의 향후 협력 확대 가능성을 생각하면, 희망도 있다. 삼성의 파운드리 생태계에서 IP 파트너사는 50곳에 이른다. TSMC(37곳)에 비해 더 많다. 글로벌 IP기업인 ARM, 시놉시스, 케이던스 등 23곳은 TSMC뿐 아니라 삼성과도 협력관계를 맺었다. TSMC가 앞서 선점한 기업 상당수를 삼성도 협력관계로 확보하는 데 성공한 것이다.

특히 최근 인공지능(AI) 반도체 붐이 일어나면서 파운드리 IP의 중요성은 훨씬 커졌다. 한 AI 반도체업계 고위 관계자는 “AI 시장에서 뜻을 펼치기 위해서는 속도감 있게 AI 칩을 만들어야 하는데 핵심 기능을 제외한 부분들은 파운드리 회사가 보유한 IP의 도움을 받을 수밖에 없다”며 “한국처럼 이제 막 AI 칩 설계 기업이 커나가는 곳에서 삼성이 IP를 다양하게 확보하는 건 매우 중요한 문제”라고 강조했다.

반면, 주력 칩 제품의 IP 확보 측면에선 삼성이 TSMC를 비등하게 따라잡았다는 의견도 나온다. 업계 관계자는 “TSMC는 구공정부터 첨단 공정까지 누적된 IP가 많아 굉장히 수가 많아 보이는 것”이라며 “주되게 활용되는 칩의 IP와 관련해서, TSMC와 삼성에 큰 차이가 없는 것으로 안다”고 말했다.

▶29곳 중 16곳이 한국에...국내 편중된 삼성 디자인하우스=디자인하우스는 파운드리 생태계에서 팹리스 고객사를 확보하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 삼성전자의 경우 TSMC보다 디자인하우스의 글로벌 분포가 다양하지 못하다는 약점이 있다. 전체 협력사의 과반이 한국에 편중돼 있어 보다 폭넓은 고객사를 확보하는 데에 장벽이 높다는 지적이다.

삼성전자 파운드리 생태계에서 ‘디자인하우스 분야’를 담당하는 건 디자인솔루션파트너(DSP)와 가상설계파트너(VDP) 기업들이다. DSP는 반도체 설계기업과 삼성전자 파운드리를 연결해주는 중간상 역할을 한다. 팹리스가 설계한 반도체를 삼성 파운드리 공정에 맞게 디자인하거나 패키징하며 칩 제조 전반을 총괄하는 턴키 서비스도 가능하다. 특히 디자인하우스는 파운드리 고객사를 직접 확보해올 수 있다는 특징이 있다. 이 같은 역할을 할 수 있는 기업을 TSMC에서는 가치사슬협력사(VCA)라고 부른다.

삼성전자의 DSP 협력사는 총 9곳이다. 본사 위치 기준으로, 한국 기업이 4곳으로 가장 많고 대만이 2곳, 중국이 1곳, 영국이 1곳, 이스라엘이 1곳이다. DSP와 역할이 구분되는 VDP는 칩 디자인 관련 기능 중 일부만을 수행하는 곳이다. 삼성이 지시한 특정 프로젝트만을 담당할 수 있다. 즉 삼성 파운드리의 아웃소싱 역할을 하는 곳이라고 보면 된다. 삼성의 VDP는 총 20곳인데 이 중 12곳이 한국 기업이다. 전체의 절반 이상인 것이다. 삼성과 협력하는 총 29곳의 DSP와 VDP 중 16곳이 한국 기업이다. 국내 편중이 심하다는 평가가 제기되는 이유다.

TSMC의 경우 VCA와 ‘디자인센터 파트너’로 디자인하우스 부문 생태계를 구성하고 있다. 삼성의 DSP에 해당하는 TSMC의 VCA에는 총 8곳의 기업이 있다. 대만에 2곳, 한국에 1곳, 일본에 1곳, 이스라엘에 1곳, 캐나다에 1곳, 중국에 1곳, 벨기에에 1곳이 위치하고 있다.

삼성의 VDP에 해당하는 TSMC의 디자인센터 파트너사는 총 25곳이다. 이들을 본사 기준으로 나누면 미국 7곳, 인도 5곳, 대만 4곳, 일본 3곳, 벨기에 2곳, 이스라엘 1곳, 캐나다 1곳, 영국 1곳 등으로 다양하게 분포돼 있다. VCA와 디자인센터를 합친 TSMC의 디자인하우스 부문 파트너는 총 33곳으로 집계됐다. 대만, 미국, 인도, 일본, 중국 등 삼성과 비교해 상대적으로 고루 분포돼 있다.

팹리스 기업과 파운드리 기업을 연결하는 디자인하우스는 팹리스 고객사가 많은 지역에 위치해야 한다. 그러나 삼성의 디자인하우스 협력사는 TSMC에 비해 한국에 편중돼 있어, 다양한 팹리스 고객사와 소통하기가 어렵다는 약점이 있다.

동시에 삼성의 고객사가 TSMC보다 다양하지 못하다는 점도 디자인하우스의 분포에 영향을 미친다.

▶애플 뺏긴 패키징의 뼈아픈 기억…‘첫발’ 뗀 삼성 협의체=삼성의 패키징 기술력도 TSMC에 비해 뒤처졌다는 목소리가 높다. 업계에선 TSMC의 첨단 패키징 연구 수준이 삼성보다 10년 가량 빠르다고 평가한다.

연간보고서에 따르면 TSMC는 지난해 기준 16곳의 패키징 관련 파트너사를 확보했다. 그러나 삼성은 이제 막 패키징 협의체를 구성한다고 선언한 상태다. 파트너사가 공개된 적은 없으나 경쟁력 있는 기업과 협업을 모색 중인 것으로 알려졌다. TSMC와 패키징 기술 간극을 줄이기 위해서는 삼성도 하루빨리 탄탄한 패키징 파트너십을 확보하고 강화해야 한다는 지적이 나온다.

특히 삼성은 TSMC에 첨단 패키징 주요 고객을 빼앗긴, 쓰라린 경험이 있다. 2016년 이전만 해도 삼성에 위탁생산을 맡겼던 애플은 TSMC가 첨단 패키징 기술을 구현한 후 모든 완제품 관련 칩을 TSMC 단일 수주 체제로 바꾼 것으로 평가된다.

최근 패키징 기술의 중요성은 더 커지고 있다. 챗GPT와 같은 AI 서비스의 확대로 승승장구하고 있는 그래픽처리장치(GPU)기업 엔비디아는 첨단 AI 반도체를 만들기 위해 TSMC와 패키징 기술 협력이 필수적이라고 보고 있다.

TSMC는 자체 패키징 기술을 표준화하기 위한 첨단 패키징 생태계 ‘3D 패브릭 얼라이언스’를 구축해 파트너십 관계를 확대하고 있다. 2021년 TSMC는 일본 반도체 패키징 연구개발센터 구축에 370억엔(약 3400억원)을 투자하기로 하고, 2022년 6월 문을 열었다. 이 센터에서 TSMC는 일본과 후공정인 3차원 적층기술 공동 개발을 추진 중이다.

TSMC는 이 같은 투자를 바탕으로 독자적인 기술 브랜드를 확립했다. 모바일 단말기 전용 패키징기술인 ‘InFO(집적된 팬아웃)’와 고성능 컴퓨팅용 패키징 기술인 ‘칩 온 웨이퍼 온 서브스트레이트(CoWoS)’를 통해 영향력을 강화하고 있다.

반면 삼성은 6월 말 미국 실리콘밸리에서 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2023’에서 관련 협의체 출범을 알렸다. 당시 삼성은 “글로벌 SAFE(삼성 어드밴스드 파운드리 에코시스템) 파트너, 메모리, 패키지 기판, 테스트 분야 기업과 함께 최첨단 패키지 협의체 ‘MDI 얼라이언스’ 출범을 주도할 것”이라고 밝혔다.

다만, 국내 토종 기업의 패키징 기술력은 아직 아쉬운 수준이란 평가다. 패키징을 포함하는 후공정 외주(OSAT)시장 ‘글로벌 톱 10’에서 한국 기업은 한 곳도 없다. TSMC가 있는 대만의 경우 1위 ASE 등 6곳이 시장 ‘톱 10’에 들었고, 나머지 중국 기업(3곳)과 미국 기업(1곳)이 경쟁력을 뽐내고 있다. 한국의 점유율은 전체의 6%에 불과하다.

김지헌·김민지 기자


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