반도체 산업의 BEST BM? 글로벌 팹리스社 완전분석
해당 콘텐츠는 BYTE의 프리미엄 구독 서비스, BYTE+의 4월 5일자 콘텐츠입니다. BYTE+를 구독하시면 비즈니스와 경제 이슈에 대한 깊은 분석과 흥미로운 이야기들이 여러분을 찾아갑니다! 👉 BYTE+ 멤버십 가입하기 [https://mydailybyte.com/membership/] 코로나19 이후 인해 반도체 수요가 크게 증가하고 있습니다. 외부활동이 어려워지고 비대면 서비스가 발달하자 전자제품이나 데이터센터, 가상화폐 등 반도체를 필요로하는 산업들이 폭발적으로 성장했기 때문인데요. 이에 팹리스(반도체 설계)와 파운드리(위탁생산) 기업들이 수요에 맞는 공급을 위해 분주하게 움직이고 있습니다. 특히 최근에는 고성능, 맞춤형 반도체에 대한 수요가 높아지면서 높은 설계 능력을 가진 팹리스 기업들이 주목을 받고 있는데요. 오늘 마켓 인사이드에서는 팹리스가 무엇인지, 팹리스와 다른 반도체 사업모델 간의 차이점은 무엇인지, 그리고 팹리스 시장의 주요 플레이어들로는 누가 있는지 알아보려 합니다. ① 월: [DEEP BYTE] 삼성전자, 반도체 사업이 위기라고? [https://mydailybyte.com/deep_samsung_crisis/] ② 화: [마켓 인사이드] 반도체 산업의 BEST BM? 글로벌 팹리스社 완전분석 ③ 수: [상식 한 입+] 많고 많은 반도체 칩, 다 어디에 쓰이는 걸까? ④ 목: [기업 한 입] '위기'라는 삼성전자 완전분석 -------------------------------------------------------------------------------- 반도체란? 반도체의 말 그대로 ‘반 정도는 도체’라는 의미로, 전류가 흐르는 도체와 전류가 흐르기 어려운 절연체의 성질을 반씩 가진 물체를 뜻하는데요. 반도체는 평상시에는 전기가 통하지 않지만, 열을 가하거나 특정 물질을 넣으면 전류가 흐르는 물체를 말합니다. 글로벌 반도체 시장 규모 © OMDIA반도체는 크게 비메모리 반도체와 메모리 반도체로 구분 [http://www.samsungfundblog.com/archives/45614]할 수 있습니다. 시스템 반도체라고도 불리는 비메모리 반도체는 정보 저장이 아닌 정보처리를 목적으로 제작된 반도체를 뜻합니다. 전체 반도체 시장의 약 50~60%를 차지하는 시스템 반도체는 선 주문 후 생산되는 유통 구조를 가지고 있어 수요와 공급이 비교적 안정적인 시장입니다. 시스템 반도체는 전자제품의 두뇌 역할을 수행하기 때문에, 회로가 복잡하고 종류가 매우 다양하죠. 전체 반도체 시장의 30% 내외를 차지하는 메모리 반도체는 이름 그대로 정보를 기억하는 반도체입니다. 메모리 반도체는 시스템 반도체와 달리 선 제조 후 판매되는 유통 구조를 가지기 때문에, 수요와 공급의 불균형이 빈번하게 발생하고 가격 변동이 심한 편입니다. 메모리 반도체 역시 여러 종류가 있으나, DRAM과 NAND 두 메모리 반도체가 전체 시장의 96% 이상을 차지하고 있습니다. -------------------------------------------------------------------------------- 반도체는 어디에 사용될까? 2018년 산업별 반도체 수요 © SIA반도체는 ‘산업의 쌀’이라는 별칭이 있을 만큼 매우 다양한 분야 [https://www.semiconductors.org/semiconductor-demand-drivers-increase-across-the-board-in-2018/] 에서 활용됩니다. 반도체가 가장 많이 활용되는 분야는 통신 [https://www.dongascience.com/news.php?idx=22509]입니다. 2018년 기준 전체 반도체 소비량의 32.4%가 통신 분야에서 활용되었는데요. 통신 분야에는 이동통신 단말기와 기지국 설비 등이 포함됩니다. 두 번째로 반도체가 많이 사용되는 산업은 전체 수요의 30.8%가 창출되는 컴퓨터 분야입니다. 한편, 자동차 산업은 반도체 수요 기준 5위에 불과하지만, 가장 빠른 연 성장률을 보이고 있습니다. -------------------------------------------------------------------------------- 반도체 기업의 역할과 종류 반도체 기업의 종류 © Samsung Semiconstory반도체 기업의 역할은 반도체 설계, 웨이퍼 생산, 패키징 및 테스트, 판매 및 유통 네 가지로 구분할 수 있습니다. 설계 [https://www.samsungsds.com/kr/insights/eda_trend.html] 단계는 반도체 칩의 사양을 정하고 칩의 동작 방식을 기술하는 과정을 뜻합니다. 이 설계도를 기반으로 웨이퍼를 생산하는데, 이는 반도체의 토대가 되는 웨이퍼를 제작하고 그 위에 회로를 새기는 일련의 과정을 의미합니다. 그리고 이렇게 생산된 칩은 패키징 및 테스트, 즉 반도체가 훼손되지 않도록 포장하고, 반도체 회로에 있는 전기선을 외부로 연결한 뒤 불량 반도체 칩을 선별하는 과정을 거쳐 고객사로 유통됩니다. > IDM 종합 반도체 기업(IDM, Integrated Device Manufacturer)은 설계부터 유통까지의 모든 단계를 스스로 수행하는 기업 입니다. 반도체 시장 초창기인 1980년대까지는 대부분의 기업은 이런 형태였습니다. 그러나 IDM은 반도체 설계 능력과 생산 설비를 동시에 보유해야 하기 때문에 부담이 큰 구조입니다. 그래서 최근에는 IDM 업체가 설계만 전담하는 팹리스 기업으로 전환하거나, 다른 설계사의 반도체를 위탁생산하는 파운드리 사업을 겸하는 사례 [https://it.donga.com/31773/]가 증가하고 있습니다. > 팹리스 팹리스(Fabless) 기업이란 반도체 설계와 유통만을 담당하는 반도체 기업입니다. 팹(Fab)이란 웨이퍼를 생산하기 위한 설비를 의미하는 용어로, 팹리스는 말 그대로 '팹(공장)을 보유하고 있지 않은 기업'입니다. 따라서 설계를 제외한 모든 제조 공정은 외주로 진행되는데요. 다만 그렇게 생산된 칩의 소유권과 영업권을 팹리스가 보유하며, 팹리스의 브랜드로 판매됩니다. 팹리스 업체 대부분은 기술력은 있으나 팹을 운영할 만한 자본이 없는 소규모 기업입니다. 그러나 퀄컴, 엔비디아, AMD, 애플 등과 같이, 기업 규모와 자본력은 충분하지만, 제품 생산에 들어가는 비용과 인력을 아끼고 개발과 마케팅에 전념하기 위해 팹리스 사업모델을 선택하는 사례도 있습니다. > 파운드리 팹리스의 생산 공정 외주를 담당하는 기업이 바로 파운드리(Foundry)입니다. 파운드리는 반도체 생산 전문 기업으로, 반도체 생산설비를 갖추고 있지만 직접 설계하여 제품을 만드는 것이 아니라 고객으로부터 위탁받은 제품을 대신 생산해 이익을 얻는 기업입니다. 가장 대표적인 파운드리 업체는 대만의 TSMC입니다. TSMC는 순수한 파운드리 기업이지만, 삼성전자나 SK하이닉스와 같이 IDM과 파운드리 사업을 병행하는 업체도 있습니다. 일반적으로 메모리 반도체는 대부분 IDM이 설계부터 유통까지의 전 과정을 수행합니다. 글로벌 메모리 반도체 시장 1위인 삼성전자가 대표적이죠. 반면, 비메모리 반도체의 경우 설계와 생산이 분리되어, 퀄컴 등 팹리스 업체가 설계하고 TSMC와 같은 파운드리 기업이 생산을 전담하는 구조가 일반적입니다. -------------------------------------------------------------------------------- 팹리스와 파운드리 > 역사 1999-2020년 IDM과 팹리스의 칩 판매액 비교 © Statista팹리스와 파운드리는 완벽한 보완 관계입니다. 역사적으로도 팹리스는 파운드리의 등장 이후에야 비로소 시장에 안착할 수 있었는데요. 1980년대 이전까지만 해도 반도체 산업은 수직적으로 통합되어 있었습니다. 당시 모든 반도체 기업은 IDM 구조로, 한 기업이 반도체 설계부터 팹 운영까지 한 번에 다 했죠. 그러던 중 금융업계의 성장으로 비상장 기업에 대한 투자가 활발해졌고, 이때 투자를 유치한 중소 반도체 업체들이 빠르게 성장하기 시작했습니다. 그러나 중소 반도체 업체는 뛰어난 설계자가 될 수 있을지언정, 생산자가 될 수는 없었습니다. 반도체 생산 설비를 건설하고 운영하기에는 자본이 부족했기 때문입니다. 그래서 이 신생 기업들은 설계한 칩을 생산하기 위해 다른 IDM의 설비에 의존해야 했습니다. 그러다 1987년 TSMC의 출범으로 팹리스 기업에 비경쟁적으로 생산 설비를 제공하는 파운드리가 등장하면서, 팹리스는 새로운 BM으로 반도체 시장에 안착할 수 있었습니다. 이후 엔비디아와 같은 성공적인 팹리스 기업들이 등장하며, 팹리스 모델은 현재 반도체 산업에서 선호 사업 모델로 꼽히게 되었습니다. > 현황 팹리스와 파운드리의 국가별 비중 © SIA팹리스 시장은 퀄컴, 엔비디아, AMD, 애플 등 미국 기업이 주도하고 있습니다. 2020년 기준 팹리스 시장의 59%를 미국이 점유하고 있습니다. 원인은 매우 다양하지만, 전 세계에서 미국의 금융권이 가장 빠르게 발달해왔다는 점이 배경으로 지목되는데요. 팹리스 기업의 등장 배경 자체가 비상장 기업에 대한 활발한 투자였기 때문입니다. 반면, 파운드리 시장에 가장 중요한 국가는 단연 대만입니다. 대만의 TSMC가 혼자서 글로벌 파운드리 시장의 과반을 점유하고 있는데요. TSMC는 미세공정 기술이 뛰어나고 반도체 수율*이 높다는 경쟁력을 가지고 있습니다. 세계 2등 파운드리사인 삼성전자 역시 TSMC와 함께 10nm(나노미터) 이하의 미세공정이 가능한 기업으로 꼽히지만, 반도체 수율*이 상대적으로 낮아 원가경쟁력에서 조금 뒤처진다는 평가를 받고 있습니다. *반도체 수율: 웨이퍼 한 장에 설계된 칩(IC)의 최대 개수 대비 생산된 칩들 중 정상 작동하는 칩의 개수를 백분율로 나타낸 값 -------------------------------------------------------------------------------- 글로벌 주요 팹리스 기업 2021년 팹리스 시장 매출 순위 © 파이낸셜뉴스> 퀄컴(Qualcomm) 퀄컴은 1985년 통신기업으로 출범 [https://byline.network/2021/12/03-51/]했습니다. 기존 방식보다 보안성이 높은 새로운 통신기술CDMA(Code Division Multiple Access) 개발에 성공했지만, 당시 통용되던 통신 디바이스와 반도체는 직접 개발한 CDMA 기술에 적합하지 않았습니다. 결국 퀄컴은 CDMA를 위한 디바이스와 반도체를 자체적으로 설계하기로 결정했고, 오늘날 글로벌 1위 팹리스사로 거듭날 수 있게 되었습니다. 퀄컴은 '스냅드래곤 시리즈'*로 가장 많이 알려진 대표적인 통신 반도체 팹리스 기업입니다. 퀄컴은 반도체를 통해 스마트폰의 기능을 끌어올리며 스마트폰이 보편화되는데 크게 기여하였는데요. 2020년 1분기 매출액 기준으로 퀄컴은 글로벌 통신용 반도체 시장의 42%를 점유하고 있습니다. 과거 대부분의 휴대폰에서 ‘Digital by Qualcomm이라고 적힌 스티커를 찾아볼 수 있을 정도였죠. 지금도 우리가 사용하는 안드로이드 기반 스마트폰들은 대부분 퀄컴의 반도체 칩을 사용하고 있고, 애플 역시 아직 반도체 일부는 퀄컴에서 납품받고 있습니다. *2008년 첫 공개된 모바일용 반도체(AP; Application Processor)로, 스마트폰의 두뇌 역할을 하는 반도체입니다. 퀄컴은 현재 크게 두 가지 방향으로 사업을 확장하고 있습니다. 첫 번째는 중국 시장 공략입니다. 퀄컴은 2020년 말 미국 정부로부터 중국 스마트폰 기업 화웨이에 칩을 공급할 수 있도록 승인을 받았고, 이에 맞춰 차세대 5G 반도체 칩 ‘스냅드래곤 888’을 공개했습니다. 8은 중국 사람들이 가장 선호하는 숫자라는 점에서, 중국 시장을 타겟으로 한 반도체 칩이라는 분석이 지배적입니다. 두 번째로 퀄컴은 통신 반도체 전문 기업을 넘어 컴퓨터 반도체로 사업을 확장하고 있습니다. 퀄컴은 작년 새롭게 PC용 반도체를 개발할 계획 [https://byline.network/2021/12/03-51/]이라 발표했는데요. 그동안 퀄컴은 자사의 AP(Application Processor, 스마트폰용 프로세서) 성능을 높여 PC에 적용하겠다는 ACPC(Always Connected PC) 전략을 취하고 있었습니다. 그러나 앞으로는 이 전략을 버리고, PC 전용 칩을 별도로 개발하겠다고 결정한 것입니다. 2021년 1월 CPU 스타트업 누비아(Nuvia)를 인수한 배경 역시 이 계획을 일환으로 해석됩니다. > 엔비디아(Nvidia) 엔비디아는 그래픽 처리 반도체 전문 팹리스사로, 흔히 GPU(Graphics Processing Unit)라 불리는 그래픽 카드의 핵심 칩을 설계하는 기업입니다. 엔비디아가 그래픽 카드에 GPU 칩을 도입하면서, 과거 단순한 화면 출력 장치였던 그래픽 카드가 연산을 가속하는 역할을 수행할 수 있게 되었는데요. 글로벌 GPU 시장에서 엔비디아의 점유율은 75%에 육박합니다. 고성능 GPU 시장은 사실상 엔비디아가 거의 독점하고 있죠. 경쟁자인 AMD가 GPU를 설계하고 있지만, 현재 AMD는 CPU(Central Processing Unit) 시장에 집중하여 Intel과 경쟁하고 있기 때문에 실질적인 경쟁자로 보기 어렵습니다. 엔비디아의 주 고객사는 크게 네 가지 카테고리로 분류됩니다. 게이밍 그래픽 카드를 필요로 하는 게이밍 업체, 클라우드나 AI, 데이터 처리 서비스를 제공하는 데이터센터, AR 및 VR 그래픽 시각화 전문 기업, 자율주행 자동차 개발사인데요. 2021년 기준 게이밍향 매출이 45% 이상으로 가장 높지만, 매출의 40%를 자치하고 있는 데이터센터향 매출이 가장 빠른 성장세를 보이고 있습니다. > 브로드컴(Broadcom) 브로드컴은 싱가포르와 미국의 반도체 기업으로, 퀄컴과 같이 유무선 통신 분야에서 강점을 가지고 있습니다. 다만 같은 통신 분야 반도체라도 퀄컴은 자사 특허 기술인 CDMA 기반 이동통신 칩의 강자이고, 브로드컴은 위성항법장치(GPS)와 블루투스에서 세계 시장을 장악하고 있기 때문에 세부 사업 분야는 차이가 있습니다. 브로드컴은 기업 포트폴리오가 다양하다는 점에서 경쟁력을 보유하고 있습니다. 통신 반도체의 강자인 동시에 컴퓨터용 반도체 분야에서도 준수한 점유율을 보이고 있기 때문인데요. 브로드컴은 데이터 센터 네트워킹, 5G 광대역 서비스와 무선통신, 클라우드 등 다양한 포트폴리오를 운영하며 꾸준한 성장세를 이어오고 있습니다. 더 나아가 공장 자동화와 자율주행 자동차용 반도체 제품 역시 생산하고 있기 때문에 미래 먹거리까지 확보했다는 분석입니다. 그러나 브로드컴은 고객사 관련 리스크가 높습니다. 브로드컴의 제1 고객인 애플의 비중이 너무 높아, 애플의 매출에 따라 브로드컴의 매출 상당 부분도 함께 흔들리기 때문인데요. 애플은 브로드컴 매출의 20%를 차지하는 주요 고객사입니다. 물론 이 사실이 호재로 작용한 때도 있었습니다. 2020년 초 애플이 브로드컴과 2023년까지 150억달러, 한화 약 18조원 규모의 부품 공급 계약을 맺었던 것이 그 예시입니다. 그러나 최근 애플이 자체 반도체 개발에 속도를 내자, 향후 매출 규모 유지 여부에 대한 우려가 큰 상황입니다. -------------------------------------------------------------------------------- 팹리스 업계의 잠재 리스크 > 테크기업들의 자체 칩 개발 트렌드 과거 IT기업들은 반도체사들의 주요 고객이었지만, 최근 IT기업들이 직접 자사 전용 반도체 칩을 개발하는 사례가 증가하고 있습니다. 애플이 독자적으로 설계한 반도체 'M1' 시리즈가 맥북과 아이폰에 탑재되었고, 구글 역시 새로 출시된 스마트폰 픽셀6에 삼성전자와 공동개발한 모바일 칩 '텐서'를 장착했습니다. 클라우드 시장의 강자인 아마존은 이미 2018년에 데이터센터용 자체 반도체 칩 '그래비톤'을 개발했으며, 현재 더욱 성능이 향상된 그래비톤2을 출시했다고 발표했죠. 테크기업들이 직접 반도체를 개발하는 이유는 크게 세 가지입니다. 가장 쉽게 떠올릴 수 있는 첫 번째 이유는 맞춤형 제작을 통해 성능과 원가경쟁력을 극대화하기 위해서입니다. 그러나 더 중요한 두 번째 이유는 불확실한 반도체 수급에 대응하기 위함입니다. 기술 개선으로 새로운 반도체 칩이 등장할 경우, 생산 초기에는 공급량이 충분하지 않습니다. 기술을 안정화시키는 데 시간이 걸리기 때문인데요. 반도체 공급이 원활하지 않을 경우 심각한 병목현상이 발생합니다. 실제로 2018년 인텔 칩셋 공급 부족 사태가 발발하자, 일시적으로 컴퓨터 기업들의 노트북 생산이 줄줄이 중단된 사례가 있습니다. 세 번째로는 제품 출시 스케줄을 외부 요소에 영향받지 않고 직접 결정하기 위해서인데요. 반도체사들의 신제품 제작 시기에 맞춰 자사 제품을 출시하게 되면, 최적의 출시 시기를 놓칠 수 있습니다. 반대로 반도체를 외부 기업에 의존하는 상황에서 자사 의향대로 제품 출시 시기를 결정해버리면, 최신 프로세서 탑재가 불가능해집니다. 그래서 테크 기업들은 직접 반도체를 생산해 이런 제약에서 벗어나고자 하는 것입니다. 그러나 테크기업의 반도체 자체 개발 트렌드는 팹리스를 포함한 기존 반도체사들에게 큰 악재가 될 수 있습니다. 기존에는 든든한 고객이었던 기업들이 강력한 경쟁사로 변모하는 것이기 때문인데요. 특히나 반도체 개발에 착수할 수 있는 정도로 자본력을 가진 테크 기업들은 대부분 기존 반도체사들의 매출에서 상당한 비중을 차지하던 경우가 많기에 우려의 목소리가 더욱 높아지고 있습니다. > 파운드리사의 CAPA(생산역량) 부족 앞서 설명했듯이 팹리스라는 사업 구조는 파운드리의 안정적인 뒷받침 아래에서만 작동 가능한 사업 모델입니다. 그러나 최근 파운드리사들의 CAPA(생산역량)가 매우 부족한 상황인데요. 코로나19의 장기화로 인해 예상치 못하게 전자제품이나 데이터센터 등 반도체를 필요로하는 산업이 폭발적으로 성장했지만, 선 주문 후 생산 구조를 가진 파운드리사들은 설비투자 집행에 매우 보수적으로 접근했기 때문입니다. 결국 이로 인해 최근 팹리스 업체들의 공급망 병목 현상이 우려되고 있습니다. 특히나 러시아-우크라이나 전쟁으로 파운드리 병목 현상이 심화될 수 있다는 분석도 있습니다. 네온, 제논, 크립톤 등 반도체 공정에 반드시 필요한 특수 가스들 중 상당수가 러시아와 우크라이나에서 생산되기 때문인데요. 예를 들어 우크라이나는 전 세계 네온 가스의 70%를 공급하고 있는 주요 네온 생산국입니다. 하지만 연이은 평화 회담이 난항에 빠지며 파운드리사들의 원료 수급에 대한 우려는 더욱 짙어지고 있습니다. 파운드리 병목 현상이 심해지면 이들에게 반도체 생산을 맡기는 팹리스 기업 역시 타격을 입을 수밖에 없겠죠. -------------------------------------------------------------------------------- 팹리스는 지금까지 승승장구해왔으며 앞으로도 높은 성장률이 기대되는 사업 구조입니다. 하지만 최근 테크 기업들이 반도체를 직접 개발하겠다고 나서고, 파운드리 CAPA가 부족해지면서 기존의 시장 구조가 새롭게 재편될 수 있다는 예측도 나오는데요. 과연 팹리스 업체들이 이 난관을 어떻게 타개할 수 있을지 유심히 지켜봐야 할 것 같습니다. -------------------------------------------------------------------------------- 오늘의 <마켓 인사이드>는 어떠셨나요? 좋았던 점, 부족했던 점, 개선되었으면 하는 점 등을 자유롭게 말씀해주세요! BYTE+ 구독자 피드백오늘의 BYTE+ 콘텐츠는 어떠셨나요?BYTE+에 대해 자유롭게 의견을 말씀해주세요!좋았던 점, 부족했던 점, 개선됐으면 하는 점 등을 적어주시면 최대한 빠르게 반영할 수 있도록 노력할게요 :)Google Docs [https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSeVl9YUNeWBKfuOZD9OTfTjGFS0r2MZCXfBExlzhzLPXby_eg/viewform]
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