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[경제특집] 삼성전자의 새로운 전장, 비메모리 반도체 해부 

삼성전자 ‘10년 후 2배 성장 법칙’ 열쇠는 시스템 반도체 초격차 

비메모리 반도체는 메모리보다 글로벌 시장 규모 3배 크고 업황도 안정적
삼성전자, TSMC 추월하려면 투자 늘리고 파운드리 사업에 더 집중해야


▎2020년 10월 이재용(왼쪽 둘째) 삼성전자 부회장은 네덜란드 ASML 본사를 찾았다. 이 회사가 보유한 EUV(신규 노광 기술) 장비를 놓고 삼성전자와 TSMC는 사활을 걸고 확보 경쟁 중이다. / 사진:삼성전자
삼성전자의 영업이익은 2000년 9조1000억원에서 2010년 17조3000억원으로 10년 동안 두 배 가까이 증가했다. 그리고 삼성전자는 2020년 영업이익 36조원을 기록하면서 다시 한번 ‘10년 두 배 성장’을 재현하는 데 성공했다. 잘 알려진 대로 2000~2010년 이익 증가는 메모리 반도체 경쟁력 확보가, 2010~2020년은 메모리 반도체 독과점화와 스마트폰 성장이 견인했다. 그렇다면 2030년 삼성전자의 영업이익은 70조원을 기록하면서 또 다른 ‘10년 두 배 성장의 법칙’을 현실화할 수 있을까. 이를 가능케 하려면 그 동력은 어디에서 찾을 수 있을까.

삼성전자는 이미 메모리 반도체, 가전, TV, 스마트폰, 디스플레이 산업에서 글로벌 톱 티어급 경쟁력을 과시하고 있다. 반면 파운드리(시스템 반도체 위탁 생산) 산업에서는 글로벌 2위라고는 해도 선두 업체인 TSMC와의 점유율 및 기술 격차가 현저히 벌어져 있는 상태다. 역설적이게도 그럴수록 삼성전자 입장에서는 성장 잠재력이 높은 시장이라고 볼 수 있다. 게다가 파운드리는 전·후방 산업의 구조적인 변화로 삼성전자에 기회가 열린 시장이기도 하다. 즉 삼성전자의 ‘10년 두 배 성장’에 대한 성패 여부는 파운드리 사업 확대에 있다고 볼 수 있다.

파운드리 확대 없이는 미래 없다


재무적 관점보다는 중장기 사업 확장 관점에서의 Capex(설비투자) 의사결정이 절실한 시점이다. 재무적 관점에서 보면 삼성전자는 파운드리 사업에 공격적으로 투자하고 있다. 2020년 비메모리(시스템) 반도체 사업의 EBITDA(기업이 영업 활동으로 벌어들인 현금 창출 능력을 나타내는 지표)가 5조~7조원 수준으로 추정되는 데 반해 설비투자 비용은 10조원에 육박했기 때문이다. 그럼에도 불구하고 여전히 선두업체인 대만 TSMC와 비교하면, 격차가 더 확대될 수밖에 없는 투자 규모로 판단된다. 삼성전자는 1990년대 초반 메모리 반도체 사업에 과감한 투자를 집행하면서 글로벌 1위를 달성했듯이 지금은 파운드리 사업에 더 많은 자원과 역량을 투입해야 하는 시점이다.

현재 삼성전자는 몇 가지 고민과 딜레마에 처해 있다. 첫째, 최근 삼성전자는 이재용 부회장의 구속 수사로 인해 굵직한 의사결정에 어려움을 겪을 수 있다. 중요한 변화가 요구되는 시점에서 기업 총수 부재는 간과할 수 없는 문제다. 둘째, 메모리 반도체에서 단위당 소요되는 투자 금액이 예상보다 큰 폭으로 늘어나면서 전사적으로 설비투자 부담이 가중되고 있다. 1znm(10나노미터 초반) D램과 128단 3D 낸드플래시부터 Migration(기존 운영환경에서 더 나은 운영 환경으로 옮기는 과정)이 원활하지 않기 때문에, 2017년부터 하락하기 시작한 메모리 반도체 점유율을 방어하기 위한 최소한의 투자가 기존 예상을 상회하고 있다.

하지만 삼성전자는 지난 9년 동안 연간 전사적 설비투자 규모가 해당 연도 EBITDA의 35~57% 수준에 그쳤다. 여전히 설비투자 여력은 충분하다고 볼 수 있는 셈이다. 투자자들은 배당 증가보다는 장기 성장을 위한 투자 확대를 선호할 것이다. 셋째, 삼성전자는 파운드리 사업부에서 EUV 5nm(나노미터) 공정 수율 이슈가 지난 8~9개월 동안 지속되고 있어서 이에 대한 고민이 많을 것이다. 삼성전자는 대만의 파운드리 업체 UMC가 세컨드 티어로 고착된 이유가 ‘초기 공정 이슈→부진한 캐시 플로(현금 흐름)→투자 위축→고객이탈’이었다는 점에 주목해야 한다.

넷째, 현 체제인 ‘IDM(Integrated Device Manufacturer, 종합반도체업체)과 파운드리 사업 병행’에 대해 제기되고 있는 문제도 삼성전자가 풀어야 할 과제다. 시장에서는 “삼성전자가 파운드리 사업부를 분사해야 한다”는 의견이 많다. 하지만 연간 파운드리 사업의 영업이익이 2조~3조원 수준에 불과하기 때문에 분사 후 상장을 추진한다 해도 대규모 설비투자를 자체적으로 감당하기 힘들어질 수 있다는 점은 고민되는 부분이다. 이에 대한 하나의 대안으로 ‘파운드리 사업부는 삼성전자에 남겨두고 대신에 시스템 LSI(Large Scale Integration, 대규모 집적회로) 사업부를 분사시키면 이 문제가 상당부분 해결될 수 있다’는 방안도 나온다.

‘반도체 비전 2030 플랜’ 실현에 관심


▎2020년 10월 키스 크라크(왼쪽) 미국 국무부 경제차관은 대만을 방문해 차이잉원(가운데) 대만 총통, 장중머우 TSMC 전 회장과 만났다. / 사진:대만총통실 트위터
비대면 사회가 심화할수록 반도체 산업, 특히 비메모리 반도체 산업에 대한 관심이 증대하고 있다. 반도체 산업은 우리나라 수출에서 약 15~20%를 차지하고 있는 만큼 관련 업체들이 수출 경제에 중요한 역할을 하고 있다. 역시나 삼성전자와 SK하이닉스의 주력 사업인 메모리 반도체가 수출 경제 방향성에 핵심 요소로 인식되고 있다. 하지만 중장기적 관점에서는 우리나라의 비메모리 반도체 경쟁력 강화 여부에 더욱 주목해야 한다. 비메모리 반도체 산업은 메모리 반도체 대비 시장 규모가 훨씬 크고 상대적으로 안정적인 성장 사이클을 보이는 산업이기 때문이다. 이에 대해 2019년 삼성전자가 ‘반도체 비전2030’을 발표하면서 국민적으로 비메모리 반도체 산업에 대한 관심을 증폭시켰다.

2020년 기준 비메모리 반도체 산업의 시장규모는 3400억 달러로 메모리 반도체 시장 규모인 1246억 달러 대비 약 3배 정도 크다. 그중 IDM인 인텔의 점유율이 23%, 파운드리 업체인 TSMC의 점유율은 13%, 팹리스(시스템 반도체 설계·개발) 업체인 퀄컴이 7%를 차지하고 있다. 그 이외 나머지 60%는 30~40여 개에 달하는 IDM, 팹리스, 파운드리 업체들이 각각 1~5%를 점유하며 글로벌 비메모리 반도체 시장을 형성하고 있다. IDM인 삼성전자의 비메모리 반도체 사업 점유율은 4%(2019년 기준)에 불과하다. 삼성전자의 글로벌 시장 점유율이 40%를 넘어서는 메모리 반도체 산업과는 상반된 수치다. 즉 삼성전자의 비메모리 반도체 사업 경쟁력이 강화된다면, 우리나라 수출 경제 확장 잠재력도 커질 것이다.

상대적으로 비메모리 반도체 산업은 안정적인 성장 사이클로도 주목받는다. 메모리 반도체는 ‘수요 증가→가격 상승→설비·투자 증가→가격 하락’의 사이클을 반복해서 나타낸다. 물론 메모리 산업이 독과점화되면서 사이클의 진폭이 작아지고 있다는 점은 과거 대비 긍정적인 포인트라 할 수 있다. 그러나 여전히 가격의 상승과 하락에 따라 업체들의 매출액 증감이 두드러지게 나타나고 있는 산업이다. 다시 말해 메모리 반도체가 갖고 있는 상품의 특성으로 인해 변동성이 큰 산업으로 분류된다. 반면 비메모리 반도체 산업은 다품종 소량생산이라는 특징을 갖고 있다. 가격 결정 변수가 칩의 연산 기능 및 성능에 있기 때문에 메모리 반도체와 동일한 전방 산업을 두고 있지만, 상대적으로 안정적인 시장으로 알려져 있다.

삼성전자는 30년 전인 1990년부터 비메모리 반도체 사업 육성에 대한 의지를 밝혀왔다. 당시에도 국내 반도체 시장에서 메모리가 차지하는 비중이 80%에 달할 만큼, 우리나라 반도체는 메모리에만 편중되어 있었기 때문이다. 1993년에는 정부 주도하에 비메모리 반도체 육성정책(일렉트로-21)이 기업 및 학계 공동으로 추진됐다. 주요 과제는 MCU(마이크로 컨트롤 유닛), PMIC(파워 반도체), ASIC(주문형 반도체) 등의 국산화로 선정됐다. 삼성전자는 일본 업체들이 독과점하던 MCU 양산에 성공하면서 비메모리 시장에 본격적으로 진입했다.

1997년 들어서는 PMIC 등으로 제품군을 확대하면서 연간 매출액 10억 달러를 넘겼다. 하지만 삼성전자는 1998년 IMF 당시 PMIC사업을 4억5000만 달러에 미국 페어차일드에 매각하게 됐다. PMIC 관련 인력 1200여 명과 특허 등이 모두 페어차일드로 넘어갔다. 이후 삼성전자는 LCD DDI(Driver IC), RF통신칩, 스마트카드IC 시장에 집중했다. 2001년에는 영국 ARM사로부터 CPU 핵심기술 도입까지 결정했다. 그 결과 삼성전자의 비메모리 사업 매출이 2004년에는 20억 달러를 넘어섰다. 2006년부터는 애플의 아이폰과 MP3 플레이어에 삼성의 자사 AP(Application Processor)를 공급하면서 매출 성장을 이어나갔다.

2008년 들어서는 애플이 반도체 설계 업체인 PA Semi를 인수하면서 삼성전자와는 파운드리 협력관계로 전환됐다. 이는 삼성전자의 비메모리 사업이 기존 IDM 중심에서 파운드리 사업 모델까지 확대되는 계기가 됐다. 때마침 스마트폰 시장이 본격적으로 개화되면서 삼성전자 비메모리 사업 매출액은 2011년 100억 달러를 상회하는 데까지 이르렀다. 그리고 2019년 4월 삼성전자는 ‘반도체 비전 2030’을 발표하면서 비메모리 반도체 사업의 중장기 성장 로드맵을 제시했다. 글로벌 비메모리 반도체 시장 1위를 목표로 향후 10년 동안 비메모리 관련 R&D 및 생산설비 확충에 133조원을 투자하면서 1만5000명에 달하는 전문 인력을 채용할 계획을 밝혔다. 업계 EUV(극자외선) 공정 도입은 삼성전자의 파운드리 사업 확대에 기회요인으로 작용할 것으로 예상되는 만큼 공격적인 투자를 예고하고 있다.

파운드리 최강자 대만 TSMC


▎2019년 4월 30일 경기도 화성 삼성전자 사업장에서 문재인(오른쪽 두번째) 대통령, 이재용(왼쪽) 삼성전자 부회장 등이 참여한 가운데 시스템 반도체 비전 선포식을 개최했다. / 사진:청와대 사진기자단
메모리 반도체와 파운드리 사업의 차이를 여러 방면에서 구분할 수 있겠지만, 특성과 품종의 차이부터 짚어볼 필요가 있다. 첫째, 메모리 반도체는 공정 중심의 제조업이라고 하면 파운드리 사업은 서비스 중심의 제조업으로 정의할 수 있다. 파운드리 업체들은 공정 기술력과 충분한 생산능력을 기반으로 고객사들의 설계 요구에 맞는 제품을 공급해야 한다. 반면 메모리 반도체는 국제 표준에서 정해진 제품을 놓고 공정 원가를 통해 경쟁하는 구조다. 다시 말해 반도체 공정기술력은 파운드리 사업이든 메모리 반도체 사업이든 가장 기본적인 경쟁 수단이다. 하지만 파운드리 사업에서는 고객과의 신뢰를 바탕으로 한 서비스 제공 또한 사업 확장에 있어서 중요한 요인으로 작용한다.

둘째, 메모리 반도체는 소품종 대량 생산이고 파운드리는 다품종 소량 생산의 특징을 지닌다. 즉 파운드리 사업에서는 메모리 반도체 사업보다 SCM(Supply Chain Management, 공급망 관리)의 중요성이 더욱 부각된다. DSP(Design Service Provider, 디자인 솔루션 파트너)와 OSAT(Outsourcing Semiconductor Assembly&Test, 반도체 패키징·테스트 등 후공정 아웃소싱)가 대표적인 예다. 이와 같은 외주 업체들과의 협력이 파운드리 사업 경쟁력 강화에 필수적인 요소이기 때문이다.

1987년 대만의 모리스 창은 TSMC를 설립하면서 세계 최초로 파운드리 사업 개념을 도입했다. 당시 삼성전자는 비메모리 반도체 사업 육성을 위해 인텔과 같은 IDM 사업 모델로 시작해 2000년 중반부터는 파운드리 사업도 병행하기 시작했다. 글로벌 반도체 시장이 커지면서 다품종 시장인 비메모리 반도체 시장에서 IDM 업체들의 ‘Fab-lite’ 운영 전략이 본격적으로 확산됐기 때문이다. ‘Fab-lite’는 IDM 업체들이 다양한 시장 수요를 효율적으로 충족시키기 위해 자체 생산보다는 파운드리 외주 비중을 확대하는 전략이다. 이러한 추세가 최초 파운드리 업체인 TSMC의 매출 증가를 가속화하는 기폭제가 된 것이다.

TSMC는 창사 이후 4년 만인 1991년 연간 매출액 1억6700만 달러를 기록했다. 1992~2020년까지 매출액이 감소한 해는 1998, 2001, 2009년, 3개 연도뿐이었다. 삼성전자 비메모리 반도체 사업 매출액도 빠른 속도로 성장해왔지만, TSMC와 격차는 점점 벌어지는 추세다. 지난 23년간 TSMC 매출액은 29배, 삼성전자 비메모리 반도체 매출액은 16배 성장했다. 삼성전자와 TSMC 비즈니스 모델에서의 가장 큰 차이점은 삼성전자 비메모리 반도체 사업은 IDM과 파운드리를 병행하는 구조이고, TSMC는 ‘Pure(순전한) 파운드리’라는 점이다.

1980년 설립된 UMC는 대만 최초 반도체 회사로 설립 당시 IDM으로 시작했다. 대만의 두 번째 반도체 회사인 TSMC는 파운드리 사업 모델을 설립한 지 6년 만인 1992년 UMC의 매출액을 추월했다. 1995년 들어 UMC도 ‘Pure 파운드리’ 업체로 전환을 결정했다. 이듬해 Mediatek, Novatek 등과 같은 반도체 설계 사업들을 분사시켰다. 고객사와의 경쟁을 피하고, 파운드리 사업에 집중하기 위해서였다. 하지만 초기 공정 이슈로 설비투자가 위축되면서 시의적절한 대응이 미흡해지자 세컨드 티어에 고착되고 말았다.

삼성전자의 과제와 딜레마

우리나라 정부는 시스템 반도체 산업 육성에 대한 필요성을 지속적으로 강조하고 있고, 삼성전자의 비메모리 반도체 파운드리 사업 확장에 대한 의지도 명확해 보인다. 하지만 최근 삼성전자의 투자 결정 움직임은 탑 플레이어로 등극하고자 하는 의지가 온전히 반영되지 못하고 있는 것으로 판단된다. 기업 총수 부재도 의사결정에 있어서 걸림돌로 작용하고 있겠지만, 그보다도 파운드리 사업에 대한 접근 방식을 메모리 반도체 사업과는 다르게 가져갈 필요가 있다. 전·후 방산업에서의 구조적인 변화와 사업의 본질적인 특성이 다르기 때문이다.

첫째, 단순히 투자 금액으로만 봐도 삼성전자 파운드리와 TSMC의 격차는 벌어질 수밖에 없다. 올해를 포함해 지난 3년간 삼성전자 비메모리 설비투자는 약 270억 달러 수준으로 추정된다. 이에 반해 같은 기간 TSMC는 600억 달러를 넘어설 것이기 때문이다. 더욱이 지금은 EUV라는 신규 노광 기술이 적용되고 있는 과도기다. TSMC와 삼성전자만이 EUV 양산을 도입할 수 있다는 점을 고려하면 삼성전자가 더욱 자신 있게 투자할 만한 산업 환경이다.

둘째, 구글·아마존·알리바바와 같은 대형 IDC(Internet Data Center) 업체들이 각 사 시스템에 최적화된 반도체를 자체적으로 설계하기 위한 R&D에 속도를 내고 있다는 점에도 주목해야 한다. 이것이 현실화될 경우 하이 퀄리티 파운드리 시장은 더욱 빠른 속도로 커질 것이다. 이는 2010년 스마트폰 시장이 고성장 국면에 진입할 당시, 애플이 모바일 AP를 자체 설계하면서 파운드리 업종에 강한 모멘텀으로 작용했다는 점을 상기해본다면 가늠할 수 있을 것이다. 셋째, 파운드리 사업은 공정기술력을 기반으로 한 서비스 산업에 가깝기 때문에 선제적인 설비투자와 친환경 시스템 구축이 수반돼야 다양한 고객사를 확보할 수 있다. 끝으로 근본적인 문제지만, 삼성전자가 IDM 사업과 파운드리 사업을 병행하는 데에는 무리가 따를 수 있다. 삼성전자가 고객사인 팹리스 업체들의 경쟁자가 될 수 있기 때문이다.

- 이재윤 유안타증권 기업분석팀 반도체 애널리스트

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202106호 (2021.05.17)
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