파운드리란 무엇일까?
다른 회사가 설계한 반도체를 대신 만드는 공장
앞에서 우리는 팹리스(Fabless)라는 회사를 배웠습니다.
팹리스는 반도체를 설계하지만 직접 대형 반도체 생산공장을 운영하지 않는 회사입니다.
대표적으로 NVIDIA, AMD, Qualcomm 같은 기업이 있습니다.
그런데 여기서 중요한 질문이 생깁니다.
NVIDIA가 아무리 좋은 GPU를 설계해도 실제 실리콘 칩으로 만들어내지 못하면 사용할 수 없습니다.
그렇다면 누가 만들어줄까요?
바로 파운드리(Foundry)입니다.
파운드리는 다른 회사가 설계한 반도체를 실제 웨이퍼 위에 만들어주는 전문 제조기업입니다.
대표적으로 잘 알려진 기업이 TSMC입니다.
삼성전자 역시 파운드리 사업을 하고 있습니다.
파운드리를 한 문장으로 설명하면?
파운드리는
다른 회사가 설계한 반도체를 대신 생산해주는 전문 반도체 제조기업
입니다.
아주 단순하게 표현하면
팹리스 = 설계
파운드리 = 생산
입니다.
출판사와 인쇄소로 생각해보자
작가가 책 한 권을 썼다고 생각해보겠습니다.
책의 내용,
표지,
페이지 구성
까지 모두 완성했습니다.
하지만 작가가 직접 인쇄기계를 사서 책 100만 권을 찍지는 않을 수 있습니다.
대신 전문 인쇄소에 파일을 보냅니다.
인쇄소는 책을 실제 제품으로 만들어줍니다.
반도체도 비슷합니다.
팹리스가 반도체 설계를 완성합니다.
↓
파운드리에 설계 데이터를 보냅니다.
↓
파운드리가 웨이퍼 위에 실제 반도체를 만듭니다.
파운드리는 단순한 ‘하청 공장’일까?
그렇게 생각하면 안 됩니다.
파운드리는 세계에서 가장 기술적으로 어려운 제조업 중 하나입니다.
고객이 설계파일을 보내준다고 해서 버튼 하나만 누르면 반도체가 나오는 것이 아닙니다.
앞에서 배운
웨이퍼,
노광,
EUV,
식각,
증착,
도핑,
배선,
수율 관리
같은 수많은 기술이 필요합니다.
특히 3나노, 2나노 같은 첨단공정은 극도로 높은 수준의 제조기술이 필요합니다.
좋은 설계도와 좋은 공장 둘 다 필요하다
세계 최고의 스포츠카 설계도가 있다고 생각해보겠습니다.
그런데 공장에서 부품을 정확하게 만들지 못합니다.
엔진 위치가 조금 틀리고,
나사가 정확하게 맞지 않고,
부품마다 크기가 달라진다면
좋은 자동차를 만들 수 없습니다.
반도체도 같습니다.
좋은 설계가 있어도 실제 제조기술이 따라주지 않으면 좋은 칩이 나오기 어렵습니다.
파운드리는 무엇을 잘해야 할까?
파운드리 회사가 경쟁력을 가지려면 여러 가지가 필요합니다.
첫째, 더 작은 반도체 회로를 만들 수 있어야 합니다.
둘째, 수율이 높아야 합니다.
셋째, 많은 칩을 안정적으로 생산할 수 있어야 합니다.
넷째, 전력과 성능 특성이 좋아야 합니다.
다섯째, 고객이 반도체를 쉽게 설계할 수 있도록 지원해야 합니다.
즉 단순히 공장 크기만 크다고 좋은 파운드리가 되는 것은 아닙니다.
왜 TSMC가 자주 등장할까?
반도체 산업을 공부하면 TSMC라는 이름을 계속 만나게 됩니다.
TSMC는 파운드리 사업을 중심으로 성장한 대표적인 기업입니다.
쉽게 말하면
“당신이 반도체를 설계하면 우리가 실제로 만들어드리겠습니다.”
라는 사업에 집중한 회사입니다.
그래서 다양한 팹리스 회사가 자신의 반도체 생산을 파운드리에 맡길 수 있게 되었습니다.
파운드리가 등장하기 전에는 어떻게 했을까?
과거에는 반도체 회사가
설계도 하고,
공장도 가지고,
생산도 직접 하는
방식이 더 일반적이었습니다.
이를 앞에서 배운 IDM이라고 합니다.
하지만 반도체 공장이 점점 비싸지고 기술도 복잡해졌습니다.
모든 회사가 자체 첨단공장을 운영하기 어려워졌습니다.
공장 하나를 유지하는 것이 왜 어려울까?
반도체 제조공장에는 매우 비싼 장비가 들어갑니다.
대표적으로
노광장비,
식각장비,
증착장비,
검사장비
등이 필요합니다.
공장 내부에는 클린룸도 필요합니다.
엄청난 전기와 물도 사용합니다.
게다가 새로운 공정 세대가 등장하면 계속해서 새로운 장비와 기술에 투자해야 합니다.
그래서 역할을 나누기 시작했다
어떤 회사들은 이렇게 생각했습니다.
“우리는 반도체 설계를 정말 잘한다.”
“하지만 공장까지 직접 운영할 필요가 있을까?”
반대로 어떤 회사는
“우리는 반도체 생산을 아주 잘한다.”
“그러면 다른 회사의 칩까지 대신 만들어주면 되지 않을까?”
라고 생각할 수 있습니다.
이렇게
팹리스 + 파운드리
라는 분업 구조가 발전했습니다.
분업의 장점은 무엇일까?
축구팀을 생각해보겠습니다.
모든 선수가 공격수일 필요는 없습니다.
골키퍼는 골키퍼에 집중하고,
수비수는 수비를 잘하고,
공격수는 골을 넣는 데 집중합니다.
반도체 산업도 비슷합니다.
팹리스는 설계에 집중합니다.
파운드리는 생산에 집중합니다.
장비회사는 장비에 집중합니다.
메모리 회사는 메모리에 집중합니다.
각자가 잘하는 분야에 집중하면서 산업 전체가 발전할 수 있습니다.
파운드리는 어떤 과정을 담당할까?
팹리스 회사가 설계를 완성했다고 생각해보겠습니다.
이 설계를 받은 파운드리는 실제 웨이퍼를 준비합니다.
그리고
증착,
노광,
식각,
도핑,
배선
등 수많은 공정을 반복합니다.
웨이퍼 위에 트랜지스터와 회로를 만들고,
정상적으로 작동하는지 검사합니다.
이렇게 설계가 실제 실리콘 반도체로 변합니다.
설계파일만 보내면 바로 만들 수 있을까?
그렇지는 않습니다.
팹리스가 만든 설계는 파운드리의 제조공정과 맞아야 합니다.
각 파운드리는
어느 정도 크기의 선을 만들 수 있는지,
트랜지스터를 어떤 방식으로 만들지,
배선은 어떻게 구성할지
같은 제조 규칙을 가지고 있습니다.
그래서 반도체 설계는 파운드리가 제공하는 공정 조건을 고려해야 합니다.
레고 설명서를 생각해보자
어떤 사람이 레고 자동차 설명서를 만들었습니다.
그런데 설명서에는 존재하지 않는 크기의 블록을 사용하라고 적혀 있습니다.
그러면 실제 제품을 만들 수 없습니다.
반도체도 마찬가지입니다.
설계가 실제 공장에서 만들 수 있는 규칙을 따라야 합니다.
그래서 팹리스와 파운드리는 설계 초기부터 긴밀하게 협력하는 경우가 많습니다.
PDK란 무엇일까?
파운드리를 공부하면 PDK라는 용어를 만나게 됩니다.
PDK는
Process Design Kit
의 약자입니다.
쉽게 말하면
이 반도체 공장에서 칩을 설계하려면 이런 규칙을 따라야 합니다
라고 알려주는 설계 안내서와 도구 모음입니다.
건축법으로 생각하면 쉽다
건물을 설계할 때 아무렇게나 만들 수는 없습니다.
건축법에 따라
벽 두께,
안전 기준,
배선,
높이
등 여러 규칙을 따라야 합니다.
반도체 설계도 비슷합니다.
파운드리는 자신의 제조공정에 맞는 설계 규칙을 고객에게 제공합니다.
팹리스는 그 규칙에 맞춰 칩을 설계합니다.
3나노 파운드리와 5나노 파운드리는 무엇이 다를까?
앞에서 배웠듯이
3나노,
5나노
같은 숫자는 오늘날 특정 부품 하나의 정확한 길이라기보다 공정 세대를 나타내는 이름에 가깝습니다.
더 발전된 공정에서는 일반적으로
더 높은 트랜지스터 밀도,
더 좋은 전력 효율,
더 높은 성능
등을 목표로 합니다.
그래서 고성능 스마트폰 칩이나 AI 반도체를 설계하는 회사는 첨단공정을 원할 수 있습니다.
모든 팹리스가 가장 최신 공정을 사용할까?
아닙니다.
최첨단 공정은 매우 비쌀 수 있습니다.
어떤 반도체는 굳이 2나노나 3나노가 필요하지 않습니다.
예를 들어
가전제품 제어칩,
일부 자동차 반도체,
산업용 반도체
등은 성능보다
가격,
안정성,
신뢰성
이 더 중요할 수 있습니다.
그래서 오래된 공정도 계속 사용됩니다.
파운드리는 오래된 공정도 중요하다
뉴스에서는 최신 2나노, 3나노 경쟁이 주로 보입니다.
하지만 파운드리 사업 전체를 보면 다양한 공정이 필요합니다.
28나노,
40나노,
그보다 더 성숙한 공정도 여러 제품에 사용됩니다.
반도체 산업에서는 최신 기술만 돈이 되는 것은 아닙니다.
안정적으로 오래 생산할 수 있는 공정도 중요한 사업입니다.
파운드리의 핵심 경쟁력 1: 수율
앞에서 수율을 자세히 배웠습니다.
웨이퍼에서 칩 100개를 만들었는데
90개가 정상이라면
60개만 정상인 경우보다 훨씬 유리합니다.
파운드리에서는 이 수율이 매우 중요합니다.
왜 고객도 수율을 신경 쓸까?
NVIDIA 같은 회사가 새로운 칩을 설계했다고 생각해보겠습니다.
칩 성능은 훌륭합니다.
하지만 제조 수율이 매우 낮습니다.
그러면 같은 수량의 칩을 만들기 위해 더 많은 웨이퍼가 필요합니다.
비용이 올라갈 수 있습니다.
생산량도 부족해질 수 있습니다.
납기도 늦어질 수 있습니다.
그래서 고객사는 파운드리의 수율을 중요하게 봅니다.
파운드리의 핵심 경쟁력 2: 생산능력
수율이 좋아도 공장이 너무 작다면 고객의 주문을 다 만들지 못할 수 있습니다.
예를 들어 AI용 GPU 주문이 갑자기 크게 늘었다고 생각해보겠습니다.
팹리스는
“칩 100만 개를 만들어주세요.”
라고 요청합니다.
하지만 파운드리의 첨단공정 생산라인이 이미 꽉 차 있다면 바로 생산하기 어렵습니다.
따라서 생산능력(Capacity)도 중요합니다.
식당 좌석으로 생각해보자
아무리 맛있는 식당이라도 좌석이 10개밖에 없다면 하루에 받을 수 있는 손님이 제한됩니다.
파운드리도 같습니다.
좋은 공정을 가지고 있더라도 처리할 수 있는 웨이퍼 수에는 한계가 있습니다.
그래서 반도체 회사들은 공장을 계속 증설하기도 합니다.
파운드리의 핵심 경쟁력 3: 성능과 전력
같은 설계를 생산하더라도 공정에 따라
최대 속도,
전력 소비,
발열
등에서 차이가 날 수 있습니다.
특히 스마트폰이나 AI 칩에서는 전력 효율이 매우 중요합니다.
스마트폰은 배터리가 중요하고,
AI 데이터센터는 엄청난 전기를 사용하기 때문입니다.
AI 시대에 전력 효율이 중요한 이유
AI GPU가 10% 더 빠른데 전기를 두 배 사용한다면 항상 좋은 선택이라고 할 수 없습니다.
데이터센터에는 GPU가 수천 개, 수만 개 사용될 수 있습니다.
칩 하나의 전력 차이가 전체 데이터센터에서는 엄청난 차이가 될 수 있습니다.
그래서 첨단 파운드리에서는 단순히 빠른 칩뿐 아니라 전력 효율이 좋은 칩을 만들 수 있는가도 중요합니다.
파운드리의 핵심 경쟁력 4: 고객 지원
파운드리 회사는 단순히 제조만 해주는 것이 아닙니다.
팹리스가 자신의 공정을 잘 사용할 수 있도록 다양한 설계 지원을 제공합니다.
예를 들어
설계 규칙,
검증 도구,
반도체 IP,
EDA 회사와의 협력
등이 필요합니다.
공장만 있어서는 고객이 오지 않는다
최고급 프린터를 가진 인쇄소가 있다고 생각해보겠습니다.
그런데 파일 형식이 너무 복잡하고,
인쇄 규칙도 설명해주지 않고,
문제가 생겨도 아무도 도와주지 않습니다.
그러면 고객은 사용하기 어렵습니다.
파운드리도 마찬가지입니다.
고객이 자신의 칩을 쉽게 설계하고 생산할 수 있도록 생태계를 만들어야 합니다.
파운드리의 핵심 경쟁력 5: 신뢰
팹리스 회사가 새로운 반도체 개발에 엄청난 돈을 투자했다고 생각해보겠습니다.
그런데 파운드리가 약속한 날짜에 제품을 만들지 못합니다.
그러면 스마트폰이나 그래픽카드 같은 최종 제품 출시 일정도 늦어질 수 있습니다.
그래서 파운드리는
품질,
납기,
생산 안정성
에서 고객의 신뢰를 얻는 것이 중요합니다.
TSMC가 파운드리에 집중했다는 것은 무슨 의미일까?
TSMC의 중요한 특징 중 하나는 파운드리 중심의 사업모델입니다.
쉽게 말하면
“우리는 고객이 설계한 반도체를 잘 만들어주는 일에 집중하겠습니다.”
라는 전략입니다.
이런 사업 구조는 팹리스 회사가 자신의 제품과 제조기업의 제품이 직접 경쟁할 수 있다는 걱정을 줄이는 데도 도움이 될 수 있습니다.
왜 고객과 경쟁하지 않는 것이 중요할까?
가상의 상황을 생각해보겠습니다.
A 회사는 스마트폰을 직접 만들면서 다른 스마트폰 회사의 제품도 대신 생산해줍니다.
고객 입장에서는 이런 걱정을 할 수 있습니다.
“우리 제품 정보를 경쟁사가 알게 되는 것은 아닐까?”
반도체에서도 비슷한 문제가 생길 수 있습니다.
그래서 파운드리 회사의 사업구조와 고객 신뢰가 중요합니다.
삼성전자의 파운드리는 구조가 조금 다르다
삼성전자는 파운드리만 하는 회사가 아닙니다.
메모리 반도체도 만들고,
스마트폰도 만들고,
자체 시스템반도체도 설계하며,
파운드리 사업도 합니다.
즉 여러 사업을 동시에 가지고 있습니다.
이것은 장점도 있고 복잡한 점도 있습니다.
삼성전자의 장점은 무엇일까?
여러 반도체 기술을 한 회사 안에서 가지고 있다는 장점이 있습니다.
예를 들어
메모리,
로직 반도체,
파운드리,
패키징
등 다양한 기술을 연결할 가능성이 있습니다.
AI 시대에는 GPU, HBM, 패키징처럼 여러 기술을 연결하는 것이 중요해지고 있기 때문에 이런 종합적인 기술력이 장점이 될 수 있습니다.
반대로 어떤 어려움이 있을까?
고객과 경쟁하는 사업을 함께 가지고 있으면 고객의 입장에서는 여러 요소를 고려할 수 있습니다.
또 여러 사업에 동시에 대규모 투자가 필요합니다.
따라서 파운드리 사업의 성공은 단순히 최신 공정을 개발하는 것만으로 결정되지 않습니다.
기술,
수율,
생산능력,
가격,
고객 신뢰
가 모두 중요합니다.
Intel도 파운드리를 할까?
Intel은 전통적으로 CPU를 직접 설계하고 직접 생산해온 대표적인 IDM 기업입니다.
하지만 현대 반도체 산업에서는 제조 역량을 다른 고객에게 제공하려는 파운드리 전략도 중요해지고 있습니다.
이처럼 한 회사가 반드시 하나의 사업형태에만 머무르는 것은 아닙니다.
반도체 산업 구조는 계속 변합니다.
파운드리와 IDM의 차이를 다시 정리해보자
팹리스
칩을 설계하고 생산은 외부에 맡깁니다.
파운드리
다른 회사가 설계한 칩의 생산을 전문적으로 맡습니다.
IDM
칩을 설계하고 직접 생산하는 것이 기본 형태입니다.
하지만 실제 대기업들은 여러 사업을 함께 하기도 하기 때문에 항상 딱 한 종류로만 나누기는 어렵습니다.
파운드리가 있으면 작은 반도체 회사도 기회를 얻는다
파운드리 산업이 없다고 생각해보겠습니다.
새로운 AI 반도체 회사를 시작하려면
반도체 설계팀도 만들고,
수십조 원 규모의 첨단 공장까지 직접 지어야 할 수 있습니다.
새로운 회사가 시장에 들어오기 매우 어렵습니다.
하지만 파운드리를 이용할 수 있다면 공장을 직접 만들지 않고도 설계에 집중할 수 있습니다.
이것이 현대 팹리스 산업이 발전할 수 있었던 중요한 이유 중 하나입니다.
그래서 파운드리는 반도체 산업의 플랫폼과 비슷하다
앱 개발자를 생각해보겠습니다.
앱 개발자는 스마트폰 자체를 만들 필요가 없습니다.
이미 만들어진 스마트폰 플랫폼을 이용해 새로운 서비스를 만들 수 있습니다.
파운드리도 어느 정도 비슷합니다.
반도체 설계회사가 첨단 제조공장을 직접 만들지 않고도 파운드리의 제조 플랫폼을 활용해 자신의 제품을 만들 수 있습니다.
AI 시대에 파운드리가 더 중요해진 이유
AI가 발전하면서 고성능 반도체 수요가 증가했습니다.
고성능 GPU,
AI 가속기,
CPU,
네트워크 반도체
등을 더 많이 만들어야 합니다.
이 반도체를 설계하는 회사가 많아져도 실제 생산할 첨단공장이 부족하면 제품 공급을 늘리기 어렵습니다.
그래서 AI 시대에는 설계능력뿐 아니라 제조능력도 매우 중요한 자원이 됩니다.
GPU만 만들어서는 AI 서버가 완성되지 않는다
AI용 반도체 공급망을 다시 살펴보겠습니다.
팹리스
GPU를 설계합니다.
↓
파운드리
GPU를 실제 웨이퍼 위에 만듭니다.
↓
메모리 기업
HBM을 만듭니다.
↓
첨단 패키징
GPU와 HBM을 연결합니다.
↓
서버 제조
여러 GPU를 서버에 넣습니다.
↓
데이터센터
AI를 학습하고 서비스합니다.
파운드리는 이 연결고리 가운데 핵심 제조 단계입니다.
파운드리 공장이 한 지역에 몰리면 어떤 문제가 생길까?
반도체 제조능력이 특정 지역에 지나치게 집중되어 있다면 위험이 생길 수 있습니다.
자연재해,
전쟁,
정치적 갈등,
전력 문제
등이 발생했을 때 세계 반도체 공급이 영향을 받을 수 있기 때문입니다.
그래서 최근 여러 나라가 자국 내 반도체 생산시설을 늘리려는 이유 중 하나도 공급망 안정과 관련이 있습니다.
왜 미국도 반도체 공장을 중요하게 생각할까?
반도체는 단순한 전자제품 부품이 아닙니다.
AI,
국방,
통신,
자동차,
산업기계,
우주산업
등 거의 모든 첨단산업에 필요합니다.
그래서 첨단 반도체를 어디에서 생산할 수 있는지는 국가 전략과도 연결됩니다.
앞으로 반도체 지정학을 배울 때 파운드리가 왜 중요한지 다시 등장합니다.
파운드리 경쟁에서 2나노만 보면 안 되는 이유
반도체 뉴스를 보면
“누가 2나노를 먼저 만들었나?”
라는 이야기가 많이 나옵니다.
하지만 진짜 경쟁력은 훨씬 복잡합니다.
최신 공정이 있어도
수율이 낮다면?
생산량이 부족하다면?
가격이 너무 비싸다면?
고객이 설계하기 어렵다면?
원하는 날짜에 공급하지 못한다면?
고객은 다른 선택을 할 수 있습니다.
결국 고객이 원하는 것은 ‘좋은 칩을 안정적으로 만드는 것’
파운드리의 핵심은 화려한 숫자 하나가 아닙니다.
고객이 설계한 칩을
좋은 성능으로
적절한 전력으로
높은 수율로
필요한 수량만큼
약속한 날짜에
생산해주는 것이 중요합니다.
이것이 진짜 제조 경쟁력입니다.
오늘 내용 한눈에 정리하기
오늘은 일곱 가지를 기억하면 됩니다.
첫째, 파운드리는 다른 회사가 설계한 반도체를 대신 생산하는 전문 제조기업입니다.
둘째, 팹리스가 설계를 담당한다면 파운드리는 실제 웨이퍼 제조를 담당합니다.
셋째, TSMC는 대표적인 파운드리 기업이며 삼성전자도 파운드리 사업을 하고 있습니다.
넷째, 파운드리는 노광·식각·증착·수율 등 매우 높은 제조기술이 필요합니다.
다섯째, 좋은 파운드리는 최신 공정뿐 아니라 수율·생산능력·전력·가격·고객지원이 모두 중요합니다.
여섯째, 파운드리의 발전 덕분에 팹리스 회사는 거대한 공장을 직접 짓지 않고 반도체 설계에 집중할 수 있습니다.
일곱째, AI 시대에는 첨단 반도체 제조능력 자체가 매우 중요한 산업 자원이 되고 있습니다.
그렇다면 설계와 생산을 모두 직접 하는 회사도 있을까?
지금까지 우리는 역할이 나누어진 두 회사를 배웠습니다.
팹리스
반도체를 설계합니다.
파운드리
반도체를 생산합니다.
그런데 어떤 회사는 이 두 가지를 모두 합니다.
자신이 사용할 반도체를 직접 설계하고,
자신의 반도체 공장에서 직접 생산합니다.
이런 회사를 IDM이라고 합니다.
대표적인 예로 Intel이 있으며, 삼성전자 역시 여러 사업에서 설계와 생산을 모두 수행하는 구조를 가지고 있습니다.
그렇다면 모든 반도체 회사가 IDM이 되면 더 좋은 것 아닐까요?
왜 NVIDIA는 공장을 버리고 설계에 집중하고, TSMC는 제조에 집중하는데 Intel과 삼성전자는 설계와 제조를 함께 하는 걸까요?
다음 글에서는
「IDM이란 무엇일까?｜설계부터 생산까지 직접 하는 삼성과 Intel」
을 통해 반도체 산업의 세 번째 중요한 사업모델을 알아보겠습니다.
파운드리를 평가하는 다섯 가지 기준
| 기준 | 확인할 내용 |
|---|---|
| 공정 기술 | 제품에 필요한 성능·전력·면적을 구현하는가? |
| 수율 | 웨이퍼에서 양품 칩을 안정적으로 얻는가? |
| 설계 생태계 | EDA·IP·설계 지원이 충분한가? |
| 생산 능력 | 고객 물량을 일정에 맞춰 공급하는가? |
| 패키징 | 칩렛·HBM을 포함한 첨단 패키징을 제공하는가? |
‘몇 나노 공정이 가능한가’만으로 파운드리 경쟁력을 평가하면 부족합니다. 고객은 수율, 납기, 설계 지원, 패키징까지 합친 전체 결과를 구매합니다.
관련 글과 공식 자료
파운드리 글에서 집중할 질문
이 글은 ‘어떤 회사가 반도체를 설계하는가’보다, 고객의 서로 다른 설계를 실제 칩으로 안정적으로 생산하려면 무엇이 필요한지를 설명합니다.
자주 묻는 질문
파운드리는 설계를 전혀 하지 않나요?
고객 제품의 핵심 기능은 고객이 설계하지만, 파운드리는 공정에 맞는 설계 규칙과 라이브러리, 검증 환경을 제공해 생산 가능한 설계가 되도록 지원합니다.
미세공정 숫자만 작으면 최고의 파운드리인가요?
아닙니다. 수율, 생산능력, 납기, 패키징, 설계 생태계와 고객 신뢰까지 함께 봐야 합니다.
댓글 0
첫 댓글을 남겨보세요.