최선단·레거시 공정 모두 난항...삼성 파운드리 결단의 시간 오나

"수율 개선 선순환 구조 시급해"..."파운드리 대신 시스템LSI 분사도 고려해야"

세계 파운드리 시장이 격랑의 시기를 맞고 있다. 대만 TSMC가 견조한 AI 수요로 성장세를 이어가는 가운데, 인텔은 대규모 적자 속 파운드리 사업부를 분사하는 등 자구책 마련에 나섰다. 이에 삼성전자도 파운드리 경쟁력 강화를 위해 발빠른 결단을 내려야 한다는 의견이 업계 안팎에서 제기된다.

23일 업계에 따르면 삼성전자는 파운드리 사업 전반에서 다양한 위기와 기회 요소를 안고 있다는 평가가 나온다.

삼성전자 모바일 AP '엑시노스'(사진=삼성전자)

■ 최선단 공정 난항…과감한 결단 필요한 시기

김형준 차세대지능형반도체사업단장은 기자와의 통화에서 "거대 IDM(종합반도체기업)인 인텔도 최근 파운드리 사업에서 난항을 겪고 있다"며 "비슷한 시스템을 갖춘 삼성전자도 돌파구를 찾기 위한 과감한 결단을 내려야 할 시기라고 본다"고 평가했다.

앞서 인텔은 지난 17일 파운드리 사업부를 자회사로 분사하는 방안의 구조조정을 시행하기로 결정했다.

2021년 파운드리 사업 재진출을 추진하면서 세계 각국에 첨단 연구개발(R&D) 및 제조 팹을 마련했으나, 지속된 적자로 재정적 어려움에 빠졌기 때문이다. 인텔 파운드리 사업부는 지난해에만 70억 달러의 영업손실을 기록했으며, 올 상반기에도 누적 적자 규모가 53억 달러를 넘어선 것으로 나타났다.

지난 7월 9일 삼성동 코엑스에서 열린 '삼성 파운드리 포럼 2024(Samsung Foundry Forum 2024)'에서 삼성전자 파운드리 사업부장 최시영 사장이 기조연설을 하고 있다.(사진=삼성전자)

삼성전자 역시 3나노미터(nm) 이하 최선단 공정 분야에서 이렇다할 두각을 나타내지 못하고 있다. 중국 판세미·일본 PFN·미국 암바렐라 등 수주를 따내기는 했으나, 엔비디아, AMD, 퀄컴, 애플 등 글로벌 빅테크는 주요 제품을 사실상 TSMC에만 의존하고 있는 형국이다.

대표적인 사례는 삼성 파운드리의 핵심 고객사인 삼성 시스템LSI가 설계한 '엑시노스 2500'이다. 엑시노스 2500은 삼성 2세대 3나노 GAA(게이트-올-어라운드) 공정 기반의 모바일 AP(어플리케이션 프로세서)로, '갤럭시S25' 시리즈용으로 개발돼 왔다. 그러나 지속된 수율 문제로 탑재가 불투명해지고 있다.

시스템반도체 업계 관계자는 "삼성전자가 최선단 공정에서 수율 개선에 어려움을 겪고 있는 것으로 안다"며 "고객사를 다수 확보하고 레퍼런스를 쌓아 규모의 경제를 이뤄야 하는데, 지금은 그러한 선순환이 되지 않고 있다"고 설명했다.

■ "레거시 공정도 TSMC에 한 세대 뒤쳐져…경쟁력 높여야"

레거시(성숙) 공정도 상황은 비슷하다. 레거시는 업계 선단 영역인 7나노 이전 세대의 공정으로, 8·12·14·28·40 등 다양한 공정으로 구분된다.

최선단 공정 대비 매출이나 수익성은 떨어지지만, 해당 분야의 칩을 설계하는 팹리스가 여전히 많기 때문에 파운드리 입장에서도 포기할 수 없는 시장이다. 특히 올해 들어 국내는 물론 중국 팹리스들도 삼성 파운드리와의 거래를 적극 문의 중인 것으로 알려졌다.

삼성전자 평택캠퍼스 조감도(사진=삼성전자)

다만 삼성 파운드리의 일부 레거시 공정의 경우, 대만 TSMC보다 한 세대 뒤쳐졌다는 평가가 나온다.

업계 한 관계자는 "삼성전자와 TSMC가 동일한 공정에서는 수율이나 IP(설계자산) 라이브러리 등에서 차이가 날 수밖에 없다"며 "때문에 삼성전자의 8나노와 TSMC의 12나노 공정을 비교군으로 두고 고민하는 팹리스가 많은 것이 현실"이라고 꼬집었다.

물론 삼성 파운드리가 국내 팹리스와의 협력으로 레거시 공정 생태계를 강화할 여지는 남아있다.

업계 관계자는 "국내 팹리스 기업들이 삼성전자에 레거시 공정 생산능력을 강화해달라는 목소리를 지속적으로 내고 있다"며 "향후 28나노나 14나노 등 비교적 수요가 견조할 것으로 예상되는 레거시 공정에서 협업이 활발히 이뤄질 수 있다"고 밝혔다.

■ "파운드리 대신 시스템LSI 분사도 고려해야"

이번 인텔의 파운드리 분사 사례 처럼 업계에서는 삼성전자가 파운드리 사업부를 분사해야 한다는 의견을 오랫동안 제기해 왔다. 파운드리 사업부를 분리해야 팹리스 고객사와의 이해충돌이 발생하지 않고, 운영 효율성을 강화할 수 있다는 이점 때문이다.

이와 관련해 김형준 단장은 "학계 전문가들과 논의해보면, 삼성 파운드리 경쟁력 강화 방안에 대한 의견이 달라졌다"며 "처음에는 파운드리 사업 분사가 주류였으나, 최근엔 시스템LSI를 분사해야 하는 게 맞다는 의견이 많다"고 말했다.

현재 삼성 파운드리는 최선단 공정에 EUV(극자외선) 등 고난이도 기술을 활용하고 있다. EUV는 기존 반도체 노광공정 소재인 ArF(불화아르곤) 대비 빛의 파장이 13분의 1 수준으로 짧아(13.5나노미터) 초미세 공정 구현에 용이하다.

EUV는 최선단 D램 등 메모리 분야에도 적용되기 때문에, 삼성전자가 제조업 관점에서 시너지를 낼 수 있을 것이라는 게 김형준 단장의 설명이다.

김 단장은 "시스템LSI 분사 시, 우수한 인력들이 다양한 스타트업을 만들어 국내 시스템반도체 생태계를 성장시키는 효과도 얻을 수 있다"며 "지금처럼 담보된 물량을 주고받는 관계에서 벗어나 자생력을 기르기 위해서는 시스템LSI 분사를 고려해야할 것"이라고 강조했다.