반도체 산업에 투자할 때 가장 먼저 알아야 하는 것이 반도체 종류와 반도체 기업 유형입니다. 이 글에서는 반도체에 대해 함께 공부하는 입장에서, 반도체 산업 투자에 필요한 기초적인 지식인 반도체의 종류와 기업들에 대해서 차근차근 다루어보고자 합니다. 먼저 반도체를 메모리 반도체와 비메모리 반도체로 나누어 살펴보고, 이를 바탕으로 반도체 제조와 관련된 기업들을 IDM, 팹리스, 파운드리, OSAT로 나누어 알아보도록 하겠습니다.
반도체 종류
반도체란 도체와 부도체의 중간 상태를 이야기합니다. 어떤 때는 도체처럼 전류를 흘러주지만, 어떤 때는 부도체처럼 전류가 흐르지 않습니다. 이렇게 전류를 제어할 수 있기 때문에 모든 IT 기기에는 반도체가 반드시 필요합니다.
반도체는 크게 메모리 반도체와 비메모리 반도체로 나뉩니다. 메모리 반도체는 기억과 저장 기능을 담당하고, 비메모리 반도체는 연산, 제어, 처리 기능을 담당합니다.
메모리 반도체
메모리 반도체의 대표주자로는 우리의 자랑스러운 기업 삼성전자와 SK하이닉스, 그리고 미국의 마이크론이 있습니다. 메모리 반도체는 수요와 공급에 민감하기 때문에 주가가 사이클을 타고 움직입니다. 그 중에서도 모바일 수요와 서버 수요가 받쳐줄 때 메모리 반도체 주가는 힘을 받을 수 있습니다. 반도체 사이클을 잘 타면 큰 수익을 거둘 수 있지만, 사이클을 반대로 타면 수익을 거두기 위해 꽤 오랜 시간을 기다려야 할 수도 있습니다.
메모리반도체는 다시 램(RAM)과 롬(ROM)으로 나뉘어집니다.
RAM
RAM은 Random Access Memory 의 약자로, 자유롭게 정보를 읽고 지울 수 있으며, 단기기억을 담당하고 있습니다. 전원이 꺼지면 저장된 정보가 사라지는 휘발성 메모리의 특징을 가지고 있고, 속도가 빠릅니다.
RAM에는 D램과 S램 2가지 종류가 있습니다. Dram(Dynamic Random Access Memory)은 저장된 정보가 시간이 흘러감에 따라 자연스럽게 소멸되는 반도체로, 컴퓨터의 기억소자에 많이 쓰입니다. 재충전하는 과정을 통해 기억을 유지시키고, 컴퓨터의 메인메모리, 그래픽모리, 스마트폰, 태블릿, 스마트TV 등 다양한 분야에 사용되고 있습니다. D램은 전체 메모리 반도체 시장의 약 53%를 차지하고 있습니다.
Sram(Static Random Access Memory)은 전원이 공급되어 있을 때에만 정보를 유지하는 반도체입니다. 속도는 매우 빠르지만 회로가 복잡하고 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있습니다. 그래서 그래픽카드 같은 소용량 메모리에 주로 쓰이고 있습니다.
ROM
ROM은 Read Only Memory의 약자로, 우리가 정보를 지우지 않는 이상 데이터가 사라지지 않는 비휘발성 메모리입니다. 그래서 컴퓨터의 입출력 시스템이나 은행ATM 기기의 IC카드에 주로 사용됩니다.
ROM에서 우리는 플래시메모리(Flash Memory)에 주목해야 합니다. 플래시메모리는 ROM의 비휘발적 특성과 RAM의 빠른 속도라는 장점을 모두 가지고 있는 메모리입니다. 플래시메모리는 스마트폰과 PC의 기억보조장치로 사용되고, 빅데이터와 AI 기술이 발달함에 따라 수요도 점점 증가하고 있습니다.
플래시메모리에는 NOR(노어)와 NAND(낸드)가 있습니다. 이 중 낸드는 메모리 반도체 시장의 43% 정도를 차지하고 있고, USB와 SSD에 주로 사용됩니다.
비메모리 반도체
비메모리 반도체는 정보처리를 위해 만들어진 반도체로, 시스템 반도체라고도 합니다. 비메모리 반도체는 전자기기에서 두뇌 역할을 수행하고 있기 때문에 전자제품의 필수적인 반도체입니다. 비메모리 반도체는 전체 반도체 시장의 70% 이상을 차지하고 있을 정도로 매우 중요한 반도체 영역입니다.
비메모리 반도체의 종류는 굉장히 다양합니다. 컴퓨터의 중앙처리장치인 CPU, 모바일기기의 중앙처리장치인 AP, 빛을 전기적인 신호로 바꿔주는 이미지센서 CIS, 배터리의 전력을 효율적으로 관리하는 PMIC, 디지털 신호를 처리하는 DSP, 디스플레이 구동체인 DDI, 그래픽 연산을 수행하는 GPU 등이 있습니다.
비메모리 반도체는 설계하는 회사와 생산하는 회사가 따로 있습니다. 아래에서 보다 자세히 다루겠지만, 반도체를 설계하는 회사를 팹리스, 생산하는 회사를 파운드리라고 합니다.
비메모리 반도체 생산방식은 2D 평면에서 3D FIN FET, 4D GAA FET 방식으로 발전하고 있고, 기술도 나날이 정교해지고 있습니다. 삼성전자는 3나노부터 GAA 방식을 적용하여 TSMC를 역전할 기회를 노리고 있고, TSMC는 2나노부터 GAA 방식을 채택할 계획이라고 합니다.
비메모리 반도체는 메모리 반도체와 다르게 수주 후 생산하는 방식이기 때문에, 사이클보다는 각 기업의 실적이 더욱 중요하다고 할 수 있습니다.
반도체 기업의 종류
반도체는 [설계-생산-패키징과 테스트-판매/유통] 단계를 거쳐 만들어집니다. 이렇게 반도체를 만드는 과정에서 기업들은 특정 단계의 역할을 담당하는데, 어떠한 역할을 담당하느냐에 따라 반도체 기업의 종류가 나뉩니다.
반도체 제조 전 과정을 다루는 기업을 ‘IDM”, 설계 영역을 담당하는 기업을 ‘팹리스’, 생산을 담당하는 기업을 ‘파운드리’, 패키징과 테스트를 담당하는 기업을 ‘ OSAT’라고 합니다. 각 기업들의 특징에 대해 좀 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.
IDM 종합 반도체 기업 (Intergrated Device Manufacturer)
IDM은 모든 반도체 생산 과정을 독자적으로 수행하는 기업을 말합니다. 반도체 개발부터 설계, 생산, 판매까지 모든 과정을 담당합니다. IDM 기업들은 주로 메모리 반도체를 취급하고 있고, 비메모리 반도체는 설계와 생산이 따로 나뉘는 팹리스와 파운드리 기업에서 제조하고 있습니다.
대표적인 IDM 기업으로는 삼성전자, SK하이닉스, 인텔이 있습니다.
팹리스 (Fabless)
팹리스는 반도체 회로를 설계하고 판매를 하는 회사입니다. 팹리스는 반도체 공장을 소유하지 않고 반도체 설계에 투자를 집중합니다. 설계한 반도체는 파운드리 업체에 맡겨 생산을 하고, 생산한 반도체는 자사의 브랜드 이름으로 판매합니다. 팹리스에서 Fab은 공장을 뜻하고, less는 없음을 뜻합니다. 즉, 팹리스는 ‘공장이 없는 기업’이란 뜻입니다.
팹리스 대표적인 기업으로는 애플, 엔비디아, AMD, 퀄컴, 테슬라, 미디어텍, NXP, 우리나라의 LX세미콘이 있습니다.
팹리스와 유사한 기업으로 ‘칩리스’라는 기업이 있는데, 칩리스 역시 팹리스처럼 설계만 담당합니다. 하지만 유통은 하지 않고 설계 라이센스만 판매한다는 점에서 팹리스와 차이가 있습니다.
파운드리 (Foundry)
파운드리란 반도체 생산을 전문적으로 하는 기업을 이야기합니다. 다른 회사의 설계를 바탕으로 반도체 공장에서 생산만 수행합니다. 파운드리 기업의 주 고객사는 팹리스와 칩리스 기업들입니다. 팹리스와 칩리스로부터 수주를 받아 반도체를 생산하는 구조인 것이지요.
대표적인 파운드리 기업으로는 TSMC, 삼성전자, 글로벌파운드리, UMC, DB하이텍이 있습니다. 삼성전자에서도 TSMC를 뛰어넘기 위해 파운드리 공장을 적극적으로 설립하는 등 투자를 확대하고 있습니다.
OSAT 후공정 외주업체 (Outsourced Semiconductor Assembly & Test)
반도체 투자를 하시는 분들은 OSAT에 대해 많이 들어보셨을 것입니다. OSAT는 후공정, 즉 패키징과 테스팅 과정을 전문적으로 다루는 반도체 서비스를 이야기합니다.
전공정을 끝마친 웨이퍼를 패키징하고, 검사도 진행하며, 최종 칩을 고객사에 전달하는 역할까지 수행합니다. 전공정을 늘리기에는 비용도 많이 들고, 성능 개선에도 한계가 있어 후공정이 점점 중요해지고 있습니다. 전공정에 투자하기보다는 결합, 패키징 기술을 발달시켜 칩의 성능을 올리고자 하는 것입니다. 이런 흐름에 따라 OSAT도 점점 중요도가 높아지고 있습니다.
비메모리 OSAT 업체로는 네패스, 두산테스나, 엘비세미콘 3대장이 있습니다. 네패스는 PMIC(전력관리 반도체)와 DDI(디스플레이 구동체)에 주력하고 있고, 네패스아크라는 테스트 자회사를 가지고 있습니다. 두산테스나는 웨이퍼와 패키지 테스트 서비스를 하는 업체로, AP(스마트폰의 두뇌)와 RF(통신용 모뎀칩), CIS(이미지센서)에 주력하고 있습니다. 두산테스나가 다른 업체와 다른 점은 패키징은 하지 않고 테스트만 수행하고 있다는 점입니다. 두산테스나는 삼성 스마트폰 판매량에 직접적인 영향을 받고 있습니다. 엘비세미콘은 DDI에 주력하고 있고, CIS와 AP 테스트로 점차 확대하고 있습니다. DDI와 관련이 깊기 때문에 OLED 수요에 영향을 받습니다.
메모리 OSAT 업체로는 SFA 반도체와 한양디지텍이 있습니다. 두 기업 모두 조립, 테스트, 모듈을 일괄적으로 생산하는 기업입니다. 다만, SFA 반도체는 메모리(80%)와 비메모리를 함께 취급하고 있고, 필리핀에 공장이 있습니다. 반면에 한양디지텍은 메모리를 100% 취급하고 있고, 베트남에 공장이 있습니다.
이 글을 마치며.
지금까지 반도체를 메모리 반도체와 비메모리 반도체로 나누어 살펴보고, 반도체 기업들의 종류에 대해 알아보았습니다. AI 시대로 진입해가는 과정에서 반도체의 역할은 점점 더 중요해지고 있습니다. 현재도 그렇지만 미래에도 반도체는 우리가 꾸준히 관심을 가져야 할 분야입니다.
또한 우리나라는 반도체 부분에서 독보적인 자리를 차지하고 있는 기업들을 많이 보유하고 있습니다. 특히 삼성전자와 SK하이닉스는 메모리반도체 세계 탑 수준이고, 파운드리 부분에서도 영향력을 높이기 위해 최선을 다하고 있습니다. 그러니 우리도 우리나라 기업을 응원하는 마음으로 반도체 산업에 대해 공부해보는 것도 참 좋은 것 같습니다.
이 글을 통해 반도체에 대한 전반적인 이해가 되셨기를 바라면서 글을 마치도록 하겠습니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
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