TSMC 1.6 나노 공정 공개, 삼성보다 먼저 치고 나간다

 

TSMC가 최근 반도체 공정 로드맵에 1.6나노 공정 기술을 추가할 예정이라고 밝혔습니다. 업계 최초로 1.6나노 공정 도입을 예고한 건데요. 공정 로드맵에 중간 단계를 하나 더 추가해 경쟁사를 앞서 나가겠다는 전략이죠. 소식 발표 직후, 시장의 기대가 커지면서 주가도 3%가량 상승했습니다.

 

오늘은 TSMC가 공개한다는 새로운 공정에 대한 설명과 더불어, TSMC가 파운드리 업계에서 1위를 달성할 수 있었던 비결이 무엇인지, 최근 TSMC의 실적과 앞으로 해결해야 할 과제까지 담아봤습니다.

 

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TSMC가 공개한 1.6나노 공정, 대체 뭐길래?

✨ 2026년 적용할 새로운 칩 제조 기술

지난 4월 24일(현지 시각), TSMC가 2026년 하반기부터 반도체 생산에 ‘A16’이라는 새로운 칩 제조 기술을 적용할 계획이라고 밝혔습니다. A16은 1.6나노 공정을 의미합니다.

 

현재 사용되고 있는 반도체 제조 공정 중 가장 발전된 기술은 지난 2022년 TSMC와 삼성전자가 선보인 3나노 공정인데요. 1.6나노 공정은 3나노 공정보다 훨씬 미세한 수준의 기술이죠. 이 때문에 TSMC의 1.6나노 공정 도입 계획이 시장에서 더욱 주목받습니다.

 

🔍 나노 공정: 반도체 칩 제조 과정에서 사용되는 반도체 회로의 선폭을 나노미터 단위로 나타낸 반도체 제조 공정입니다. 1나노미터(nm)는 10억분의 1미터(m)에 해당하는 크기로, 1.6나노 공정의 경우 반도체 회로의 선폭이 1.6나노미터 수준이란 것인데요. 수치가 작을수록 더욱 미세한 공정에 해당합니다.

 

👀 1.6나노 공정, 기존 계획에는 없었다

TSMC가 앞서 공개한 반도체 공정 로드맵에는 1.6나노 공정이 포함되지 않았습니다. 2025년에 2나노 공정, 2027년에 1.4나노 공정을 도입할 계획이었죠. 삼성전자도 TSMC와 동일한 시기에 2나노, 1.4나노 공정을 적용하겠다고 밝혔는데요. 이러한 상황에서 TSMC가 1.4나노 공정을 공개하기 전에 1.6나노 공정을 한 차례 더 내놓겠다고 선언한 겁니다. TSMC의 계획대로라면 2026년 TSMC의 기술력이 삼성전자를 앞서게 되는데요. 이에 따라 반도체 미세 공정 경쟁이 더욱 치열해질 것이라는 전망입니다.

 

[파운드리 주요 업체 첨단 공정 로드맵]

시기		삼성전자	TSMC	인텔	라피더스
2022	상반기	3나노 1세대 (GAA)
	하반기		3나노 1세대 (GAA)
2023	상반기			인텔 4 (7나노급)
	하반기			인텔 3 (4나노급)
2024	상반기	3나노 2세대 (GAA)	3나노 2세대 (FinFET)
	하반기			인텔 20A (2나노급)
2025		2나노 (GAA)	2나노 (GAA)	인텔 18A (1.8나노급)	2나노
2026
2027		1.4나노	1.4나노
2028			1.4나노
2030					1나노

 

🙌🏻 기존 공정도 효율화한다고

TSMC는 새로운 미세 공정 기술을 개발하는 한편, 기존 공정을 효율화하는 데도 힘씁니다. 최근 TSMC는 ‘N4C’ 기술을 공개했습니다. N4C는 4나노 공정을 기반으로 비용 효율성을 높인 기술인데요. N4C를 적용하면 기존 4~5나노미터 공정 대비 생산 비용을 최대 8.5% 절감할 수 있습니다.

 

사실 3나노 공정이 공개된 지 꽤 오랜 시간이 흘렀지만, 높은 생산 비용으로 인해 아직 수요가 부족한 상황입니다. 지난 2023년, TSMC의 전체 매출 비중에서도 4~5나노 공정이 37%를 차지했던 반면, 3나노 공정의 비중은 6%에 그쳤죠.

 

마찬가지로 2나노, 1.6나노, 1.4나노 등 더 고도화된 기술을 내놓더라도 단기적으로는 수요가 많지 않을 가능성이 큰데요. TSMC는 이를 고려해 기존 주력 제품에서의 경쟁력도 끊임없이 강화하는 모습입니다.

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TSMC의 파운드리 1위 비결은?

TSMC는 전 세계 파운드리 시장에서 무려 60%가 넘는 점유율을 차지하는 1위 기업입니다. 2위인 삼성전자의 점유율이 10% 초반대에 그치는 걸 고려하면 압도적인 1인자인데요. TSMC가 1위를 달성할 수 있었던 건 협력사와 강력한 관계를 구축한 것과 더불어 핵심 기술과 주요 장비로 생산 역량을 확보한 덕분입니다.

💫 파운드리 선택과 집중

TSMC는 전체 반도체 생태계 중 파운드리 영역을 집중적으로 공략하는 전략을 택했습니다. 파운드리는 고객사가 설계한 반도체를 위탁 생산하는 업체를 칭합니다.

 

주요 경쟁사인 삼성전자의 경우, 반도체 위탁 생산만 아니라 설계 과정에도 직접 관여하는데요. TSMC는 설계는 철저히 고객사에 맡기고 생산만을 담당해 반도체 설계 경쟁에 대한 고객사의 우려를 해소했습니다. 덕분에 핵심 고객사를 확보하는 데 유리했죠.

 

애플, 엔비디아, AMD 등은 모두 TSMC의 주요 고객사입니다. 특히, 애플은 아이폰, 아이패드 등 각종 하드웨어 제품에 탑재되는 애플리케이션 프로세서(AP) 전량을 TSMC에서 공급받습니다. 파운드리만 파고든 TSMC의 선택과 집중 전략이 고객사와 탄탄한 네트워크를 구축하는 데 기여한 겁니다.

 

⭐️ TSMC의 핵심 기술, CoWoS

TSMC는 자체 패키징 기술 ‘CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)’를 통해 독보적인 경쟁력을 확보했습니다.

 

반도체 패키징 과정의 어려움

반도체 패키징은 반도체 회로와 메인보드를 연결해 칩을 포장하는 과정입니다. 반도체 생산의 가장 마지막 단계로, 후공정이라고도 부르는데요. 패키징 과정에서는 반도체 칩이 외부와 신호를 주고받을 수 있도록 회로를 연결해 주는 것이 중요합니다.

 

최근 첨단 공정이 떠오르면서 회로 연결 과정도 복잡해졌는데요. 반도체 회로가 미세해지면서 배선 과정도 그만큼 까다로워진 거죠.

CoWoS로 편리하고 빠르게 신호 연결

TSMC의 CoWoS는 인터포저라는 미세회로 기판을 이용해 배선 과정을 쉽고 편리하게 만들었습니다. 기존에는 개별 칩에 인쇄 회로 기판을 직접 부착해 배선하는 과정이 필요했다면, CoWoS는 인터포저에 여러 칩을 동시에 붙여 신호를 한 번에 공유할 수 있도록 했죠. 덕분에 기존 패키징 기술 대비 차지하는 면적은 줄이고 신호 전달 속도는 높일 수 있었습니다.

 

이제는 TSMC 아니면 생산 어려워

CoWoS라는 고급 패키징 기술을 통해 생산한 반도체는 뛰어난 성능으로 고객사에 큰 인기를 얻었습니다. CoWoS가 적용된 반도체를 탑재한 고객사의 제품도 그만큼 높은 성능을 자랑하며 소비자의 이목을 끌었죠.

 

이 때문에 애플, AMD, 엔비디아 등 TSMC의 주요 고객사는 이제 TSMC의 CoWoS 기술 없이는 제품을 생산할 수 없는 지경에 이르렀습니다. 고객사에 반도체를 납품하는 을의 위치에 있던 TSMC가 고객사에 없어서 안 될 존재인 슈퍼 을로 거듭난 겁니다.

⚙️ 초미세 공정 핵심 장비 다수 보유

TSMC는 초미세 공정에 필수적인 극자외선(EUV) 장비도 가장 많이 보유하고 있습니다. EUV 노광장비는 미세 회로 패턴을 그리는 데 사용되는 장비인데요. 7나노 이하의 반도체 공정에 꼭 필요할뿐더러, 전체 생산비용 중 무려 35% 이상의 비중을 차지하죠. 하지만 세계에서 EUV 장비를 생산하는 업체는 네덜란드의 ASML 한 곳뿐입니다. 이 때문에 1년에 최대로 생산할 수 있는 EUV 장비의 수도 40~50대에 그치는데요.

 

그만큼 EUV 장비를 얼마나 확보했는지가 반도체 시장 내 주요한 경쟁력으로 작용합니다. 2023년 기준 TSMC가 보유한 EUV 장비 수는 100대로, 삼성전자의 두 배를 뛰어넘습니다. 최근 인텔 등 다른 업체도 EUV 장비 확보에 나선 상황에서 이미 EUV 장비를 최다 보유한 TSMC가 유리할 수밖에 없는 상황입니다.

 

🔎 ASML이 궁금하다면??

https://chief-cho.tistory.com/376

기업탐구 "EUV 점유율 1위 슈퍼 을 ASML" 반도체 기술의 핵심

 

💡 위탁 생산을 넘어 설계 제안까지

TSMC가 고객사와 더욱 강력한 협력 관계를 유지할 수 있는 비결은 고객사를 위한 종합 솔루션을 제공하는 데 있습니다. 파운드리 업체의 주요 업무는 고객사로부터 주문받은 반도체를 위탁 생산하는 것인데요.

 

TSMC는 이를 넘어 고객사에 공정 조건 설정, 노광 스펙 결정 등 TSMC의 양산 스펙에 맞는 최적의 반도체 설계를 제안합니다. 직접 반도체를 설계하는 건 아니지만, 설계 과정에서 자사의 생산 공정과 최대의 시너지를 발휘할 수 있도록 고객사와 협력하는 것이죠. 실제로 이러한 협력 체계 덕분에 애플은 맥북에 탑재되는 반도체 칩 생산 업체를 인텔에서 TSMC로 교체하기도 했습니다.

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TSMC, 최근 실적은 어땠을까?

📈 1분기 사상 최대 실적 기록

2024년 1분기, TSMC는 역대 1분기 매출 중 최고치를 경신했습니다. TSMC의 1분기 매출은 5,926억 4천만 대만달러(약 25조 2천억 원)로, 전년 동기 대비 16.5% 증가했습니다. 수익성도 크게 개선됐는데요.

 

1분기 순이익은 전년 동기 대비 16.5% 늘어난 5,926억 4,400만 대만달러(약 25조 629억 원)를 기록했으며, 순이익도 전년 동기 대비 8.9% 증가해 시장 예상치를 웃돌았습니다. 매출총이익률은 54.1%, 영업이익률은 42.0%로 나타났습니다.

💻 AI용 반도체 수요 급증한 덕분

1분기 호실적은 고성능 컴퓨터(HPC)용 반도체 수요가 급증한 덕분입니다. 1분기 HPC 부문 매출은 전 분기 대비 3% 증가해 전체 매출의 46%를 차지했습니다. 스마트폰 부문 매출이 16% 하락한 것과 대비되죠. 몇 년 전만 해도 TSMC 실적은 스마트폰 반도체가 이끌었는데요. AI 시장의 성장에 따라 TSMC의 주요 매출 부문도 뒤바뀌는 추세입니다.

💸 7나노 이하 공정 매출도 늘었다

HPC 부문 수요가 증가하면서 7나노 이하 공정 매출도 크게 늘었습니다. 2023년 1분기 전체 매출 중 절반 정도에 그쳤던 7나노 이하 매출은 지난 1분기 65%까지 올라섰습니다. 그중에서도 5나노 공정의 비중은 37%로 가장 큰 비중을 차지했는데요. 전년 동기와 전 분기 대비 각각 6%P, 3%P 증가했죠. AI 시장 성장세에 따라 초미세 공정에 대한 수요가 증가한 영향입니다.

 

📉 주가는 오히려 내려갔다고

1분기 실적이 전망치보다 높았음에도 주가는 오히려 내려갔습니다. 1분기 실적 발표 직후인 4월 18일(현지 시각), TSMC의 주가는 전 거래일 대비 4.15% 떨어진 133.27달러를 기록했습니다.

 

그동안 TSMC의 캐시 카우를 담당해 왔던 7나노 이상의 공정이 적용되는 저사양 레거시 반도체 수요 부진을 우려한 탓입니다. 반도체는 첨단 공정을 적용한 고성능 반도체와 레거시 공정을 적용한 저사양 반도체로 구분됩니다. 레거시 반도체는 주로 가전제품, 자동차 등에 탑재되는데요. 최근 가전제품 및 자동차 수요 감소에 따라 TSMC의 매출도 큰 타격을 입을 것으로 예상한 겁니다.

 

😎 2024년 매출 작년보다 증가할 것

그럼에도 TSMC는 올해 매출이 작년보다 증가할 것으로 내다봅니다. AI 반도체 칩 수요가 레거시 반도체 수요 감소를 어느 정도 메꿀 수 있을 것으로 바라본 거죠. TSMC에 따르면 2024년 매출은 작년 대비 최소 20% 이상 성장할 전망입니다.

 

당장 다가오는 2분기 매출도 전년 대비 최대 30.1% 증가할 것이라는 예상인데요. 지난 4월 초 대규모 지진으로 인한 피해도 있었지만, 그로 인한 타격보다 AI 시장 성장에 큰 기대를 거는 눈치입니다.

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앞으로 해결해야 할 과제도 많다고?

💰 계속해서 늘어나는 생산 비용

향후 반도체 공장 운영 비용 증가에 따라 수익성이 악화할 전망입니다. 최근 전기 요금은 계속해서 인상되는 추세인데요. AI 수요 증대로 고성능 컴퓨터가 많아지면서 전기 수요가 늘어나는 데다, 러시아-우크라이나 전쟁의 여파로 에너지 가격도 급등하고 있기 때문입니다.

 

특히, 대만은 탈원전 기조로 다른 국가 대비 전기료 인상 폭이 큰 편입니다. TSMC 공장 대부분이 대만에 자리 잡고 있는 만큼 타격이 작지 않을 것으로 예상되죠. TSMC는 전기료 인상에 따라 2024년 매출 총이익률이 전년 대비 0.6~0.7%P가량 감소할 것으로 내다봅니다.

💥 정치적 분쟁에 따른 리스크

정치적 분쟁으로 인한 지정학적 리스크도 무시할 수 없습니다. 미-중 갈등은 물론 대만에 대한 중국의 압박까지 TSMC를 위협하기 때문입니다. 미국 정부는 계속해서 대중 반도체 장비 수출 통제 기조를 유지하고 있는데요.

 

중국은 2023년 TSMC 매출의 12%를 차지할 정도로 중요한 시장이기 때문에 미국의 수출 규제가 계속된다면 TSMC의 반도체 생산에도 차질이 생길 수밖에 없습니다. 게다가 중국마저 대만에 군사 압박을 가하고 있어 자국 내 생산 환경도 그리 안전하지 않습니다.

 

언제든지 무력 침공을 받거나 통제를 받을 수 있는 상황이죠. TSMC는 이에 대응해 미국, 유럽, 일본 등 해외 지역으로 눈을 돌리고 있는데요. 2028년에야 본격적인 생산이 이뤄질 전망인 만큼, 당분간은 정치적 갈등의 영향을 고스란히 떠안을 수밖에 없는 상황입니다.

일본 구마모토  1 공장

🤔 AI 반도체 수익성도 아직은 낮아

단기적으로는 AI 반도체 수요 증가도 수익성 악화에 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 3나노 반도체 관련 매출은 사전에 책정한 가격이 적용되는 반면, 생산 비용은 현시점의 경기 상황을 반영하기 때문이죠.

 

가격은 고정된 상태에서 인플레이션에 따라 생산 비용이 계속해서 증가하면서 수익성이 낮아질 수밖에 없는 겁니다. TSMC에 따르면, 3나노 반도체 판매 증가에 따라 2024년 매출 총이익률이 약 3~4%P 떨어질 거라는 전망입니다.

 

👊🏻 파운드리 공급 과잉도 대비해야 해

파운드리 수요 증가세가 기대치에 미치지 못할 것이라는 전망에 따라 파운드리 공급 과잉까지 예상됩니다. 지난 1분기 ASML의 장비 주문액은 전 분기 대비 90% 가까이 감소했는데요.

 

TSMC는 반도체 업황에 따라 올해 파운드리 성장률을 하향 조정하기도 했죠. 문제는 TSMC를 비롯한 각 반도체 업체가 향후 몇 년간 신규 공장 가동을 여럿 앞두고 있다는 점입니다.

 

TSMC만 해도 현재 미국에 2개의 공장을 설립하고 있으며, 각각 내년과 2028년 반도체 양산을 시작할 예정인데요. 반도체 수요가 크게 늘지 않는 상황에서 새로운 공장까지 가동된다면 수익성에 오히려 부담을 줄 것으로 우려됩니다.

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지금까지 TSMC의 성공 전략, 현황 및 전망까지 자세히 살펴봤습니다. 새로운 첨단 미세 공정 기술을 내놓는다 하더라도 시장에서 활발하게 사용되기까지는 어느 정도의 시간이 걸릴 것으로 예상되는데요. 전통적인 반도체 수요 부진과 생산 비용이 증가하는 상황 속에서 TSMC가 계속해서 좋은 실적을 유지할 수 있을지 지켜볼 필요가 있겠습니다.