파운드리로 망신당한 삼성전자, 이젠 파운드리로 부활 조짐

 

패러디 삽화=최로엡 ai화백

 파운드리(Foundry)란 반도체 산업에서 팹리스(fabless) 기업의 설계 데이터를 위탁받아 칩을 생산하는 전문 제조업체를 말한다. 파운드리는 원래 주조 공장을 가리키는 영어 단어에서 유래했으며, 설계 없이 제조(fab)에만 집중한다는 뜻이다. 따라서 파운드리업체는 고가의 팹 시설을 운영하는, 대표적인 TSMC나 삼성전자, 인텔과 같은 기업을 지칭한다. 반면 팹리스업체(예: 퀄컴, 애플)는 설계만 하고 생산은 이들 파운드리 전문업체에 외주를 주는 것이다.

 당초 반도체 산업의 초기 단계인 1970년대까지만 해도 모든 반도체 기업은 설계와 제조를 동시에 수행하는 수직 통합형 모델(IDM)을 채택하고 있었다.  텍사스 인스트루먼트(TI), 모토로라, 인텔과 같은 기업들은 자체적인 설계를 바탕으로 자사 소유의 팹(Fab·반도체,디스플레이 생산 공장)에서 칩을 생산했으며, 공정 기술의 발전은 곧 자사 제품의 경쟁력과 직결되었다. 그러나 1980년대에 접어들어 무어의 법칙(Moore's Law)에 따른 공정 미세화 속도가 가속화되면서, 개별 기업이 감당해야 할 연구개발(R&D) 비용과 설비 투자 규모는 기하급수적으로 증가하기 시작 했다. 인텔 공동창업자(고든 무어)가 주장한 '무어의 법칙'은 집적회로(반도체 칩)에 집적되는 트랜지스터(소자)의 수가 일정한 기간(대략 18~24개월)마다 두 배 정도로 증가한다는 경험적 관찰·예측을 말한다. 이런 속도에 따른 비용 부담의 증가는 반도체 설계 전문 기업(Fabless)들의 등장을 촉진하였으나, 초기 팹리스들은 자신들의 설계를 생산해 줄 제조 시설을 찾는 데 큰 어려움을 겪었다. 당시 IDM기업들은 자사 제품 생산에 우선순위를 두었으며, 팹리스의 위탁 생산 요청은 유휴 시설을 활용하는 부차적인 업무에 불과하였다. 또한 팹리스 입장에서는 잠재적 경쟁자인 IDM에게 자사의 핵심 설계도를 넘겨야 한다는 보안상의 위협이 상존하고 있었다.

  이런 산업적 모순을 간파한 인물이 바로 대만 TSMC의 설립자 모리스 창(Morris Chang)이다.

 1987년, 대만 정부의 전폭적인 지원과 공업기술연구원(ITRI)의 기술력을 바탕으로 설립된 TSMC는 "고객과 경쟁하지 않는다"는 혁신적인 비즈니스 모델을 제시하며 세계 최초의 순수 파운드리(Pure-play Foundry) 시대를 열었다. TSMC의 등장은 반도체 산업의 진입 장벽을 획기적으로 낮웠으며, 엔비디아(Nvidia), 퀄컴(Qualcomm), 애플(Apple)과 같은 거대 팹리스 기업들이 제조 시설에 대한 부담 없이 혁신적인 설계에만 집중할 수 있는 생태계를 조성했다.

 반도체 산업의 패러다임이 설계와 제조의 수직적 통합에서 전문화된 분업 체계로 전환된 이후, 파운드리(Foundry)는 단순한 위탁 생산 거점을 넘어 글로벌 기술 패권의 핵심 요충지로 부상했다. 과거 '반도체 왕국'으로 불리던 통합형 제조사(IDM)들의 시대가 저물고, 대만의 TSMC를 필두로 한 전용 파운드리 모델이 시장을 장악하면서 현대 전자 산업의 지형도는 근본적으로 재편되었다. 현재 진행 중인 이른바 '파운드리 삼국지'는 대만의 TSMC, 한국의 삼성전자, 그리고 재도약을 선언한 미국의 인텔이 벌이는 초미세 공정 및 첨단 패키징 경쟁으로 요약된다.

 반도체 산업에서 팹 기업과 팹리스 기업으로 분화 역사

연도	주요 사건	산업적 영향
1948	트랜지스터 발명 (벨 연구소)	반도체 산업의 태동
1960s-70s	IDM 모델 지배 (인텔, TI 등)	설계와 제조의 수직 통합
1987	TSMC 설립 (모리스 창)	순수 파운드리 모델의 탄생
1990s	팹리스-파운드리 분업 확산	반도체 생태계의 전문화 가속
2021	인텔 IDM 2.0 선언	파운드리 삼국지 구도의 본격화

 

 TSMC는 매년 매출액의 7~9%를 연구개발에 투입하며 초미세 공정의 한계를 돌파해 왔다. 특히 이들의 운영 전략은 혁신적인 돌파구보다는 '점진적이고 지속적인 개선'에 기반을 둔다. 대만 내에 집중된 거대 팹 클러스터는 연구 인력과 제조 엔지니어 간의 실시간 소통을 가능케 하여, 새로운 공정이 도입될 때 발생하는 수율 문제를 가장 빠르게 해결하는 원동력이 된다. 

 반도체 수율(Yield)은 웨이퍼에서 생산된 칩 중 정상 작동하는 양품 칩의 비율을 백분율로 나타낸 지표다. 투입 웨이퍼 대비 결함 없는 칩 수로 계산되며, 수율이 높을수록 제조 비용이 줄고 수익성이 높아진다. 따라서 수율(%) = (정상 칩 개수 / 총 생산 칩 개수) × 100으로 구한다. 예컨대 웨이퍼당 100개 칩 중 90개가 양품이면 90% 수율이다

  한마디로 TSMC가 무리한 도약보다는 안정적인 공정 확립을 우선시하는 이러한 태도는 애플과 엔비디아 같은 대형 고객사들로부터 "예측 가능한 로드맵"이라는 강력한 신뢰를 얻는 배경이 됐다.

삼성전자 파운드리의 위기와 구조적 한계

한국의 삼성전자는 메모리 반도체 분야에서의 압도적 지위를 바탕으로 파운드리 시장에서도 '초격차'를 달성하고자 했으나, 현재까지 TSMC와의 점유율 격차는 오히려 벌어지고 있는 양상이다. 반도체시장 조사업체인 트렌드포스의 2025년 전망 점유율은 TSMC 56%, 삼성전자 22%,인텔 7% 순이다. 이러한 부진의 원인은 기술적 측면뿐만 아니라 구조적, 조직 문화적 측면에서 복합적으로 나타난다.

  IDM 모델의 내재적 모순: 이해 상충과 신뢰의 위기

 아이러니컬하게도 삼성전자의 가장 큰 약점은 설계(시스템LSI), 제조(파운드리), 메모리가 한 지붕 아래 있는 통합형 모델(IDM)이라는 점이다. 삼성전자의 시스템LSI 사업부는 엑시노스(Exynos) 프로세서를 통해 퀄컴이나 애플과 경쟁하며, MX(모바일 경험) 사업부는 갤럭시 스마트폰을 통해 전 세계 스마트폰 시장에서 애플과 직접 맞붙는다. 이러한 구조 하에서 팹리스 고객사들은 자사의 핵심 설계 자산이 삼성전자의 설계 부서로 유출되거나, 삼성의 자체 제품 생산을 위해 자사의 물량이 후순위로 밀릴 수 있다는 우려를 지우기 어렵다. 

 따라서 관련업계에서는 삼성전자가 파운드리 사업부를 완전히 분사해야 한다는 주장이 지속적으로 제기되어 왔다. 독립적인 법인으로서 고객사와의 신뢰 관계를 재구축해야만 엔비디아나 퀄컴 같은 대형 고객사로부터 안정적인 물량을 확보할 수 있다는 논리였다. 그러나 삼성 수뇌부는 메모리와 파운드리의 시너지, 그리고 막대한 설비 투자를 감당하기 위한 메모리 사업의 자금력 등을 이유로 분사에 부정적인 입장을 유지했다. 

기술적 패착: GAA 조기 도입과 수율 잔혹사

삼성전자는 TSMC와의 격차를 단숨에 좁히기 위해 3나노 공정에서 세계 최초로 게이트올어라운드(Gate-All-Around, GAA) 구조를 채택하는 승부수를 던졌다. GAA는 기존 핀펫(FinFET) 공정보다 전류 흐름을 더 정밀하게 제어할 수 있어 전력 효율과 성능 면에서 우수하지만, 제조 난이도가 극도로 높다.

 하지만 삼성전자의 이 과감한 시도는 심각한 수율 부진으로 이어졌다. 삼성의 1세대 3나노 GAA(SF3E) 공정은 초기 수율이 20~30% 수준에 머물며 대형 고객사를 유인하는 데 실패했고, 암호화폐 채굴용 칩 등 틈새시장에만 활용되는 결과를 초래했다. 반면 TSMC는 3나노에서 안정적인 핀펫 구조를 유지하며 높은 수율을 확보한 뒤, 애플의 물량을 독점적으로 수주하며 막대한 이익을 거뒀다. 

조직 문화의 경직성과 인력 유출

조직 내부의 문화적 문제 또한 심각한 저해 요인으로 지목된다. 삼성전자의 전직 엔지니어들은 "실패를 용납하지 않는 보수적인 문화"와 "재무 지표 중심의 의사결정"이 혁신을 가로막고 있다고 증언했다. 특히 공정 과정에서 발생한 결함을 상부에 보고할 때, 이를 축소하거나 은폐하려는 '허위 보고 문화'가 존재해 실제 양산 단계에서 수율 문제가 뒤늦게 터져 나오는 악순환이 반복되었다는 지적이다.  

 특히 삼성의 성공을 이끌어온 '메모리 혈통주의'는 파운드리나 시스템LSI 부서원들에게 상대적인 박탈감을 안겨줬으며, 이는 우수한 엔지니어들이 SK하이닉스나 해외 경쟁사로 이탈하는 원인이 됐다. 서비스 마인드가 필수적인 파운드리 비즈니스에서 제조 중심의 메모리 문법을 강요한 것이 근본적인 패착이라는 분석이다. 

인텔의 귀환: IDM 2.0과 18A 공정의 야망

한때 반도체의 제왕이었던 인텔은 10나노 공정 전환 지연으로 겪었던 수년간의 굴욕을 씻기 위해 팻 겔싱어(Pat Gelsinger) 주도로 IDM 2.0 전략을 발표하며 파운드리 시장에 재진입했다. 인텔의 전략은 '4년 내 5개 노드 달성'이라는 유례없이 공격적인 로드맵에 기반하고 있다.

18A 공정과 후면 전력 공급(BSPDN) 기술

인텔이 반전의 핵심으로 내세우는 것은 1.8나노급인 18A 공정이다. 인텔은 이 공정에서 리본펫(RibbonFET, 인텔의 GAA 명칭)과 파워비아(PowerVia)라는 두 가지 혁신 기술을 동시에 도입할 계획이다. 특히 파워비아는 전력 배선을 웨이퍼 뒷면에 배치하는 후면 전력 공급 네트워크(BSPDN) 기술로, 신호 선과의 간섭을 줄여 성능을 극대화하고 칩 면적을 줄일 수 있는 게임 체인저로 평가받는다. 

인텔은 2025년 말 18A 공정의 본격 양산을 목표로 하고 있으며, 이미 마이크로소프트(MS)로부터 자체 AI 가속기 및 서버용 CPU 생산 물량을 확보하는 데 성공했다. 또한 엔비디아와 50억 달러 규모의 파트너십을 체결하여 첨단 패키징 서비스를 제공하기로 하는 등 파운드리 생태계 내에서의 입지를 빠르게 넓히고 있다. 

재무적 위기와 리더십의 변화

그러나 인텔의 앞날 역시 순탄치만은 않다. 2025년 2분기 기준 인텔 파운드리 부문은 31.7억 달러의 영업 손실을 기록하며 재무적 부담이 가중되고 있다. 공격적인 설비 투자를 감당하기 위해 인텔은 핵심 인력의 15%를 감축하고 오하이오, 독일, 폴란드 등의 팹 건설 계획을 조정하는 등 강도 높은 구조조정을 진행 중이다. 2024년 말 팻 겔싱어의 해임 이후 립부 탄(Lip-Bu Tan)이 CEO로 부임하며 리더십이 교체된 점은 인텔의 로드맵 이행 능력에 대한 시장의 의구심을 자극하고 있다. 

AI 시대의 새로운 격전지: 첨단 패키징과 칩렛

TSMC,삼성전자,인텔의 파운드리 삼국지 형국

인공시대를 맞아 생성형 AI의 폭발적 수요는 파운드리 경쟁의 축을 '전공정(Lithography)'에서 '후공정(Advanced Packaging)'으로 이동시키고 있다. 엔비디아의 H100, Blackwell과 같은 고성능 AI 반도체는 단일 칩의 성능을 넘어 고대역폭 메모리(HBM)와의 초고속 연결이 핵심이기 때문이다. 

TSMC의 CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate) 기술은 현재 AI 칩 생산의 절대적인 병목 구간이다. CoWoS는 실리콘 인터포저라는 기판 위에 로직 반도체와 HBM을 나란히 배치하여 테라바이트급의 데이터를 전송할 수 있게 한다. 2025년 말 기준 TSMC의 CoWoS 생산 능력은 월 8만 장 수준까지 확대되었으나, 엔비디아가 이 물량의 50% 이상을 선점하고 있어 다른 고객사들은 1년 이상의 대기 시간을 감수해야 하는 실정이다. 

 반면 인텔은 대형 인터포저 대신 작은 실리콘 브리지를 필요한 곳에만 심는 EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge) 기술로 차별화를 꾀하고 있다. 이 방식은 비용이 저렴하고 열 방출에 유리하며 설계 유연성이 높다는 장점이 있다. 엔비디아가 인텔에 50억 달러를 투자한 배경에도 TSMC의 CoWoS 용량 부족을 인텔의 EMIB로 보완하려는 전략적 계산이 깔려 있다. 

 또 삼성전자는 로직 웨이퍼 생산부터 HBM4 공급, I-Cube 패키징까지 한 번에 제공하는 '원스톱 턴키 서비스'를 강점으로 내세운다. 파편화된 공급망 관리에 지친 하이퍼스케일러(구글, 아마존 등)와 테슬라 같은 기업들을 타깃으로, 시스템 전체의 최적화를 보장하겠다는 전략이다. 특히 차세대 HBM4에서는 로직 다이(Logic Die)의 역할이 중요해지는 만큼, 삼성의 메모리와 파운드리 통합 역량이 빛을 발할 수 있다는 분석이 나온다. 

삼성전자의 반전 전략: '제2의 공급원'과 HBM4

삼성전자가 '반도체 왕국'의 명성을 파운드리에서 되찾기 위해서는 기존의 'TSMC 추월'이라는 강박에서 벗어나 보다 현실적인 전략적 수정을 가해야 한다. 최근 삼성 내부에서는 TSMC를 100% 신뢰할 수 없거나, 물량 확보가 어려운 고객들을 공략하는 '신뢰할 수 있는 제2의 공급원(Credible Second Source)' 전략이 힘을 얻고 있다. 

 특히 삼성은 텍사스 테일러와 오스틴 팹을 중심으로 미국 내 생산 거점을 강화하며 지정학적 리스크 분산을 원하는 미국 기업들을 적극적으로 유치하고 있다. 이러한 전략 변화는 이미 테슬라의 AI 칩 수주와 애플의 일부 물량 확보라는 가시적인 성과로 이어지고 있다. 무리하게 모든 선단 노드에서 1위를 다투기보다, 특정 노드에서 압도적인 안정성과 가격 경쟁력을 제공함으로써 시장 점유율을 회복하겠다는 계산이다.  

AI 반도체의 진화 방향은 메모리와 로직의 경계가 무너지는 쪽으로 향하고 있다. 차세대 HBM4부터는 메모리 업체가 직접 로직 공정을 수행하여 성능을 최적화해야 하는 과제가 주어진다. 여기서 삼성전자는 세계 최고의 DRAM 기술력과 초미세 로직 공정을 모두 보유한 유일한 기업으로서 강력한 시너지를 창출할 수 있다. 만약 삼성이 엔비디아로부터 HBM4 승인을 받고, 이를 자사 파운드리의 첨단 패키징과 결합해 공급하는 데 성공한다면 파운드리 시장의 판도를 단숨에 뒤집을 수 있는 'AI 턴키 패권'을 쥐게 될 것이다. 

 나노미터 단위의 미세공정 경쟁을 넘어

수조 개의 트랜지스터를 패키지에 담는

삼성에 유리한 시스템 통합 시대로 진입

 파운드리 산업은 이제 나노미터 단위의 미세 공정 경쟁을 넘어, 수조 개의 트랜지스터를 하나의 패키지에 담는 시스템 통합의 시대로 진입했다. TSMC는 공고한 생태계와 압도적인 신뢰를 바탕으로 당분간 독주 체제를 유지할 것으로 보이나, 지정학적 리스크와 비용 상승이라는 과제에 직면해 있다. 인텔은 미 정부의 전폭적인 지원과 기술적 도약을 통해 '메이드 인 아메리카' 반도체의 부활을 꿈꾸고 있지만, 재무적 안정성과 양산 수율 입증이라는 험난한 시험대를 통과해야 한다.  

 따라서 삼성전자에 지금은 위기이자 기회다. IDM 구조의 한계를 극복하기 위한 조직 문화의 대대적인 혁신과 투명한 보고 체계 확립이 선행되어야 한다. 동시에 3나노 GAA에서의 뼈아픈 교훈을 바탕으로 2나노와 1.4나노 공정에서는 '속도'보다 '완성도'와 '수율'에 집중하는 실리적 접근이 필요하다. 

 한마디로 파운드리 삼국지의 승패는 누가 더 미세한 선을 그리느냐가 아니라, 누가 인공지능이 요구하는 거대한 연산량을 가장 효율적이고 안정적으로 담아내느냐에 달려 있다. 삼성전자가 메모리와 파운드리의 유기적 결합을 통해 AI 반도체 턴키 솔루션의 표준을 제시할 수 있다면, 과거 메모리 분야에서 보여주었던 '반전의 드라마'를 파운드리 시장에서도 재현할 수 있을 것이다. 파운드리는 단순한 공장이 아니라, 인류의 디지털 문명을 지탱하는 최첨단 시스템의 집약체이기 때문이다.