반도체 산업의 이해

“○○○씨 삼성이 우리 사회에 기여한 부분이 무엇이라고 생각하세요?”

“삼성전자가 국내 반도체 라인에 과감한 투자를 진행하고, 이에 따라 다양한 외산 장비 기업들이 삼성과의 사업제휴를 위해 투자를 하고 저희 청년층에게 좋은 일자리를 제공하고 있습니다. 이런 부분이 삼성이 우리 사회에 가장 크게 기여하는 부분이라고 생각합니다.”

면접관을 미소짓게 만들었던 필자 제자의 면접 답변으로, 취업준비생들에게 반도체의 의미를 말해주는 답변이다. 실제로 삼성전자와 SK하이닉스의 과감한 국내 반도체 선행라인 투자가 집행되면, 국내와 해외 반도체 장비 기업들은 발 빠르게 사업의 기회를 잡아야 한다. 국내외 반도체 장비 기업은 삼성전자와 SK하이닉스에 반도체 장비를 공급해야 하기에 더 많은 CS(Customer Satisfaction) 엔지니어 채용을 국내에서 진행하게 된다. 이렇게 우리나라 반도체 시장은 압도적인 시장규모를 자랑하기에 취업준비생들에게 양질의 일자리를 제공하고 있다.

전기공학을 전공하고 전기기사 자격증, 한국사 자격증 등을 취득한 후 공기업 취업에 전념했던 구직자가 삼성전자 글로벌 제조&인프라 총괄의 인프라 기술 직군에 입사한 경우가 있다. 또 자동차 공학을 전공하고 자작자동차 대회에서 수상을 했지만 현대자동차의 채용이 축소되고 있어 좌절을 맛본 나이 많은 구직자가 메모리 사업부 설비기술 직군에 입사한 경우도 있다. 산업공학 전공일 경우 실제적인 공학 제조기술을 모르기에 다른 이공계 대비 채용규모가 크지 않아 기회도 많지 않다. 하지만 반도체는 거대 장치산업이고 공정 프로세스 개선이 무엇보다 중요하여, 메모리와 Foundry 사업부의 생산관리 직군은 타기업 대비 많은 산업공학도를 채용하고 있다. 삼성전자는 수학, 통계, 물리, 화학 등의 순수학문을 전공한 학생들에게도 기회를 주고 있다. 따라서 이공계 취업준비생에게 반도체 기업은 반드시 도전해야하는 영역이다.

실제적인 고용 규모 또한 다른 기업과 산업을 압도하고 있다. 삼성전자 DS부문의 인력은 2017년 말 4만 8,926명이었다. 이후 매년 3,000명 정도씩 직원수를 늘려왔다. 반도체 수급 부족이 본격화된 2020년 정도가 예외다. 이 해에는 전년보다 5,000명가량 고용 인원을 늘렸다. 2022년에는 전년 대비 약 7,000명을 더 뽑을 것으로 알려졌고 이 경우 DS부문의 인력이 7만 명을 넘어서게 된다. 단일 대기업 중에서도 DS부문과 견줄 곳은 없다. 삼성전자에 이어 고용 인원 2위인 현대자동차의 직원은 6만 6,000명 선이고, LG전자의 전체 직원도 3만 5,000여 명에 불과한 상황이다.

2 반도체란?

전기 전도도에 따라 물질을 분류하면 크게 전도체, 반도체, 절연체(부도체)로 나뉜다. 반도체는 순수한 상태에서 절연체와 비슷한 특성을 보이지만 불순물의 첨가에 의해 전기 전도도가 늘어나기도 하고 빛이나 열에너지에 의해 일시적으로 전기 전도성을 갖기도 하는 물질이다. 사전적 의미는 이와 같지만 보다 알기 쉽게 해석해 보겠다.

최근 기술과 산업을 끌어가는 4차 산업혁명을 통해 반도체의 의미를 곱씹어 볼 수 있다. 4차 산업혁명을 간단하게 생각하면 1. 디바이스들이 많아지는 것, 2. 디바이스에 다양한 센서가 장착되는 것, 3. 센서가 장착된 디바이스들이 연결된다는 점, 그리고 4. 센서를 통해 축적된 데이터들이 네트워크를 통해 다양하게 활용된다는 점이다. 아침에 일어나서 변기에 소변을 보면 건강데이터가 축적되고, 축적된 데이터를 활용한 기계학습을 통해 몇 년 내에 질병이 올 것이라는 점을 디바이스가 인공지능 기술을 통해 예측한다. 해당 데이터가 병원에 전송되면 자동으로 병원진료 서비스를 받게 되는 시대라고 해석해 볼 수 있겠다.

이런 상황에서 디바이스를 사람에 비유하면 디바이스를 구동시키는 팔과 다리가 바로 센서와 모터이다. 이때 팔다리를 구동시키는 물리적 힘의 원천을 심장이라 할 수 있는데, 심장에 해당되는 컴포넌트가 바로 배터리라고 할 수 있다. 최근 배터리를 넥스트 반도체로 칭하는 이유가 여기에 있다. 그리고 사람의 가장 중요한 장기인 뇌를 반도체로 생각하면 이해가 빠르다.

뇌는 우선 판단하고 사고한다. 이 부분이 비메모리 반도체, 즉 시스템 반도체이다. 여기에는 ‘대부분의 전자제품에 탑재되어 두뇌 역할을 하는 특정 시스템’을 제어하기 위한 전용 프로세서인 MCU(Micro Controller Unit), 기계장치가 디지털 신호를 빠르게 처리할 수 있도록 하는 집적회로인 DSP(Digital Signal Processor), 모바일용 메모리 칩으로서 각종 애플리케이션 작동과 그래픽 처리를 담당하는 핵심 반도체인 AP(Application Processor), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 구조를 가진 저전력 촬상소자로 피사체 정보를 읽어 전기적인 영상신호로 변환해주는 이미지 센서인 CIS(CMOS Image Sensor) 등이 있다. 이러한 시스템 반도체 분야에서 아직 우리나라 기업의 점유율이 높지는 않다. 하지만 시장 크기에 비례하여 지속적으로 성장할 산업으로 이해하면 된다.

뇌는 기억하는 기능을 수행하는데, 기억에는 두 가지 종류가 있다. 우리는 음식점에 들어가서 메뉴판을 보고 음식을 고른다. 주문을 한 후 메뉴판의 정보는 머릿속에서 사라진다. 이렇게 사라지는 데이터를 휘발성 데이터라고 이해하면 된다. 휘발성 데이터가 RAM(Random Access Memory)이다. RAM의 특징은 컴퓨터가 켜져 있을 때만 메모리가 저장된다는 것이다. 따라서 컴퓨터가 작동되고 있을 경우에만 저장된 데이터를 사용하고 또 삭제하고를 반복하면서 CPU의 연산을 돕는다. RAM은 응용 프로그램의 일시적 로딩, 컴퓨터의 주기억장치, 데이터의 일시적 저장 등에 사용되며, 대표적인 종류에는 DRAM, SRAM이 있다. 현재 사용하고 있는 대부분의 RAM은 구조가 간단하고 저렴하며 전력 소비가 적은 DRAM이다.

만약 음식점에서 사진을 찍었다면 이 파일은 별도의 조치가 없는 한 영구적으로 저장될 것이다. 이렇게 날아가지 않는 비휘발성 메모리를 ROM으로 이해하면 된다. ROM은 Read Only Memory의 약자 그대로, 데이터의 변경은 불가하고 읽을 수만 있는 메모리를 말한다. 앞의 RAM과 가장 큰 차이점은 ‘휘발성’이다. ROM은 RAM과 달리 전원이 꺼져도 지워지지 않는 영구적 메모리라고 볼 수 있기 때문에 메모리, IC 카드 등에 쓰인다. 현재 우리나라 반도체 기업들의 점유율은 이 메모리 반도체 시장에서 독보적이다.

3 반도체 시장의 이해

반도체 기업의 종류를 사업 구조에 의거하여 분석해 보면 다음과 같다.

• Integrated Device Manufacturer(IDM): 삼성전자, SK하이닉스, Intel 등

• Fabless(설계 전문): LX세미콘, Qualcomm, ARM, Broadcom 등

• Foundry(생산 전문): DB하이텍, TSMC, UMC, Global foundries 등

• Test&Packaging: 하나마이크론, ASE, Amkor korea, 스태츠칩팩코리아 등

• 반도체 장비: ASML, APPLIED MATERIALS, TEL 등

IDM은 종합 반도체 기업을 지칭한다. 쉽게 말해 자사의 브랜드에 로고를 찍어서 반도체를 공급하는 회사들이다. 삼성전자, SK하이닉스, Intel 등은 일반 대중들이 쉽게 떠올리는 반도체 기업들이다. 삼성전자와 SK하이닉스는 메모리 반도체 시장을 선도하고 있고, 아직도 반도체의 본좌라는 닉네임이 붙는 Intel은 CPU 같은 시스템 반도체 칩의 강자이다.

가장 유명한 통신칩 업체인 Qualcomm은 반도체를 생산하지 않고 설계만 한다. 이렇게 공장이 없는, 다시 말해 FAB이 없이 설계만 전문으로 임하는 기업을 Fabless 기업이라고 한다. 국내에서는 범LG家 LX그룹의 LX세미콘이 유명하다. LX세미콘은 DDI(Display Drive IC) 분야의 강자이다. DDI는 디스플레이를 구성하는 수많은 화소들을 조정해 다양한 색을 구현해내는 디스플레이 구동칩을 말한다. 현대모비스도 현대오트론의 반도체 사업부를 인수하여 차량용 반도체 칩 설계를 진행 중이다.

Fabless 기업으로부터 도면을 받아 칩 생산만 전문으로 하는 기업들도 있다. 해당 기업을 Foundry기업이라고 한다. 삼성전자는 Foundry 사업부를 별도로 운영하고 있고, SK하이닉스 또한 Foundry 전문 자회사인 SK하이닉스 시스템아이씨를 운영 중이다. 국내 기업 중에는 DB하이텍(구 동부하이텍) 등이 유명하긴 하지만, Foundry 업계의 최강자는 대만의 TSMC이다.

뇌에 비유되는 반도체는 생산공정이 매우 복잡 다양하다. 따라서 반도체 생산라인에는 매우 고도화된 반도체 장비가 사용된다. 칩을 만들지는 않지만 동일 산업이기에 반도체 장비 기업들도 반도체 산업의 일환으로 봐야 한다. 반도체 장비 기업 중 1위는 미국의 APPLIED MATERIALS이며 증착(Deposition), 식각(Etching), 확산(Diffusion) 등에서 두루 경쟁력이 있는 기업이다. 이어서 포토(Photo)분야의 강자인 네덜란드의 ASML, 식각 분야에서 경쟁력이 있는 미국의 Lam RESEARCH, 세정(Cleaning), 식각, 확산 분야에서 경쟁력이 있는 일본의 도쿄 일렉트론(TEL), 분석설비 분야의 강자인 KLA-텐코 등이 유명하다. 이 외에도 국내계열의 원익IPS, 주성엔지니어링, 삼성전자의 자회사 세메스 등이 있다.

그럼 이어서 업계의 세부적인 순위를 살펴보자.

전체 반도체 시장을 보면 삼성전자와 Intel의 2강 체제임은 확실하다고 볼 수 있다. 업계 동향은 전체적으로 유동적이니 면접 전에 팩트 체크를 하고 가도록 하자.

우리나라가 가장 강점을 갖고 있는 시장은 DRAM 시장이다. 전체적으로 과점시장이며 [그림 1-4]에서 보여지듯 삼성전자와 SK하이닉스의 비중이 매우 크다. 대한민국이 없다면 전 세계 4차 산업혁명은 불가능하다고 봐도 무방하다.

낸드 시장의 최강자도 삼성전자이다. SK하이닉스의 점유율은 DRAM 시장 대비 낮은 편이지만, 최근 낸드 사업 분야에서 Intel과 합병(솔리다임)하면서 점유율이 상승하였다.

Foundry 시장은 아직 국내기업들의 비중이 적은 상황이다. 삼성전자는 Foundry 시장에서 점유율 세계 2위라는 공격적인 목표를 갖고 사업을 진행 중이다. 반도체 시장의 약 1/3이 메모리 반도체 시장, 나머지 2/3 정도가 비메모리 반도체 시장이다. 앞으로 국내기업들은 Foundry 시장을 집중적으로 공략할 것으로 예상된다.