TSMC

TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company; 타이완반도체제조회사)
台灣積體電路製造股份有限公司(대만적체전로제조주식[1]유한공사)

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슈퍼을 오브 을!!
TSMC 개갞끼 해봐

1 개요

대만의 반도체 제조회사. 세계 최대의 파운드리 업체[2]라고 불리며[3], 1987년 설립되었다. 설립 당시에는 대만 행정원 소속의 산업기술연구회에서 전액 출자한 국가출자기업, 즉, 공기업이었으나 1992년 민영화되면서, 정부 지분은 주식 시장에 전량 공개 매각되었다.

자체 브랜드로 생산해서 판매하는 건 없거나, 있어도 잘 알려지지 않았다.[4] 사람들에게 알려진 것은 혜성처럼 등장했다가 혜성처럼 사라진(...) ATI HD4770 칩셋이, TSMC의 생산 효율 문제로 보급되지 못한 사건이 일어났을 때이다.[5] 이때부터 파코즈 등의 커뮤니티들에서는 '이게 다 TSMC 때문이다'라는 말이 유행하기 시작했다.

세계적인 굵직굵직한 반도체 회사들은 대부분 TSMC에게 전부 또는 일부 하청을 맡긴다고 봐도 된다. 퀄컴, 삼성, VIA, NVIDIA, 그리고 인텔도 일부를 맡긴다고 한다. 최근에는 애플도 자사의 AP를 TSMC로 전량 돌린다는 소식이 돌고 있다. 2011년에도 한 번 시도했다가 실패했지만 이번(2012)에는 28 nm공정이 완성된 것인지, 다시 한 번 소식이 돌고 있다.

이런 하청만으로 시가총액 약 130조원을 달성했다. 대만 증시의 시가총액 1위기업.

매출액이 메모리 비메모리 합쳐 세계 4위 정도라고 한다. 대만 IT기업의 에이스.[6]

2 로고 중 검은색만 양품이다

여기서 유의해야할 것은 흔히 한국 내에서 '양품'이라 하는 것 중 상당수가 사실은 '오버클럭이 잘 되는 제품'을 의미하는 것이지 제품의 실질적인 품질을 의미하는 것이 아니다. 반도체 업계에서 해외 영업을 담당하게되는 사람이 굉장히 주의해야 할 것이 '수율', '양품' 등과 같은 한국 내에서만 통용되는 개념이다. 해외에서는 이러한 개념을 제품 자체의 품질이나 불량 여부를 의미하는 것으로만 사용할 뿐 오버클럭과 관련된 것은 전혀 개입시키지 않는다. 만일 TSMC에서 생산한 특정 주차의 제품이 오버클럭이 안 된다고 TSMC의 수율이 낮다는 식으로 해외 미팅 관계자 앞에서 발언한다면 굉장한 낭패를 보게 될 것이다.

단 AMD와 NVIDIA, 애플이 모조리 TSMC에게 엿먹고 있다는 소식에서의 수율은 확실히 오버클럭과 관계가 적다. 그러니까, 다른 칩 제조사들이 오버클럭이 잘 안되는게 원래 안될 수도 있는거 가지고 컴덕들이 찡찡댈 동안 여기는 아예 작동이 되냐 안되냐를 이야기하는 불량률 가지고 기업들이 단체로 찡찡대는 곳이다.(...) 아마 엔비디아가 진짜로 검은색만 양품인 시제품 웨이퍼 받아들고 찡찡댔을 것이다. 양품이기 이전에 엔비디아의 케플러 시절에는 검은색이 '쓸 수 있는' 칩 수준이라는 낭설도 있었다. ㅎㄷㄷ

그 전에 반도체 산업에서는 '해당 속도로 돌아가는' 양품밖에 나오지 않는다. 즉 CPU를 예로 들면 2.6GHz로 돌아가는 걸 양품으로 볼 경우 그 웨이퍼에서는 2.8GHz로 돌아가는 것도 같은 양품이다.(아예 안돌아가는 불량품은 그냥 폐기처분한다.) 즉 오버클럭이 되느냐 안되느냐로 불량을 말하는 것부터 틀렸다.

그런데 한참 TSMC가 AMD NVIDIA 쪽 생산문제때문에 욕먹던 시절에는 정말로 원래설계당시 전압에서 설계속도로 돌아가는 양품이 하도 적게나와서 전압을 살짝올려서 수율을 맞추었다는 이야기가 나오는 판이니...

3 비판

하루 이틀 일이겠냐만 AMD와 NVIDIA의 28nm 칩셋들이 또 다시 TSMC의 공정 문제로 출시가 늦어진 바 있다. 원래는 2011년 하반기 출시 예정이었으나 늘상 그랬듯이 지연되었고, 결국 실질적인 첫 28nm 제품은 2012년이 되어서야 시중에 풀리기 시작.[7] 그러나 생산을 시작하고도 수율이 매우 좋지 않아 물량 수급이 원활하지 못했고, AMD와 엔비디아 양 사가 제시했던 공시가인 549$ 499$은 그야말로 숫자에 지나지 않을 만큼 무의미해졌다(...)에브리바디 세이 이게 다 TSMC 때문이다.

저 공정 문제에 대해 조금 더 보충설명을 하자면, TSMC는 안정적인 제품을 뽑아낼 수 있는 30nm Half-Bridge 공정을 뛰어넘고 바로 28nm 공정으로 들어갔다. 과거 기록에 따르면, TSMC 가 65nm 에서 바로 40nm 으로 점프할 때에도 동일한 증세(불량률이 일시적으로 증가하는 현상)가 나타났었으며,[8] 이 증세가 또 다시 번진 것이다.

그리고 그 이후에 20nm 공정도입도 늦어지더니 그냥 건너 뛰고 각각14/16나노 공정으로 넘어간다고 선언했을 정도.[9]다만 모바일에 한해서 20나노 공정은 다행히 안착이 가능했다.

그런데 이러한 증세가 TSMC에서만 일어나는 특별한 것으로 착각하는 사람들이 더러 있다. 하지만 원래 반도체 공정 돌입 초기에서는 그러한 증세가 늘 일어나는 일이며, 완전한 공정이 꾸려지지 않았다는 것을 뻔히 알면서도 경쟁적으로 주문 넣은 NVIDIA와 AMD가 너무 조급했다고 볼 수도 있는 것이다.[10][11] 다만 그 공정안정화 하는 시간이 압도적으로 길어서 그렇지

다만, 반도체 생산 설비를 직접 갖추지 않고 주문만 넣는 팹리스(Fabless) 입장에서는 TSMC의 이러한 행보에 분통이 터질 수밖에 없다.꼬우면 너네도 팹 만들던가 만일 TSMC의 지위가 지금과 달리 다른 업체와 경쟁적인 상태에 놓여 있었다면 NVIDIA건 AMD건 무리한 주문을 하려고 할 때 완곡히 거절했을 것이다[12]. 하지만 TSMC는 사실상 과점적 파운드리 업체라서 자신들이 잘못하건 잘하건 고객이 도망칠 수 없는 구조이기 때문에 그냥 무작정 OK를 때렸을 가능성이 높다.

참고로, TSMC의 생산효율 문제로 여러 제품의 공급이 차질을 빚을 때 국내 하드웨어 커뮤니티들에서 등장하는 단골 떡밥으로 삼성에게 파운드리를 맡기자하는 것이 있다. 그런데 이러한 것은 반도체 생산에 대한 지식이 일천하다는 것을 스스로 인정하는 것에 불과하다. 삼성과 TSMC가 가진 기술의 범주가 다르기 때문에 두 회사의 기술력 수준을 비교하는 것이 올바르지 않으며[13][14], 파운드리라는 것은 기술 확보보다는 경험 축적에 의한 기술 안정화가 필수적이다. 파운드리 서비스를 TSMC처럼 극대규모로, 그리고 장기간 해 본 경험이 없는 삼성전자로서는 아무리 반도체 연구ㆍ개발 기술이 뛰어나다 하더라도 오늘날 TSMC가 담당하고 있는 파운드리 서비싱을 감당할 수 없었으나 GF에 기술을 이전하고 AMD의 신제품[15]의 생산을 맡아 16년에 출시를 한다하니 지켜볼 일[16]

일각에서는 TSMC가 공격적으로 라인을 증설하고 기술 개발에 나서야 한다고 이야기하지만 일단 파운드리 서비스가 생각보다 그렇게 남는 장사가 아니기 때문에 공격적으로 투자했다가 망하면 으앙 죽음 꼴 나기 쉽상이다. 그래서 TSMC에서는 팹리스 기업들에 피해를 떠넘기면서까지 보수적인 라인 증설[17]과 기술 개발을 하고 있는 것이다.

TSMC가 미적거리는 또 다른 이유로는 TSMC의 파운드리 시장 내에서의 입지를 꼽을 수 있다. TSMC가 싫다고 다른 회사를 찾아가봤자 돌고돌아서 올 수 있는 곳은 TSMC밖에 없다. 사실상 TSMC는 파운드리 시장 내에서 과점 기업이며 좀 오버하자면 독점 기업이라고 해도 과언이 아니다. 이러한 상황에서는 ‘잘 못해줘도 어차피 우리 고객’이 성립하기 때문에 고객의 주문보다는 자신들의 이득을 더 생각할 수밖에 없는 것이다.

어찌되었건 현재의 TSMC 28nm공정은 상당히 안정된 것으로 보이며, 최근에는 2016년 1/4까지의 주문이 완료된 것으로 보인다. TSMC에서 생산하는 반도체에는 컴퓨터와 스마트 폰에 쓰이는것에서 부터 시작해서 가정용 전자제품에 들어가는 MPU, 자동차에 들어가는 EPU 등 미처 생각지도 못한 온갖 것들이 포함된다.
밑에 언급된 애플의 칩셋 발주 문제도 TSMC 회장이 퀄컴과의 관계를 이유로 들었지만, 실제로는 TSMC 공장이 이미 퀄컴 칩셋을 뽑는 것 자체도 힘에 부친 상황일 가능성이 크다. 그렇기 때문에 애플의 TSMC 미발주 사태는 애플이 TSMC에 안 맡긴다기보다는[18], 못 맡긴 것이라고 보는 편이 맞을 것이다. 뒷끝 작렬 아이폰 6 제품군에 장착되는 A8칩셋은 TSMC가 수주하였다.

세계 파운드리 시장의 기업 순위 목록이다. 1위는 역시 부동의 TSMC. 여러가지 말은 많지만 아직까지는 넘사벽으로 매출 기준 40%대 후반의 점유율을 보여주고 있다. 그러나 삼성전자 및 경쟁기업들의 점유율 상승이 잠재적 위험이며 글로벌 파운드리 + 삼성전자 연합이 14nm FINFET 양산에 먼저 들어가는데2014년 4분기 양산시작 성공하였고삼성 양산 시작, 아이폰 6s 도 다시 삼성으로 돌아갈 줄 알았는데, 애플은 삼성 14nm, TSMC 16nm에 동시에 같은 AP 생산을 맡기는 이례적인 짓을 저질렀다. 같은 AP를 만들며 성능을 누가 더 잘 뽑아내냐는, 비교당하기 딱 좋은 배틀 아레나가 펼쳐진 것이다. 이에 대한 예상은 삼성 AP가 성능상 우세할 것이라는 반응이었으나, 결과는 TSMC AP와 삼성 AP가 유의미한 성능 차이가 없다, 또는 삼성 AP가 오히려 성능이 떨어진다고 나타났다.[19] 이는 TSMC가 삼성과의 기술력 경쟁에서 적어도 지지 않았다고 해석될 수 있으며, 1등 못하면 패배한 것으로 여기는 삼성으로서는 우려할 만한 상황이라 할 수 있다.

다만 기존에 Geekbench 3 연속구동 테스트를 통해 삼성제 AP가 성능이 더 떨어진다는 결론을 낸 IYD에서 이번에는 아이폰SE을 대상으로 표본 수를 늘리고 재차 테스트 해본 결과 오히려 반대의 결과가 도출되었다. 16FF와 14LPE 공정간의 성능 차이가 아닌 그냥 개별 칩간의 수율 차이가 원인인 것으로 추정되는 상황이라 공정간의 우열을 따지기 힘들게 되었다.[20]

양산 시기로 따지면 20nm 모바일 AP 상용화 시기는 2014년 하반기로 TSMC와 삼성팹이 비슷한 상황이었지만, 14/16nm 모바일 AP 상용화는 삼성팹이 훨씬 빠른 상황.

물론 데스크탑용 GPU나 CPU 양산은 모바일 AP와는 달리 삼성전자가 후발주자인 상황이다. 일단 14LPP로 AMD의 Zen과 폴라리스 GPU를 양산하는게 삼성의 첫 도전인 셈.

최근 패터닝[21] 기술의 약진을 커버하기 위해 EUV(Extreme Ultra Violet)[22]를 도입했다. 다만 이게 가격이 장난이 아니라[23] 14nm 개발 및 양산을 건너뛰고 바로 10nm로 도입할 예정이라고 한다. 근데 먼저 14nm를 개발한 인텔과 삼성전자는 트리플 패터닝 기술[24]을 사용한다고 하니 그저 안습... 다만 EUV 도입으로 인한 생산량 증가는 기대해볼 만 하다. 하지만 아직 EUV의 수율이 기존 더블패터닝, 트리플 패터닝보다 떨어지는지라 아직까지는 큰 영향을 주지 못하고 있다. 그리고 사실 ASML에 인텔, 삼성, TSMC가 공동투자해서 어차피 그쪽도 도입할 상황이다. 게다가 그쪽은 ASML의 개선판이 나올때까지 기다린다는 말도 있어서 TSMC가 베타테스터가 될지도 모르는 상황[25] 결국 AMD는 삼성전자로 위탁생산업체를 교체했다. 정확히 말하면 삼성의 14nm 기술을 이전한 GF와 삼성전자 양 쪽에서 동시 생산한다.

4 TSMC GIGAFAB™

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TSMC의 반도체 생산공장들은 11개 정도되지만[26] 그중에서도 주력 공장들을 뽑자 하면 이놈들을 뽑을 수 있다. FAB 12 A/B, 14, 15가 여기에 해당하며 그 크기와 생산량이 실로 크고 아름다워서 아예 따로 상표까지 붙였다고(...)

이놈들은 현재 양산용 웨이퍼중에서는 가장 큰 300mm웨이퍼(인치로는 12인치)를 월 10만개 이상 소화 가능하다.[27] 사용공정으로는 0.13um, 90nm, 65nm, 40nm, 그리고 28nm가 있다. TSMC가 툭하면 신공정 연기에, 로드맵 뒤엎기에 수율 저조를 밥 먹듯이 반복하고 그나마 수율도 개판을 찍더라도 파운드리 업계 1위를 할 수 있던건 이 공장들의 덕이 매우 크다. 다른 회사와는 달리 압도적인 생산력을 보여주며 그래도 나쁘지 않은 수율, 상대적으로 저렴한 가격을 제시할 수 있었기 때문.

현재 16nm급 공정의 양산에 들어가고 있다 한다. 하지만 2016년 타이난 지진으로 피해를 입었는데, 지진 직후에는 큰 피해를 입지 않았다고 발표되었으나 며칠 뒤 정정되었다. 그 피해가 대략 웨이퍼 생산능력의 1% 이상 정도를 디버프 먹은 정도. 최소 1달 정도의 지연이 발생했다고 한다. 애초에 별 문제가 없다고 보도자료가 나왔을 당시부터 그걸 그대로 믿는 사람은 아무도 없었다. 오히려 뒤늦게 생각보다 피해가 크다는 기사가 나오니 그럼 그렇지 하는 조롱조의 반응이 주를 이룰 뿐. 얘넬 믿느니 도를 믿겠다고 하는 사람들마저 나왔다

5 참고 문서

  1. ↑ 股份
  2. ↑ 반도체를 위탁 판매 하는 기업. 즉 반도체 개발은 안하고 다른 기업의 반도체를 받아 조립하고 판매하는 업체다. TSMC말고도 삼성과 하이닉스도 파운드리 사업을 한다. 다만 TSMC와는 달리 삼성과 하이닉스는 일부 다른 기업의 반도체를 위탁생산하는 경우가 있는 것일 뿐, 기본적으로는 설계부터 생산까지 자사 내에서 처리하는 IDM(Integrated Device Manufacturer)라 할 수 있다.
  3. ↑ 반도체 생산의 규모는 인텔이 가장 크지만 인텔은 자사 제품 개발에 최적화된 구조라 파운더리 서비스를 할 구조가 못 된다.
  4. ↑ 그러나 하드웨어(특히 GPU) 소식을 자주 접하는 이들은 좋든 싫든 알게되는 이름 중 하나였다. HD4770 이전부터 알 사람은 다들 알고 있는 업체. 다만 엔비디아와 ATI 처럼 대중적이진 못했다.
  5. ↑ 이때 출고가 $140 였던 HD4770이 재고 부족으로 20만원이 넘게 폭등했다
  6. ↑ 참고로 부동의 세계 1위는 세계 제1의 외계인 고문기업 인텔, 역시 부동의 콩라인 2위 삼성전자의 반도체사업부 대비 무려 50% 이상은 더 크다.
  7. ↑ HD7970이 2011년 12월 런칭했으나 사실상 페이퍼 런칭이었고, 실물은 다음 해 1월쯤부터 유통되기 시작했다.
  8. ↑ 이것으로 가장 큰 피해를 본 것이 GTX 400시리즈. 안 그래도 설계상으로 말이 많았는데 이 문제까지 겹쳐 누설전류가 미친듯이 증가했고, 결국 GTX 480은 역대 최악의 발열킹으로 이름을 날리게 되었다.
  9. ↑ http://www.extremetech.com/computing/199101-amd-nvidia-both-skipping-20nm-gpus-as-tsmc-plans-massive-16b-fab-investment-report-says
  10. ↑ 현재 NVIDIA와 AMD의 공정 세밀화는 기술적으로 요구되는 것이라기 보다는 단순한 브랜드 경쟁이라는 관측이 크다. 실제로 이들 기업에서 생산하고자 하는 반도체는 굳이 28nm 공정으로 만들지 않아도 이전 공정으로도 충분히 생산을 할 수 있는 것들이다. 쉽게 이야기해서 누가 먼저 신공정으로 칩을 뽑아내나 경쟁하다가 TSMC에게 돈 갖다 바치고 라인 시운전을 하게 해준 격이다.
  11. ↑ 여기에 대한 반론으로는 GPU같은 칩의 특성상 무작정 때려박는 것이 성능 향상에 있어선 제일 효율적인 방법이기 때문에 신공정일수록 압도적으로 유리하다는 사실이 있긴 하다. 그러니까 그저 단순한 브랜드 경쟁이 아니라, 목표하고자 하는 성능을 내기 위해서는 어쩔 수 없이 감행해야 하는 셈. 같은 성능만큼 때려박더라도 신공정으로 만든 칩의 물리적인 크기, 그에 따른 발열과 전력소모량이 압도적으로 좋기 때문이다.
  12. ↑ FM대로 하면 파운드리가 팹리스의 요청을 최대한 반영하고 팹리스의 피해를 최소화하는 것이 맞지만 그건 FM이고 현실은 다르다. 매우 현실적으로 보아도 TSMC가 경쟁 시장에 놓여 있다하더라도 시제품을 생산해 볼 건덕지가 없는 파운드리 업체 특성상 팹리스에게 약간의 피해를 돌려서라도 공정을 테스트하려고 들었을 것이다.
  13. ↑ TSMC의 주된 수익은 구세대 공정, 즉 안정화된 공정에서 나온다. 따라서 힘들여서 공정 미세화를 서두를 필요가 없으며, 이는 모바일 시장에 뛰어들어서 공정 미세화가 제품의 품질과 직결되어 있는 삼성전자와는 정반대의 상황.
  14. ↑ 크기가 작은 모바일 제품군에 비해 CPU나 그래픽 카드는 크기가 큰 빅칩이다.
  15. ↑ 14nm 공정의 Zen과 신형 그래픽카드 제품군
  16. ↑ 삼성전자의 엑시노스 제품들은 보통 면적이 100mm^2 남짓이지만 그래픽카드의 최고급 빅칩들은 600mm^2까지 차지한다. 100mm^2의 칩셋보다 600mm^2의 칩셋을 오류 없이 생산하기가 더 어려운건 명백하다. 엑시노스 생산하기도 바쁜 와중에 생산하기 더욱 어려운 그래픽카드는 어불성설이다. 이와 같은 이유 때문에 삼성전자는 여지껏 그래픽카드의 생산을 맡지 않았었다. 하지만 갈수록 공정 안정화와 기술 축적이 이루어지고 있고, GPU 파운드리로 삼성전자의 공정을 테스트해보고 있다는 기사가 나오고 있다. 따라서 앞으로의 전망은 불투명한 상황.
  17. ↑ 라인 증설이 말이 증설이지, 그렇게 쉬운 일이 아니다. 막대한 자금이 들어가는 것은 물론이고, 일반적인 기계의 생산 라인과들 달리 설계한대로 뚝딱 만들어지는 것도 아니고 지금과 같은 45nm 이하의 초정밀 공정에서는 반도체 공학뿐만 아니라 양자 역학, 열역학 등과 같은 기초 과학에 속하는 기술까지 총 동원해야 한다.
  18. ↑ 불과 몇 년전엔 이게 맞았다.
  19. ↑ 톰스하드웨어와 컨슈머리포트의 벤치 결과에서는 별 차이가 없었다고 한다. 다만 이후 다른 벤치들의 결과를 종합하면 삼성AP쪽이 풀쓰로틀시 약한 모습을 보였다고 한다.
  20. ↑ 공정간의 차이보다 개별 칩간의 수율차이가 훨씬 더 큰 상황이라서 기존의 IT웹진에서 기기 몇대 가지고 비교하는 것으로는 공정한 비교가 힘들다.
  21. ↑ 웨이퍼를 깎으면서 회로를 새기는 것을 말한다.
  22. ↑ 극자외선으로 웨이퍼를 깎는 기계이다.
  23. ↑ 대당 약 1,000억~1,500억 정도 한다! 근데 그걸 최소 2대 이상 샀다!
  24. ↑ 기존 기계인 ArF로도 생산이 가능하다.
  25. ↑ ASML에 가장 많이 투자했고, 지분도 가장 많이 가지고 있는 인텔도 15기 정도를 구매했으나 실제 양산에 배치하지는 않는다고한다. 삼성도 가장 먼저 주문을 넣었으나 역시 양산용은 아니라고
  26. ↑ 백엔드, SSMC까지 포함하면 14개
  27. ↑ 이게 어느정도로 대단한 거냐면, 피운드리 업계2위인 UMC의 공장중 제일 크고 300mm웨이퍼를 사용하는 Fab 12A가 한달에 55,000개정도 밖에 소화를 못하고 두번째로 큰 Fab 12i는 45,000장 밖에 소화를 못한다. 심지어 Fab 12i는 55nm급이고