컴퓨팅

TSMC(TSM) 스포트라이트: 21세기 금의 주조소

게재 2024 년 12 월 30 일

조나단 슈람

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반도체 리더

세탁기부터 카메라, 휴대전화까지 사실상 모든 제품에 전자제품과 마이크로칩이 들어가면서 해당 제품을 생산하는 기업은 점점 더 크고 중요한 기업이 되었습니다.

신생 기술 산업의 첫 번째 주요 주체는 다음과 같은 회사와 함께 미국에서 설립되었습니다. 인텔 (INTC ) IBM (IBM ). 그 후 얼마 지나지 않아 산업은 아시아로 옮겨갔고, 일본과 대만은 고품질 노동력과 낮은 비용의 조합으로 이익을 얻었습니다.

비용의 이러한 전환은 장기적 이점으로 이어졌습니다. 경험과 축적된 R&D 노력은 아시아 칩 파운드리를 거대 기업으로 탈바꿈시켰고, 오늘날 글로벌 칩 공급의 대부분을 생산합니다.

거의 모든 산업 분야에서 가장 진보된 칩 생산 공정을 장악하고 있는 회사는 단 하나, 대만 반도체 제조회사, 즉 TSMC입니다.

(TSM )

국가 주도 이니셔티브

TSMC는 1987년 대만 정부의 주도로 국가의 칩 산업을 처음부터 구축하기 위해 설립되었습니다. 정부 연구 기관에서 분사된 회사였습니다. ITRI(산업기술연구소).

이는 Texas Instruments와 Intel 등 업계 선도업체가 이 기회를 거절하고, Philips만이 합작 투자를 체결하고 TSMC의 58% 지분을 받는 대가로 27.5만 달러와 지적재산권을 투자하겠다는 의사를 밝힌 후에 이루어졌습니다.

오늘날 대만 정부는 여전히 TSMC의 6%를 소유하고 있으며, 필립스는 2008년에 TSMC 주식을 모두 매각할 예정이다..

모리스 창 박사 회사 설립에 중요한 역할을 했습니다. 중국에서 태어나 Texas Instruments에서 25년간 일한 경험이 있는 그는 "반도체의 아버지"로 기억될 것입니다.

출처: 호기심 연대기

인텔의 사업 모델에 침투하다

당시에는 칩을 설계하지만 제조 시설이 없는 "팹리스" 칩 생산업체가 많았고, 대신 인텔과 같은 업체가 이 작업을 수행했습니다(업계에서는 칩 공장을 팹 또는 파운드리라고 부릅니다).

이는 제조업체에서 실리콘 웨이퍼에 새기고 컴퓨터 칩으로 만들기 위해 50만 달러에서 100억 달러 상당의 장비가 필요했기 때문입니다.

출처: 이텍스

칩 제조 공정은 매우 복잡하며, 파운드리(팹)가 다양한 제조 장비(웨이퍼, 리소그래피, 가열, 도핑, 패키징, 조립 등)를 가능한 한 효율적으로 조립하는 책임을 맡는 매우 특수화된 공급망에 의존합니다.

출처: EITC

그 결과, 인텔은 높은 가격을 요구할 수 있을 뿐만 아니라 패블리스 생산자에게 설계권을 부여하도록 강요할 수도 있었습니다. 인텔은 나중에 자체적으로 생산되는 경쟁 설계를 가져올 수 있었습니다.

TSMC는 패블리스 고객과 경쟁하지 않고도 제조 서비스를 제공하는 최초의 순수 "파운드리"로서 업계에 진출했습니다.

당시 TSMC는 기술 면에서 뒤처져 있었지만 이 제안은 매우 성공적이었습니다. 초기 고객에는 Broadcom과 같은 회사가 포함되었습니다. (AVGO ), 그리고 나중에는 Apple (AAPL )엔비디아 (NVDA ), AMD (AMD )등

TSMC는 1994년 대만에 IPO를 하고, 1997년 NYSE에 상장되었는데, 같은 해에 실리콘 웨이퍼 생산량이 1만 개를 달성했습니다.

기술 거대 기업의 부상

방에있는 코끼리

TSMC 성공의 또 다른 요인은 R&D에 대한 헌신이었습니다. 업계 선두 기업과의 기술 격차를 빠르게 메우겠다는 결심으로, TSMC는 새로운 장비와 연구에 막대한 자금을 투자했습니다.

대만 정부의 대규모 지분 보유 또한 초창기에 중요한 요소였습니다. 정부는 이 회사의 산업 발전과 고부가가치 일자리 창출에 만족했고, 빠른 투자 회수에는 크게 신경 쓰지 않았습니다.

시간이 지나면서 TSMC는 전에, 반도체 파운드리는 업계 매출의 무려 59.5%를 차지하며 가장 큰 경쟁사인 삼성(16.1%)보다 훨씬 앞서 있습니다.

출처: 에릭 플래닝엄

이러한 우위는 시간이 지날수록 더욱 강화되고 있으며, TSMC는 2019년부터 업계 성장의 매우 큰 부분을 차지했으며 2년 2024분기 매출 점유율은 62%에 달했습니다.

출처: 세미 위키

고급 노드에서 선두주자

TSMC는 보다 공정한 생산 파트너로서 시작한 이래로, 특히 "최첨단" 칩 분야에서 점차 업계의 기술 리더로 자리 잡았습니다.

칩은 일반적으로 프로세서의 크기에 따라 분류됩니다.

일반적으로 16~28나노미터(nm) 이상의 모든 노드는 레거시 반도체로 간주됩니다. 레거시 반도체는 가전제품, 자동차, 인프라, 방위 장비 등에 사용되는 전 세계 반도체 소비의 대부분을 차지하기 때문에 여전히 세계 경제에 매우 중요합니다. 그러나 이러한 칩은 대부분 생산자에게 매우 낮은 마진을 제공하는 상품입니다.

출처: 테크오베다스

반면, 가장 최근의 노드는 업계의 대부분의 이익이 발생하는 곳으로, 종종 파운드리가 제공할 수 있는 것보다 더 많은 수요가 발생하는데, 이는 특히 TSMC의 경우에 해당합니다.

오늘날 회사는 가장 진보된 노드인 3nm 분야에서 선두를 달리고 있으며, 앞으로 출시될 2nm에 대한 수요는 더욱 커지고 있습니다. 5nm와 3nm를 합친 것보다 더 클 것으로 예상.

TSMC의 2nm 노드 양산은 2025년부터 시작될 것으로 예상된다. 삼성과의 치열한 경쟁이 예상되며, 2nm, 1.4nm 생산라인 준비도 시작.

출처: TSMC

TSMC의 전환점은 2010년 애플이 아이폰 칩 공급업체로 선정했을 때, 매출이 폭발적으로 증가하고 있었습니다. 지난 20년 동안 스마트폰과 첨단 컴퓨터 및 데이터 센터(또는 HPC—고성능 컴퓨팅)는 최첨단 칩의 핵심 애플리케이션이었으며, 산업을 발전시키고 관련된 막대한 R&D 비용을 지불했습니다.

출처: TSMC

오늘날까지도 애플은 여전히 TSMC의 최대 소비자이며, 그 뒤를 엔비디아가 따르고 있습니다.

출처: Moomoo

IV

가장 작고 가장 진보된 노드를 독특하게 만드는 점은 이전의 DUV(Deep UltraViolet)보다 업그레이드된 EUV(Extreme UltraViolet lithography)라는 새로운 기술을 사용한다는 것입니다.

현재 EUV는 네덜란드 기업 ASML이 독점하고 있다. (ASML ), EUV 리소그래피 장비의 유일한 제조업체.

위로 2019에서TSMC의 7nm 노드 칩은 최초의 EUV 공정으로 제작되어 대량 고객 제품을 시장에 출시했습니다.

다음 단계인 High NA(Numerical Aperture) EUV라는 리소그래피 기계는 현재 반도체 파운드리에 출하되고 있으며, 2023년 2025월에는 인텔에, XNUMX년 후에는 TSMC에 출하될 예정이며, 삼성은 XNUMX년까지 이를 확보할 것으로 예상됩니다.

생산 자체를 넘어서, 점점 더 작아지는 프로세서를 사용한 칩의 설계 비용은 기하급수적으로 증가하고 있다는 점에 주목해야 합니다. 이는 언젠가 미래에는 더 작은 프로세서를 개발하기 위한 경쟁이 수익이 감소할 것임을 시사합니다.

출처: 4개

중국, 미국 공장 및 무역 전쟁

대만의 어색한 외교적 지위

AI, 방위, 그리고 전반적인 기술 산업에 있어서 첨단 칩 제조가 중요하기 때문에 이는 전략적으로 매우 중요한 산업입니다.

동시에 중국 정부는 공식적으로 대만을 독립 국가가 아닌 "중국의 반항적인 성"으로 간주합니다. 이는 현재 미국을 포함한 대부분 국가의 공식 입장인 상황("일중 정책")으로, 예를 들어 2024년 조 바이든이 "미국은 대만 독립을 지지하지 않는다".

동시에, 미국이 대만에 무기를 공급하고 있다 중국의 잠재적 침략에 대비하기 위해 노력하고 있으며, 섬에 대한 공격을 놓고 중국과 전쟁을 벌일 것이라고 거듭해서 암시했습니다.

TSMC가 타깃인가?

이로 인해 섬의 가장 중요한 산업을 생산하는 TSMC는 지정학적으로 난처한 처지에 놓이게 되었습니다.

한편으로는 미국이라는 국가의 보호 아래 사실상(그러나 명목상은 아님) 독립된 기술 선도국입니다.

반면에 TSMC는 군사 행동의 주요 타깃이 될 수 있으며, 미국 의원들은 중국이 침공할 경우 TSMC 공장을 인수하지 못하도록 미국이 직접 폭격할 준비를 해야 한다고 제안하기도 했습니다.

이 아이디어는 다음 사람들로부터 강력히 지지되었습니다. 엘브리지 콜비, 현재 트럼프 대통령의 국방부 정책 담당 차관보 후보.

출처: 엘브리지 콜비

TSMC 미국 공장

대만의 공급이 중단될 수 있는 지정학적 위험으로 인해 미국은 TSMC가 미국 본토에 더 많은 공장을 열도록 압력을 가해왔습니다.

이로 인해 2020년부터 애리조나에 대형 주조 공장을 오픈할 계획2022년에 또 다른 공장이 추가되어 총 투자액은 40억 달러에 달했습니다.

출처: TSMC

TSMC가 적절한 교육을 받은 현지 근로자를 찾는 데 어려움을 겪고 있기 때문에 이러한 움직임은 문제가 없는 것은 아닙니다. 대만인과 미국인 직원 간의 업무 문화 차이로 인한 갈등 보고.

그럼에도 불구하고 첫 번째 생산은 첫 번째 팹의 경우 2025년에 시작되어야 하며, 생산 수율(적절하게 새겨진 칩의 효율성, 핵심 산업 지표)이 이제 대만보다 피닉스에서 더 높습니다..

두 번째 팹은 2028년에 3nm 및 2nm 공정을 위한 생산을 시작할 예정입니다. 세 번째 팹은 2nm 공정 이상에 집중하여 XNUMX년 안에 생산을 시작할 것이라고 발표되었습니다.

무역 전쟁 부수적 피해

미국이 중국의 첨단 기술, 특히 컴퓨팅과 AI 기술에 대한 접근을 제한하려고 하면서, 중국의 반도체 산업은 제한과 제재를 받고 있습니다.

이는 EUV 장비를 중국으로 수출하는 것을 금지하는 것부터 시작해서, 모든 첨단 칩을 포함해 금지 제품 목록이 계속 확대되는 추세입니다.

이것이 성공했다면, 중국산이 아닌 칩 제조업체에게는 좋은 소식이었을 것입니다.

하지만 이로 인해 중국은 가능한 한 공격적으로 국내 파운드리 용량을 개발하게 되었습니다. 이러한 노력의 핵심에는 국유 SMIC와 Huawei가 있습니다.

SMIC, EUV 없이 5nm 공정 개발했다고 주장중국은 또한 자체 EUV 리소그래피를 개발하는 것과 더불어 국제 반도체 공급망 전체를 국내 제조업체로 대체하는 것을 고려하고 있습니다.

EUV에 대한 가능한 대안 중, 그리고 더욱 높은 NA의 EUV 중, 다음과 같은 솔루션이 제안되었습니다.

거대한 사이클로트론을 만들다 (입자 가속기) ASML형 리소그래피 장비를 대체하기 위한 것입니다.
ASML의 기계 복제이 작업은 대부분 상하이 마이크로 일렉트로닉스 장비(SMEE)가 담당합니다.
광자공학에 대한 재집중서구가 크게 우위를 점하고 있지 않은 분야이지만 컴퓨팅의 미래가 될 수 있는 분야입니다.
- 신경형 칩 디자인 특히 AI 애플리케이션에 대해서도 고려되고 있습니다.

장기적으로 볼 때 이는 TSMC에 기존 경쟁사보다 더 큰 위협이 될 수 있습니다. 그 이유는 다음과 같습니다. 중국은 이미 글로벌 칩 공급의 50% 이상을 소비하고 있습니다..

따라서 SMIC와 같은 기업이 TSMC와 경쟁할 수 있는 규모로 확장하는 데 필요한 국내 수요를 충족시키는 동시에 중국 정부가 전략적 부문에 제공하는 세금상의 이점, 자본 접근성 및 기타 이점을 누릴 수 있습니다.