최근 8인치 웨이퍼 파운드리 생산 설비가 포화 상태에 이르렀고, 생산 능력 부족과 가격 상승에 대한 소식이 끊이지 않고 있습니다. 업계 관계자들은 일부 웨이퍼 파운드리 주문의 가시성이 2021년 2분기에나 나타날 것으로 예상하고 있습니다. 이러한 웨이퍼 파운드리 생산 능력 부족 현상은 향후 6개월 이내에 해소되기 어려울 것으로 보입니다.

뿐만 아니라, 8인치 웨이퍼 파운드리 생산 능력 부족과 가격 상승으로 인해 IC 설계 제조업체의 비용이 증가하면서 패널 드라이버, 터치 부품 등 기타 부품 가격도 상승했습니다. 그중 패널 드라이버 IC 제조업체인 노바텍은 가격을 10~15% 인상했습니다. 다른 IC 설계 제조업체들도 가격 인상 추세를 따를 가능성이 있습니다.

8인치 웨이퍼 생산 능력이 부족한데 가격은 오히려 오르고 있습니다. 왜 그럴까요?   

1. 5G, 자동차, 사물인터넷 등이 수요의 상당한 증가를 견인했습니다.

8인치 웨이퍼 생산 능력 부족 현상은 실제로 2018년과 2019년에 나타났는데, 이는 주로 스마트폰의 멀티 카메라 탑재와 지문 인식 기술의 발달로 CMOS 이미지 센서, 지문 인식 칩 등에 대한 수요가 증가했기 때문입니다. 2020년에는 5G 스마트폰, 자동차, 사물인터넷(IoT)의 보급률이 급격히 증가하면서 전력, 전력 관리 및 전력 관련 부품에 대한 수요가 크게 늘어날 것입니다. 또한, 코로나19 팬데믹으로 인해 재택근무와 온라인 교육 수요가 증가하면서 노트북, 태블릿 등 전자제품 수요가 늘어나고, 이에 따라 드라이버 IC 칩, 개별 부품 및 기타 반도체 부품에 대한 수요도 증가할 것으로 예상됩니다.

관련 IC 설계 업계 관계자들은 과거에는 고객들이 재고 과잉 부담을 피하기 위해 필요에 따라 주문을 하는 경향이 있었다고 밝혔습니다. 그러나 2020년에는 코로나19 팬데믹과 국제 무역 갈등 등 불확실한 요인들의 영향으로 일부 고객들이 웨이퍼 파운드리의 생산 능력 부족을 우려하여 안정적인 공급을 확보하기 위해, 특히 8인치 웨이퍼 생산 능력에 대해 2021년 3월과 4월까지 장기 주문을 하는 추세가 나타났습니다.

SEMI 자료에 따르면 2019년에서 2022년 사이 미세전기기계시스템(MEMS) 및 센서 부품 관련 웨이퍼 제조 시설의 생산 능력은 25% 증가할 것으로 예상되며, 전력 부품 및 웨이퍼 파운드리의 생산 능력은 각각 23%와 18% 증가할 것으로 예상됩니다. 8인치 웨이퍼 산업 전반의 실적은 지속적으로 호조를 보이고 있습니다.

2. 12인치 웨이퍼가 주류이며, 8인치 웨이퍼 생산 능력은 제한적입니다.

2008년 이전에는 8인치(200mm) 웨이퍼 팹이 주류였지만, 매년 새로 생산되는 12인치(300mm) 웨이퍼 팹의 수가 증가하면서 현재는 12인치 웨이퍼 팹이 주류가 되었습니다. IC Insights에 따르면, 전 세계 12인치 웨이퍼 팹의 수는 2021년에 123개로 증가하고, 2023년에는 138개에 이를 것으로 예상됩니다.

출처: 공개 정보

12인치 웨이퍼에 비해 8인치 웨이퍼 생산 설비는 감소 추세이며, 장비 제조업체들은 현재 12인치 웨이퍼 생산 설비에 집중하고 있습니다. 8인치 웨이퍼 생산 설비는 공급이 제한적이고, 중고 설비는 가격이 비싸고 유통량이 적어 8인치 웨이퍼의 신규 생산 능력 증가가 제한적입니다.

관련 통계에 따르면 2008년부터 2016년까지 8인치 웨이퍼 생산 공장이 30곳 이상 폐쇄되었고, 10곳 이상이 8인치에서 12인치로 전환되었습니다. 2015년부터 2017년까지 전 세계 8인치 웨이퍼 생산 공장의 설비 증가율은 약 7%에 불과했습니다. 2019년에는 전 세계 8인치 웨이퍼 생산 공장의 총 개수가 200개 미만으로 줄어들었습니다.

또한 2010년에서 2016년 사이에 6인치 웨이퍼 생산 공장이 20곳 이상 폐쇄되었고, 개별 소자, 전력 소자, MEMS, 아날로그 칩 등의 제품 수요가 8인치 웨이퍼로 전환되면서 8인치 웨이퍼 생산 능력에 대한 부담이 더욱 가중되었습니다.

웨이퍼 파운드리 시장: 주요 기업들의 공장 분포는 어떠하며, 생산능력 부족과 가격 인상에 대한 그들의 태도는 어떠한가?  

웨이퍼 파운드리 시장은 지속적인 성장세를 유지해 왔습니다. IC Insights의 데이터에 따르면, 전 세계 반도체 웨이퍼 파운드리 시장은 2019년부터 2024년까지 연평균 약 10%의 성장률을 기록할 것으로 예상되며, 이는 2014년부터 2019년까지의 연평균 성장률 6%보다 훨씬 높은 수치입니다.

시장 구조 측면에서 보면, 주로 TSMC, 삼성, 글로벌파운드리, UMC, SMIC 등의 기업들이 있으며, 그중 TSMC가 50% 이상의 점유율로 시장을 주도하고 있습니다. 동시에 중국 본토에서도 웨이퍼 파운드리 업체들이 속속 등장하고 있는데, 이들은 주로 8인치 이하 웨이퍼 생산에 주력하고 있습니다.

8인치 웨이퍼 생산 능력 부족과 가격 상승 등의 시장 상황에 직면하여, 주요 파운드리 업체들의 공장 생산 능력 배분 및 계획, 그리고 시장 가격 상승에 대한 태도를 다음과 같이 요약했습니다.

현재로서는 8인치 웨이퍼 파운드리 가격은 인상되지 않았습니다.

웨이퍼 파운드리 분야의 선두주자인 TSMC는 주로 12인치와 8인치 웨이퍼 생산 시설을 보유하고 있으며, 6인치 웨이퍼 생산 시설도 하나 운영하고 있습니다. 애플, AMD, 엔비디아, 퀄컴, 미디어텍 등 주요 고객사의 7nm 및 5nm 첨단 공정에 대한 강력한 수요 덕분에 TSMC는 이미 생산 능력이 부족한 상황이며, 이번 공급 부족 사태로 인해 신규 고객을 수용할 여유 생산 능력이 없는 상태입니다.

시장의 8인치 웨이퍼 생산 능력 부족 문제와 관련하여 TSMC CEO 웨이저자는 3분기 실적 발표에서 고객과의 긴밀한 협력 관계 때문에 8인치 웨이퍼 파운드리 가격을 인상하지 않았다고 밝힌 바 있습니다. 

데이터 출처: ChinaFlashMarket에서 수집

8인치 웨이퍼 제조 시설의 생산량 확대를 검토 중입니다.

삼성의 웨이퍼 파운드리는 주로 12인치이며, 8인치 웨이퍼 파운드리는 단 하나뿐입니다. 총 6개의 생산 라인이 가동 중이며, 이 중 5개는 한국(지흥 2개, 화성 3개)에 위치하고 있고, 나머지 1개는 미국 오스틴 공장에 있습니다. 삼성의 화성 V1 생산 라인은 총 누적 투자액이 60억 달러에 달하며 2020년에 양산에 들어갔습니다. EUV 리소그래피 기술 기반의 7nm 및 5nm 칩을 생산하며, 2020년 1분기에 납품되었습니다.

삼성 화성 V1은 삼성의 첫 번째 EUV 반도체 생산 라인입니다. EUV 생산 라인을 더욱 확장하고 7nm 이하 공정 기술을 개선하기 위해 삼성은 2020년 5월 평택에 새로운 생산 라인 건설을 시작했습니다. 이 라인은 EUV 기술 기반의 5nm 이하 공정 기술에 집중할 예정이며, 2021년 하반기에 본격적인 생산에 들어갈 것으로 예상됩니다.

8인치 웨이퍼 생산 능력 부족과 웨이퍼 파운드리 가격 상승에 직면한 삼성전자가 생산 효율을 높이고 시장 수요를 충족하기 위해 8인치 웨이퍼 공장에 자동화 투자를 검토하고 있다는 보도가 나오고 있다.

데이터 출처: ChinaFlashMarket에서 수집

미래 수요를 충족하기 위해 새로운 8인치 웨이퍼 제조 공장을 건설할 계획입니다.

글로벌파운드리의 웨이퍼 파운드리는 주로 독일, 싱가포르, 미국에 위치해 있으며, 8인치 웨이퍼 생산 시설과 12인치 웨이퍼 생산 시설이 각각 절반씩을 차지합니다. 그중 8인치 웨이퍼 생산 시설은 주로 싱가포르에, 12인치 웨이퍼 생산 시설은 주로 미국과 독일에 집중되어 있습니다.

2019년, 글로벌파운드리는 싱가포르의 8인치 웨이퍼 생산 공장인 Fab 3E를 월드어드밴스드(World Advanced)에 2억 3,600만 달러에 매각했습니다. 같은 해, 뉴욕주의 12인치 웨이퍼 생산 공장인 Fab 10은 온 세미컨덕터(ON Semiconductor)에 4억 3,000만 달러에 매각했습니다. 2020년에 새로 건설된 청두 공장도 폐쇄되었지만, 글로벌파운드리는 향후 성장 수요를 충족하기 위해 뉴욕주 몰타에 부지를 매입하여 최첨단 8인치 웨이퍼 생산 공장을 건설할 계획이라고 발표했습니다.

출처: 글로벌파운드리 공식 웹사이트

데이터 출처: ChinaFlashMarket에서 수집

일부 8인치 웨이퍼 고객에게 가격이 인상되었습니다.

UMC는 12인치 웨이퍼 제조 시설 4개, 8인치 웨이퍼 제조 시설 7개, 6인치 웨이퍼 제조 시설 1개를 포함하여 총 12개의 웨이퍼 제조 시설을 보유하고 있습니다. 이 시설들은 주로 싱가포르, 일본, 중국 본토 및 대만에 집중되어 있으며, 월 생산 능력은 약 750,000만 개 이상의 웨이퍼(8인치 웨이퍼 기준)입니다.

2020년에는 대형 패널 드라이버 IC와 5G 휴대폰 전력 관리 칩에 대한 수요 증가 및 고객사의 재고 확보 지속에 힘입어 UMC의 전체 설비 가동률이 2분기에 98%까지 상승했으며, 8인치 웨이퍼 출하량은 약 2.22만 장에 달했습니다. 그러나 2020년 하반기에도 8인치 웨이퍼 생산 여력이 부족함에 따라 UMC는 일부 고객사에 대해 가격을 인상했으며, 2021년 1분기 가격 인상까지 검토하고 있습니다.

출처: UMC 공식 웹사이트

8인치 웨이퍼 생산 능력은 실제로 부족한 상황이며, 올해 안에 생산 능력이 증대될 것입니다.

SMIC는 8인치 웨이퍼의 현재 시장 상황에 대해 "생산 능력이 실제로 부족하다"고 밝혔습니다. 견조한 수주 실적에 힘입어 SMIC는 3분기 재무 전망치를 상향 조정했으며, 매출은 9억 3천만 달러에서 9억 5천만 달러 사이가 될 것으로 예상됩니다. 이는 2분기 매출 9억 3천8백만 달러보다 소폭 증가한 수치입니다.

SMIC는 올해 톈진, 상하이, 선전에 있는 8인치 웨이퍼 생산 기지 3곳의 생산 능력을 월 3만 장 증설할 계획입니다. 12인치 웨이퍼의 경우, 월 생산 능력을 2만 장 증설할 예정입니다.

또한 SMIC는 베이징 개발구 관리위원회와 28nm 이상 웨이퍼 파운드리 프로젝트에 집중하는 합작 투자 회사 설립을 위한 협력 프레임워크 협약을 체결했습니다. 1단계에서는 월 10만 개(12인치 웨이퍼 기준) 규모의 웨이퍼 생산 능력을 구축하여 향후 성능 향상에 박차를 가할 계획입니다.

출처: SMIC 재무 보고서

중국 시장은 8인치 칩 주문 폭주로 몸살을 앓고 있다.

SK하이닉스는 초기에는 한국 청주에 위치한 M8 생산 라인에서 파운드리 사업에 집중했습니다. 이후 2017년에는 웨이퍼 파운드리 사업부를 SK하이닉스 시스템 IC 컴퍼니라는 독립 사업체로 분리했습니다. SK하이닉스 시스템 IC 컴퍼니는 웨이퍼 파운드리 사업에 주력하며, 특히 8인치 웨이퍼 생산을 주력 사업으로 삼고 있습니다.

최근 몇 년 동안 중국 시장은 8인치 웨이퍼 주문 폭증으로 몸살을 앓았습니다. 이에 SK하이닉스 시스템 IC는 2018년 우시산업그룹과 3억 5천만 달러 규모의 합작 자회사를 설립했습니다. 각 회사는 50.1%와 49.9%의 지분을 투자하여 8인치 웨이퍼 파운드리를 건설했습니다. 이 파운드리는 가동 후 월 11만 5천 장의 8인치 웨이퍼 생산 능력을 갖추게 되었으며, 2020년 3월 테이프아웃에 성공했습니다.

2021년에도 공급이 수요를 초과할 것으로 예상되며, 가격 인상을 고려하고 있습니다.

1999년, 월드 어드밴스드는 TSMC의 지원을 받아 로직 제품 파운드리 기술을 성공적으로 도입하고 TSMC의 파운드리 파트너가 되었습니다. 2020년에는 DRAM 생산 공장에서 웨이퍼 파운드리 회사로의 전환을 발표했습니다. 2004년 7월, 월드 어드밴스드 테크놀로지는 공식적으로 DRAM 생산 및 제조를 종료하고 100% 웨이퍼 파운드리 회사로 성공적으로 전환했습니다.

출처: 세계선진금융보고서

현재 전 세계에는 대만과 싱가포르에 위치한 8인치 웨이퍼 생산 시설 4곳이 있으며, 여기에는 2019년 글로벌파운드리(GlobalFoundries)의 싱가포르 Fab 3E 8인치 웨이퍼 생산 시설 인수도 포함됩니다. 월드 어드밴스드(World Advanced)의 2019년 연간 생산 능력은 약 250만 개의 8인치 웨이퍼였으며, 출하량은 2.12만 개, 가동률은 85%였습니다. 2020년에는 약 260만 개의 8인치 웨이퍼를 생산할 것으로 예상됩니다.

월드 어드밴스드는 강력한 시장 수요로 인해 8인치 웨이퍼 파운드리 생산 능력이 부족하며, 이러한 공급 부족 현상이 2021년 내내 지속될 것으로 예상하고 있습니다. 현재 월드 어드밴스드는 8인치 웨이퍼 파운드리 가격 상승과 관련된 문제들을 고객들과 논의하고 있습니다.

고객은 더 높은 가격으로 주문을 했고, 12인치 공장 건설 계획을 시작하기로 결정했습니다.

파워칩 그룹은 2019년 5월 기업 구조조정을 완료했습니다. 자회사인 파워칩 테크놀로지는 12인치 웨이퍼 제조 공장 3곳과 관련 사업 및 자산을 파워칩 일렉트로닉스 매뉴팩처링 주식회사("파워칩")로 이전했습니다. 현재 파워칩은 8인치 웨이퍼 제조 공장 2곳과 12인치 웨이퍼 제조 공장 3곳을 보유하고 있습니다.

파워 반도체 제조(Power Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.)는 웨이퍼 파운드리 생산 능력 공급이 실제로 부족하여 현재 최대 가동률을 유지하고 있으며, IC 설계 업체들이 생산 능력 확보를 위해 가격을 인상하며 주문을 하고 있다고 밝혔습니다. 고객의 신규 생산 능력 수요 증가에 대응하여 통루오(Tongluo) 12인치 웨이퍼 공장 건설 계획을 추진하고 있으며, 2021년 2분기에 착공할 예정입니다. 또한, 파워칩이 투자한 중국 본토 웨이퍼 파운드리인 허페이 징허(Hefei Jinghe)도 현재 최대 가동률을 기록하고 있습니다. 2020년 7월 말 기준 월 생산 능력은 2만 5천 개이며, 연말까지 월 3만 개까지 증대될 것으로 예상됩니다.

출처: 파워 세미컨덕터 공식 웹사이트

우시 공장은 생산 능력을 지속적으로 확대하고 있으며, 공장 2단계 확장을 검토 중입니다.

화홍반도체는 8인치 웨이퍼 생산 공장 3개와 12인치 웨이퍼 생산 라인 3개를 보유하고 있습니다. 2019년에는 월 생산 능력이 8인치 환산 웨이퍼 기준으로 17만 4천 장에서 20만 1천 장으로 증가했으며, 가동률은 91.2%를 기록했습니다. 전력 반도체의 국산화가 가속화됨에 따라 2020년 시장 수요는 예상보다 호조를 보였습니다. 화홍반도체의 8인치 생산 설비 가동률은 100%에 도달했으며, 12인치 생산 설비 가동률 또한 지속적으로 상승하고 있습니다.

동시에 우시 공장은 2020년 말 또는 2021년 초까지 생산 능력을 월 4만 개로 늘리는 것을 목표로 하고 있으며, 우시 공장 2단계 확장을 검토 중입니다. 총 생산 능력은 월 8만 개에 이를 것으로 예상됩니다. 8인치 제품 생산 시설은 향후 월 1만~2만 개까지 추가 확장이 가능한 여유 공간을 확보하고 있습니다.

데이터 출처: ChinaFlashMarket에서 수집

생산능력이 부족하고 OEM 가격 인상 가능성을 배제할 수 없습니다.

DB하이텍은 한국의 웨이퍼 파운드리 업체로, 주로 8인치 웨이퍼 팹을 이용하여 전력 관리 장치와 이미지 센서를 생산합니다. 본사와 두 개의 공장(Fab1 및 Fab2) 모두 한국에 위치해 있으며, 공장 생산 능력은 최대 가동률에 도달했습니다. 2019년에는 약 100,000만 건의 8인치 웨이퍼 주문을 납품하지 못했는데, 이는 2018년 납품 불가 주문량의 거의 두 배에 달하는 수치입니다. 2020년에도 공급 부족 현상이 지속될 것으로 예상됨에 따라, 이스턴하이테크는 OEM 가격 인상 가능성을 배제하지 않고 있습니다.

출처: Eastern Hi-Tech 공식 웹사이트

8인치 생산 라인은 최대 가동률로 운영되고 있으며, 당분간 가격 인상은 없을 예정입니다. 상황에 따라 변동될 수 있습니다.

현재 차이나 리소스 마이크로(China Resources Micro)에서 생산하는 웨이퍼는 대부분 6인치이며, 8인치 웨이퍼의 활용률은 아직 높지 않습니다. 12인치 웨이퍼의 경우, 2018년 충칭시와 기존 공장에 12인치 생산 라인을 구축하는 계약을 체결했습니다. 이 프로젝트는 계획대로 진행 중이며 2020년 가동을 목표로 하고 있습니다.

차이나 리소스 마이크로는 3분기에 접어든 이후 8인치 생산 라인이 최대 가동률을 기록하고 있으며, 전체 설비 가동률이 90%를 넘어섰다고 밝혔습니다. 당분간 가격 인상은 없을 예정이며, 시장 및 가격 동향을 지속적으로 주시할 것이라고 덧붙였습니다.

출처: 공개 데이터

지타 반도체는 아날로그 회로 및 전력 소자 웨이퍼 제조에 주력하고 있습니다. 2018년 상하이 프로젝트가 공식 착공되어 월 60,000만 개 생산 능력을 갖춘 8인치 생산 라인과 월 50,000만 개 생산 능력을 갖춘 12인치 특수 공정 생산 라인이 구축되었습니다. 주요 제품은 산업 제어, 자동차, 전력, 에너지 등 다양한 분야에 사용되며, 전력 소자(IGBT), 전력 관리, 센서 등의 칩 생산 능력을 향상시키는 데 기여할 것입니다.

2020년, 지타 반도체는 성메이 반도체 장비(상하이) 유한회사와 전략적 협력 계약을 공식적으로 체결했습니다. 양사는 각자의 강점을 최대한 활용하여 반도체 장비 및 관련 공정 혁신에 힘을 합칠 것입니다.

징허 인티그레이티드는 안후이성에 위치한 12인치 웨이퍼 파운드리입니다. 2019년 말 기준 월 생산량 2만 장을 달성했으며, 2020년 말까지 월 3만 장, 2021년 말까지 월 4만~4만 5천 장의 12인치 웨이퍼 생산 능력을 확보할 계획입니다.

사이웨이 일렉트로닉스(주)의 지주회사가 투자 및 건설한 "8인치 MEMS 국제 파운드리 라인 구축 프로젝트"가 2020년 9월 공식 가동을 시작했으며, 월 1만 개 생산 능력을 갖추고 있습니다. 이 프로젝트는 단계적으로 건설되어 최종적으로 월 3만 개 생산 능력을 확보하게 되며, 이는 첨단 8인치 MEMS 칩 생산 라인의 실용화 진입을 의미합니다.

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