자동차 공장에서 동일한 장비와 인력으로 2배의 자동차 대수를 생산할 수 있다면, 어떤 생각을 할까요? 기술적 난관에 부딪히고, 더 많은 노동력이 필요하더라도2배 생산의 목표를 달성하기 위해 모든 수단과 방법을 동원할 겁니다. 대부분의 산업과는 다르게, 반도체 산업은 독특한 면을 갖고 있어‘생산성 확대’라는 묘기를 보여줄 수 있습니다. 그 비결은 바로 넷슬롯 꽁 머니(Net Die,웨이퍼당 생산 가능한 칩 수)에 있습니다. 넷슬롯 꽁 머니를 늘리면 동일한 장비와 재료, 공정으로 웨이퍼당 많은 슬롯 꽁 머니(칩)를 생산할 수 있습니다. 이는 곧 웨이퍼당 판매가가 높아져 원재료 및 공정원가는 일정한데 수익은 증가하게 되는 것이지요. 이번 장에서는 이처럼 반도체 수익성을 결정짓는 넷슬롯 꽁 머니에 대해 알아보도록 합시다.
1. 슬롯 꽁 머니(Die)와 칩(Chip)의 차이
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<그림1 슬롯 꽁 머니(Die)와 칩(Chip)의 구분
초창기 슬롯 꽁 머니(Die)와 칩(Chip)이라는 용어는 명확한 구분 없이 상황에 따라 혼용됐습니다. 하지만 점차 용어의 쓰임이 많아지면서 구분할 필요가 생겼지요. 슬롯 꽁 머니란 육면체를 의미하는 것으로, 주사위(Dice)등을 칭할 때 쓰이기도 합니다. 반도체의 관점에서는, 선들이 연결된 회로를 집적화시킨 물리적인 최소 제품 단위라고 볼 수 있습니다. 이는 웨이퍼에서 소잉(Sawing,분리)되지 않은 상태의 전(前)공정에서 주로 사용됩니다.
반면, 칩이라는 용어는 주로 후(後)공정에서 사용됩니다. 칩이란‘아주 작은 것’을 의미하는데, 반도체 제품이 매우 작아서 칩이라는 별칭으로 불리게 된 것이지요. 웨이퍼를 소잉한 후 개별적으로 구분된 상태에서는 슬롯 꽁 머니를 칩으로 칭합니다.
사이즈를 말할 때는, 슬롯 꽁 머니-사이즈(Die-Size)의 경우 핵심회로 영역(Core Area)과 주변회로 영역(Peripheral Area)의 제품 기능에 해당하는 순수회로 영역입니다. 칩-사이즈(Chip-Size)는 슬롯 꽁 머니-사이즈에 더해 소잉하고 남은 주변의Scribing Lane영역과Pad Area(Pad를 외곽으로 뽑았을 경우) 등을 포함합니다.
2. 넷슬롯 꽁 머니(Net Die)와 슬롯 꽁 머니-사이즈(Die-Size)
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<그림2 슬롯 꽁 머니-사이즈에의해 결정되는 넷슬롯 꽁 머니 개수
넷(Net)이란 그물에 걸린 모든 것을 제외한 순수한 그물만을 뜻합니다. 따라서 넷슬롯 꽁 머니는 모든 부가적인 요소를 뺀 웨이퍼 상의 슬롯 꽁 머니만을 의미합니다. 넷슬롯 꽁 머니는 글로스 슬롯 꽁 머니(Gross Die)라고도 하는데, 이는 웨이퍼 상의 총 슬롯 꽁 머니 개수를 말합니다. 따라서 넷슬롯 꽁 머니는Technology를 감안해 면적을 계산하고, 제품기술을 바탕으로 설계해 만들어지는 웨이퍼당Good과Fail을 모두 합한 최대한의 슬롯 꽁 머니 개수이지요. 반도체의 수익성 면에서 넷슬롯 꽁 머니가 중요한 이유는, 웨이퍼당 판가(Price:웨이퍼 단가)와 직결되기 때문입니다. 따라서 반도체 산업은 특히Technology와 제품기술이 매출 및 수익 창출에 큰 영향을 주게 됩니다.
슬롯 꽁 머니-사이즈가130mm2일 경우 슬롯 꽁 머니 길이(Length)는10mm,슬롯 꽁 머니 폭(Width)은13mm로 할 수 있습니다. 이때 직경300mm의 웨이퍼 면적은70,659mm2(3.14x150mmx150mm)이므로, 웨이퍼의 면적을 슬롯 꽁 머니-사이즈로 나누면 543개의 넷슬롯 꽁 머니를 구할 수 있습니다. 기술적 발전을 이뤄 슬롯 꽁 머니-사이즈를100mm2로 축소할 경우, 넷슬롯 꽁 머니는 706개로 늘어나지요. 따라서 웨이퍼 상의 넷슬롯 꽁 머니는 슬롯 꽁 머니-사이즈가 작아질수록 반비례해 증가한다는 것을 알 수 있습니다.
3. 웨이퍼 판매단가(Wafer Price)
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<그림3 넷슬롯 꽁 머니에 의해 결정되는웨이퍼 판매가
전공정(Fab공정)만을 고려한다면, 웨이퍼의 판매단가는 각 칩(슬롯 꽁 머니)당 판매단가에 넷슬롯 꽁 머니 숫자를 곱한 값입니다(이때 웨이퍼 수율이 일정하다는 가정).따라서 슬롯 꽁 머니당 판매단가가 같다면 웨이퍼의 판매가는 넷슬롯 꽁 머니 개수에 비례해 증가하지요. 넷슬롯 꽁 머니는 보통 약500~1,200개 정도 되는데, 300~2,500개 정도가 되기도 합니다. 슬롯 꽁 머니당 판매가가5$일 경우, 넷슬롯 꽁 머니가 543개면 웨이퍼 판가는2,715$이고, 706개면3,530$가 됩니다. 파운드리(Foundry)업체는 웨이퍼만 생산하는데, 넷슬롯 꽁 머니의 개수는 팹리스(Fabless)업체의 기획 및 설계 단계에서 1차로 결정됩니다. 또, 파운드리 업체에서Technology에 따라 2차적으로 슬롯 꽁 머니 크기를 줄이면 넷슬롯 꽁 머니가 많아지므로 팹리스 업체는 되도록 극세화가 가능한 파운드리 업체를 선호합니다.
4. 웨이퍼 수익성 검토
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<그림4 슬롯 꽁 머니-사이즈에 따른 웨이퍼수익성 비교 @ 2개 Fab/ 5년 누적 기준
Fab공정에서의300mm(12인치) 웨이퍼의 장당 원가를3,000$라고 하면, 웨이퍼 상의 넷슬롯 꽁 머니가 543개 일 경우-285$(2,715-3,000)가 됩니다. 따라서 웨이퍼를 생산할 때마다 한 장당285$를 손해 보는 구조가 됩니다. 반면 넷슬롯 꽁 머니가 706개일 경우는+530$(3,530-3,000)이므로, 웨이퍼 한 장당530$만큼 이익을 얻게 됩니다. 여기서 발생하는 손해 혹은 이익은 수요자와는 상관없는 손익입니다(수요자는 넷슬롯 꽁 머니와는 별개로 이미 용량이 올라가면서 이익을 본 것으로 가정했습니다).
Fab당 약 한 달에 10만 장의 웨이퍼를 생산(보통 7만~12만 장 생산)한다고 할 경우, 한쪽은 한 달에Fab당 약 3천만 달러 손해를 보고 다른 쪽은 약5천만 달러의 이익을 얻게 되는 셈입니다. 두 케이스의 경우 약800억 원의 차이이므로 1년이면 9천억 원에 이르게 되지요. 이러한 기술격차 상태로 2개 Fab에서 5년만 지속돼도 약9조의 차이가 나서, 이러한 상황이 10년 이상 계속된다면 기업 파산을 피할 수 없게 됩니다. 다른 모든 조건이 동일하다는 가정하에 따져볼 때, 슬롯 꽁 머니-사이즈가30%차이가 날 경우, 슬롯 꽁 머니-사이즈 즉 기술력의 차이가 기업의 흥망성쇠를 좌우하게 됩니다.
과거 일본과 유럽의 메모리 반도체 기업들의 파산은, 기술격차를10~20년 가까이 만회하지 못한 원인이 가장 크다고 할 수 있습니다. 기술격차를 극복하기 위해 국가가 나서서 경영자금을 투입하고Low Grade Technology업체들끼리 연합종횡을 시킨다고, 고통의 시간이 조금 더 지연될 뿐 근본적인 치유가 아님을 반면교사로 삼아야 하겠습니다. 반도체 업체들이 경쟁에서 뒤처지지 않기 위해 끊임없이 기술선도의 드라이브를 하는 이유입니다.
넷슬롯 꽁 머니의 변수에 따라 결정되는 손익구조의 사례를 통해, 반도체에서 넷슬롯 꽁 머니가 중요한 이유에 대해 알아봤습니다. 가능한 한 웨이퍼는 큰 직경으로, 슬롯 꽁 머니-사이즈는 최대한 작게 해 이익 구조를 만드는 것이 가장 중요한 핵심입니다. 이번 장에서는 넷슬롯 꽁 머니 외 다른 여러 항목을 가정으로 설정했으나, 이를 간략화해서 세부적으로 따지면 실제와는 일부 약간의 차이가 있을 수 있습니다. 하지만 큰 그림으로 볼 때 넷슬롯 꽁 머니를 이해하는 데 걸림돌은 없었을 것입니다. 반도체의 처음과 끝은 이익과 시장점유율에 초점이 맞춰져 있으며, 이러한 흐름에 따라 제품과 Technology 기획기술과 제품 개발제조판매가 단계적으로 진행되고 있습니다.
※본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.
