그야말로 칩 개발 전성시대다.
‘칩질라’ 인텔의 중앙처리장치(CPU)가 아닌 영국의 반도체 설계자산(IP) 업체인 ARM 기반의 CPU를 만들어 자신의 맥 노트북과 컴퓨터를 내놓은 애플부터, 자신의 스마트폰 픽셀에 최적화된 독자 모바일 프로세서 애플리케이션(AP)을 만들겠다고 선언한 중국의 샤오미, 비보와 같은 스마트폰 업체만 있는 게 아니다.
이제는 자체 데이터 센터를 갖고 있는 페이스북이나 구글, 바이두, 아마존 같은 기업들도 자신들의 시스템에 최적화된 인공지능(AI) 칩을 개발하는 방향으로 사업을 확장하고 있다. 자신의 시스템을 제일 잘 아는 해당 기업이 팹리스(반도체 설계)에 칩 설계를 맡기지 않고 직접 칩 설계에 뛰어들고 있다는 뜻이다.
이 기업들은 풍부한 자금으로 팹리스 회사를 사들이고, 아니면 뛰어난 엔지니어를 고용하는 형태로 나가고 있다. 그런 맥락에서 보면 기존 팹리스 업체로서는 구글, 페이스북, 바이두 같은 매머드 기업을 비롯한 강력한 경쟁사들이 계속 부상하고 있음을 인식할 필요가 있다.
빅데이터, AI 활용이 보편화되면서 일류 기업일수록 반도체 사업에 뛰어들고 있다.
그만큼 반도체 산업은 상종가다.
사실 반도체의 가장 큰 특징은 설계와 제조의 분업화다.
설계만 하는 기업은 ‘팹리스’, 제작만 하는 기업은 ‘파운드리(반도체 위탁 제조)’로 부른다. 그런데 설계와 제작을 다 하는 삼성전자, 인텔과 같은 업체는 종합 반도체(IDM)라고 한다.
반도체 시장 초기만 해도 많은 회사가 IDM 이었다. 자본 투자가 그렇게 크지 않았던 때라 상당수 기업이 팹을 자체 보유했다.
문제는 미세화 공정으로 넘어가면서다. 공정이 복잡해지고 미세화되면서 투자 규모는 커지는 데 주력 사업에서는 이를 감당할 만한 수익을 내지 못하는 기업이 발생했다. 이는 제조를 포기하고 반도체 설계자산(IP)과 설계 능력을 갖춘 사람만 남기는 ‘디자인하우스’ 팹리스가 탄생하게 된 배경이 됐다.
설계만 하는 팹리스가 생겼으니 제조만 하는 파운드리도 필요했다.
반도체가 설계와 제조의 분업화가 이뤄질 수밖에 없는 이유는 첨단 공정의 과실을 계속 누리면서도 자사 설비만으로는 가동률을 높일 수 없는 기업의 딜레마에 따른 것이다.
이런 분업화 덕분에 팹리스들은 투자의 짐을 벗고 빠르게 변화하는 IT 산업에 맞춰 유연하게 자신이 원하는 반도체를 설계할 수 있다.
과거 설계와 제조의 분업화 전만 해도 칩 경쟁에서 살아남으려면 파운드리는 무조건 차기 공정에 뛰어들어야 했고, 이는 과거 설비를 처분해야 함을 의미했다.
하지만 칩 제조만 하는 전문 파운드리 업체 입장에서 보면 고객은 많을수록 좋다. 인텔·AMD·엔비디아·애플 등을 위해서는 7나노 등 최첨단 공정을 통해 칩을 만들어주고 대부분의 중소 팹리스를 위해서는 기존 제조공정을 재활용해 안정적 수율로 제품을 공급할 수 있다.
전문 파운드리로서 다양한 이해관계를 가진 팹리스 고객들을 모두 만족시킬 수 있다는 얘기다.
팹리스가 특정 칩을 설계하고, 파운드리가 제조하는 과정은 세심하고 유기적인 단계를 거쳐야 한다.
파운드리의 고객인 팹리스는 칩을 제작하기 1~2년 전 설계 기획 단계에서부터 파운드리 제작 라인을 고려해 칩을 설계한다. 팹리스 입장에서는 기존에 해오던 파운드리가 아니라 새로운 파운드리와 일하게 되면 설계 회로도 이전에서 조금 업그레이드되는 수준이 아니라 완전히 새로운 작업이 필요하다. 달리 말하면 팹리스가 파운드리를 교체한다는 얘기는 파운드리의 새 생산라인에 맞춰 연구개발(R&D) 등에 많은 변화를 감수해야 한다는 뜻이다.
이뿐 아니다. 팹리스가 칩을 설계하려면 파운드리 공정에 맞춰 최적화된 설계 도구를 제공하는 소프트웨어 업체인 EDA(Electronic Design Automation) 업체와도 협업해야 한다.
칩은 제품의 심장이자 두뇌다. 칩의 오류는 시스템의 오류이자 제품의 오류를 의미하기 때문에 팹리스는 가급적 칩의 수율을 최대로 끌어올리기 위해서라도 거래 관계가 있던 파운드리를 원하고 이런 칩 개발 과정을 여러 업체와 세밀히 조율하게 된다.
특히 칩이 고도화되면서 팹리스의 칩 설계에 따른 투자 비용 역시 크게 올라가고 있다. 칩에 배치해야 하는 트랜지스터 숫자가 늘어난다는 의미는 회로의 설계인력·검증인력의 증가뿐 아니라 개발 기간의 증가를 의미한다.
팹리스가 칩을 주문하고 실제로 만들어진 칩을 파운드리로부터 받아보는 데 걸리는 시간(리드 타임)도 갈수록 길어지고 있다. 팹리스로서는 칩 개발에 따라 투입해야 하는 매몰 비용이 점점 커지고 있다는 뜻이다.
파운드리가 TSMC·삼성과 같은 일류 파운드리와 기타로 나뉘는 것처럼 팹리스도 거대 기업과 일부 아이디어만 사업화하는 군소 팹리스로 재편되고 있다.
최근 인텔이 과거 실패했던 파운드리에 재진출을 선언할 만큼 팹리스의 칩 설계 수요는 폭발하고 있다. 주력인 디스플레이 구동칩(DDI) 외에 사업 다각화를 모색하는 LX세미콘을 비롯해 글로벌 팹리스 기업들에게는 더 큰 기회의 문이 열리고 있다.
