2021. 3. 27. 08:02ㆍ리포트/반도체
안녕하세요. 케이입니다.
방문해 주셔서 감사합니다.😊
애플의 강력한 전략 변화(M1), 인텔 제국의 몰락, 파운드리 업계의 양극화(TSMC와 삼성전자), 자동차의 전장화와 자율주행 기술 도입 등으로 인해 파운드리 산업과 후공정이 급격히 확대될 거라 말씀하고 계십니다. 반도체 과거에서부터 현재까지 기술되어있기에 투자에 도움이 되셨으면 합니다.
I. 애플 실리콘이 시장에 미치는 영향
>> 애플이 쏘아 올린 작은 공
작년 11월 11일, PC 업계에 커다란 지각변동이 나타났다. 애플이 발표한 M1 칩 기반의 PC 제품들 때문이다. M1 칩은 인텔이나 AMD가 공급하는 x86 기반의 CPU가 아니라 ARM 코어 기반의 CPU다. 일반적으로 ARM 코어는 스마트폰, 태블릿PC와 같은 저전력 기기용으로 개발된 것이므로 성능 측면에서는 x86 기반의 CPU를 따라잡기 어렵다는 평가를 받아왔다. 물론 언젠가는 스마트폰의 성능이 PC를 따라잡을 것이라는 막연한 예측은 있었지만, 실제 이를 실행에 옮기기는 어려웠다. 기본적으로 하드웨어 아키텍처가 다르고, OS 역시 다르기 때문이다. 지난 30여 년간 윈텔 동맹이 유지되었던 것도PC에는 윈도우 OS가 필수적이었기 때문이다.
애플 (Apple Inc.)
미국 캘리포니아의 아이폰, 아이맥, 맥북, 애플 TV, 맥 OS, iOS 등을 제조하는 기업이다. 애플의 이전 명칭은 애플 컴퓨터 주식회사(영어: Apple Computer, Inc.)였는데, 스티브 잡스가 아이팟, 아이폰을 발표하면서 간단하게 애플이라고 기업 이름을 바꾸었다. 본사는 애플 캠퍼스와 애플 파크에 두고 있으며, 미국 캘리포니아주 쿠퍼티노에 소재하고 있다. 최고경영자는 팀 쿡이다.
인텔 (Intel Corporation)
반도체의 설계와 제조를 하는 미국의 다국적 기업이다. 세계에서 가장 큰 반도체 제조사로 본사는 캘리포니아주 샌타클래라에 있다.
AMD (Advanced Micro Devices, Inc., 어드밴스드 마이크로 디바이시스 주식회사)
미국의 집적회로 설계 기업으로, 캘리포니아주 샌타클래라 카운티 서니베일에 위치하고 있다. 1969년 페어차일드 반도체 출신들이 주축이 되어 세워진 AMD는, 인텔에 이어 두 번째로 큰 x86 아키텍처 호환 프로세서 제조사이며 플래시 메모리 분야에서도 주도적인 위치에 서 있다.
x86 (80x86)
인텔이 개발한 마이크로프로세서 계열을 부르는 말이자, 이들과 호환되는 프로세서들에서 사용한 명령어 집합 구조들을 통칭하는 말이다. x86 아키텍처는 데스크톱 컴퓨터 시장에서 매우 널리 쓰이며, PowerPC 같이 좀 더 근대적인 아키텍처를 사용한 프로세서들이 x86과 경쟁했으나 그다지 많은 시장 점유율을 확보하지는 못했다.
CPU (central processing unit, 중앙 처리 장치)
컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램의 연산을 실행하고 처리하는 가장 핵심적인 컴퓨터의 제어 장치, 혹은 그 기능을 내장한 칩을 말한다. 컴퓨터 안의 중앙 처리 장치(CPU)는 외부에서 정보를 입력받고, 기억하고, 컴퓨터 프로그램의 명령어를 해석하여 연산하고, 외부로 출력하는 역할을 한다. 따라서 중앙 처리 장치(CPU)는 컴퓨터 부품과 정보를 교환하면서 컴퓨터 시스템 전체를 제어하는 장치로, 모든 컴퓨터의 작동과정이 중앙 처리 장치(CPU)의 제어를 받기 때문에 컴퓨터의 두뇌에 해당한다고 할 수 있다. 실제의 CPU 칩엔 실행 부분뿐만 아니라 캐시 등의 부가 장치가 통합된 경우가 많다.
ARM 아키텍처 (ARM architecture)
임베디드 기기에 많이 사용되는 RISC 프로세서이다. 저전력을 사용하도록 설계하여 ARM CPU는 모바일 시장 및 싱글 보드 컴퓨터로 불리는 개인용 컴퓨터에서 뚜렷한 강세를 보인다. 1985년 4월 26일 영국의 캠브리지에 있는 에이콘 컴퓨터(Acorn Computers)에 의해서 탄생. 1990년 11월에 애플과 VLSI의 조인트 벤처 형식으로 ARM(Advanced RISC Machines Ltd.)가 생김.
아키텍처 (computer architecture, 컴퓨터 구조)
컴퓨터 공학에서 컴퓨터 시스템의 기능(functionality), 조직(organization), 구현(implementation)에 대한 법칙과 방법을 통칭한다. 또 다른 정의로는 컴퓨터 구조는 명령어 집합 구조(Instruction set architecture, ISA), 마이크로아키텍처(Microarchitecture) 설계, 논리 설계 및 구현을 의미한다.
윈텔 동맹
마이크로소프트(MS)의 ‘윈도’ 운영체제와 인텔의 CPU를 합친 제휴관계
애플의 이런 변화 시도는 IBM이 1981년 IBM PC를 발표한 지 정확히 40년 만이다. IBM은 현재 PC의 구조를 고안해낸 최초의 회사다. PC의 구조를 표준화해 IBM PC 호환기종이라는 이름으로 수많은 제조사들이 PC를 개발해 판매하다 보니 오히려 IBM이 최초 개발해 선보인 IBM 5150은 5년도 되지 않아 단종됐다. 당시 IBM PC의 경쟁상대는 애플의 매킨토시였다. 1984년 첫 출시된 매킨토시는 처음으로 GUI(그래픽 사용자 인터페이스)와 마우스를 채용해 인기를 끌었다. 하지만, IBM 호환 기종들은 규모의 경제 효과를 일으키면서 빠른 속도로 가격이 싸졌고, 매킨토시는 내부 공개도 하지 않은데다가 비싸다 보니 한때 명맥이 끊길 뻔도 했다.
IBM (International Business Machines Corporation, 국제 사무기기 회사)
미국의 다국적 기술 및 컨설팅 회사이다. 천공카드 시스템을 고안한 허먼 홀러리스가 1896년 창설한 제표기기회사가 1911년에 국제시간기록회사·Computing Scale Company·번디 제조회사와 합병해 세운 전산제표기록회사(CTR)가 이 회사의 전신이다. 터뷰레이팅 머신의 자동 표작성기는 1890년의 미국 국세 조사(國勢調査)에 사용되어 대단한 위력을 발휘하였다. CTR은 한때 경영 부진에 빠졌으나 1914년 토머스 J. 왓슨을 사장으로 영입해 급성장의 계기를 이룩했다.
이후 1924년 지금의 이름으로 변경하고 토머스 왓슨의 아들 토머스 J. 왓슨 주니어의 노력으로 PC를 개발했다. IBM이 PC를 개발한 뒤 내부를 공개 하였으며 수많은 업체들은 PC의 주변기기를 개발하였고 IBM은 로열티를 받지 않았기 때문에 PC의 기술은 빠르게 성장하였다. 그래서 전 세계 대부분의 사람들은 PC를 사용하고 있다. IBM은 PC의 기능을 보강하여 PS/2라는 새로운 컴퓨터를 만들기도 하였다. PS/2에서는 로열티를 받으려 하였고 그로 인해 수많은 업체들과 사용자들은 PS/2를 외면하였다. 결국 PS/2는 세상에서 자취를 감추고 만다. IBM은 주로 메인프레임을 위주로 한 하드웨어 업체였으나, 1990년대부터 소프트웨어, 서비스 등으로 분야를 넓혀왔다.
매킨토시 (Macintosh, Mac, 맥)
애플이 디자인, 개발, 판매하는 개인용 컴퓨터의 제품 이름이다. 1984년 1월 24일 처음 출시된 매킨토시는 당시 유행하던 명령 줄 인터페이스 대신 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 마우스를 채용해 상업적으로 성공한 최초의 개인용 컴퓨터였다. 하지만 현재 전 세계 대부분의 사람들은 IBM PC 호환기종(Microsoft사의 'Windows' 소프트웨어가 설치된 PC)을 쓰고 있다. 매킨토시는 값이 비쌌으며 내부를 공개하지 않았기 때문이다.
1980년대 후반을 지나면서 애플은 1980년대의 MS-DOS와 마이크로소프트 윈도우를 사용하던 IBM 호환 PC 시장 점유율을 서서히 걷어내기 시작했다. 애플은 1998년 성공적인 판매와 더불어 매킨토시 상표의 부활을 보여준 아이맥 데스크톱 모델로 다양한 수준의 소비자들을 끌어들였다. 지금의 맥 시스템은 주로 가정과 교육, 전문직 종사자들을 대상으로 하는 시장을 공략하고 있다. 그것들이 바로 앞서 설명한 일반 사용자용 모델인 아이맥과 맥 미니, 맥북 레티나와 맥북 에어 모델, 전문가용 워크스테이션인 맥 프로, 맥북 프로 등이 있다.
GUI (graphical user interface, 그래픽 사용자 인터페이스)
사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 입출력 등의 기능을 알기 쉬운 아이콘 따위의 그래픽으로 나타낸 것이다. 컴퓨터를 사용하면서, 화면 위의 물체나 틀, 색상과 같은 그래픽 요소들을 어떠한 기능과 용도를 나타내기 위해 고안된 사용자를 위한 컴퓨터 인터페이스이다. 그래픽 사용자 인터페이스에서 어떤 요소를 제어하려면 그 요소에 해당하는 그래픽을 직접 조작하여야 한다. 일반적으로 2차원의 공간에서 그 기능을 은유적 혹은 대표적으로 나타내는 그래픽으로 요소를 꾸미고 이를 선택, 이동, 복사하여 작동한다. 이를테면, X자와 같은 형태의 그래픽 요소는 이를 선택하면 삭제하거나 취소하는 기능을 수행하게 되며 어떤 파일을 나타내는 아이콘을 어느 위치에서 다른 하드 디스크의 장소를 나타내는 공간으로 이동하면 복사가 된다. 컴퓨터 자판의 명령어 입력이 요구되는 명령 줄 인터페이스(CLI)의 가파른 학습 곡선에 대응하여 GUI가 도입되었다.
어쩌면 애플이 지난 30년 동안 칼을 갈고 있었던 것일 수도 있겠다. 애플이 PC 시장에서 항상 약점으로 지적되어 왔던 것이 CPU였다. 애플은 매킨토시 개발 초기부터 2000년대 중반까지는 IBM, 모토로라와 협력해 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 기반의 PowerPC CPU를 적용했다. RISC 기반의 CPU는 명령어를 최소화하여 단순하게 제작되므로 효율적이지만, 하위 호환을 위해서는 에뮬레이터가 필요해 소프트웨어는 복잡해지는 단점이 있다. 따라서, PC 시장이 빠르게 발전하는 과정에 있어서는 판매량이 많지 않을 경우 개발비가 높아져 큰 부담으로 작용했다. 마이크로소프트와 인텔은 윈도우 95와 펜티엄 프로세서로 애플의 시장 점유율을 빠르게 하락시켰다.
모토로라 (Motorola, Inc.)
미국의 전자 제품 및 통신 산업 관련 기업이다.
RISC (Reduced Instruction Set Computer, 리스크, 축소 명령어 집합 컴퓨터)
CPU 명령어의 개수를 줄여 하드웨어 구조를 좀 더 간단하게 만드는 방식으로, 마이크로프로세서를 설계하는 방법 가운데 하나이며, SPARC, MIPS 등의 아키텍처에서 사용된다. 전통적인 CISC CPU에는 프로그래밍을 돕기 위한 많은 수의 명령어와 주소 모드가 존재했다. 그러나 그중에서 실제로 쓰이는 명령어는 몇 개 되지 않는다는 사실을 바탕으로, 적은 수의 명령어만으로 명령어 집합을 구성한 것이 RISC이다. 그래서, RISC는 CISC보다 구조가 더 단순하다. 복잡한 연산도 적은 수의 명령어들을 조합하는 방식으로 수행이 가능하다. 그리고 CISC 형식의 CPU 내 ROM에 소프트웨어적으로 적재된 내부 명령어들을 하드웨어적으로 구성하여 제어기가 제거된 부분에 프로세서 레지스터 뱅크와 캐시를 둔다. 이렇게 함으로써 CPU가, 상대적으로 느린 메인 메모리에 접근하는 횟수를 줄여주어 파이프라이닝 등 시스템 수행 속도가 전체적으로 향상된다.
PowerPC (Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing의 약어, 간단히 PPC)
1991년 애플, IBM, 모토로라 등이 제휴한 AIM 연합에서 발표한 RISC 방식의 명령 집합 아키텍처(Instruction Set Architecture)를 말한다. PowerPC 명령 집합은 지속적으로 진화하고 있으며, 2006년에 Power ISA로 이름을 바꾸었으나, 그 이후에도 파워PC는 파워 아키텍처 기반의 몇몇 프로세서를 통칭하는 명칭으로 사용되고 있다. 파워 PC 아키텍처 자체는 동작의 기본이 되는 명령 집합이나 레지스터 집합, 메모리 어드레싱, 캐시 모델 등을 규정하고 있지만 이들의 구현 방법에 대한 규정은 없다. 그러므로 극단적으로 파워 피씨 아키텍처에서 내부적으로 CISC 또는 소프트웨어를 구현해도 파워 피씨 프로세서라고 부를 수 있다.
이러한 특징으로 실제로 제조되는 모델은 고속화를 위해서 아키텍처 수준에서는 규정되어 있지 않은 부품(2차, 3차 캐시나 관련 레지스터 등)을 갖추고 있는 것이 보통이다. 원래는 AIM(애플, IBM, 모토로라) 플랫폼의 CPU가 이런 의미로 개발된 것이지만, CPU 말고는 개발된 것이 없으므로 오늘날까지 남아 있는 파워피씨 계열 프로젝트의 유일한 성과물이기도 하다. 파워피씨는 애플 컴퓨터사의 파워맥에 사용되었다. 그 밖에는 IBM의 일부 워크스테이션, 서버나 BlueGene/L뿐만 아니라 슈퍼 컴퓨터에도 사용된다. 또한 기판 크기가 작고 소비 전력이 낮으며 자일링스 FPGA용 IP 코어도 제공한다. 현재는 모토로라에서 분리된 프리스케일 세미컨덕터와 IBM에서 개발하여 제조하고 있다.
윈도우 95 (Windows 95)
마이크로소프트가 1995년 8월 24일에 출시한 그래픽 사용자 인터페이스 기반의 고객지향(consumer-oriented) PC용 운영 체제이다. 최초의 32비트 윈도우이며, 이전 버전의 윈도우에 비해 크나큰 변화가 있었다. 개발하는 동안 사용된 개발명은 "시카고"였다. 윈도우 95의 후속 버전은 윈도우 NT 4.0, 윈도우 98, 윈도우 98 SE이다.
펜티엄 (Pentium)
인텔에서 만든 개인용 컴퓨터용 마이크로프로세서의 상표명이다. 그리스어로 pente는 five(숫자 5)를 의미한다. 인텔에서 만든 제 5세대 마이크로프로세서라는 의미를 가진 펜티엄은 현재까지도 인텔이 만든 개인 컴퓨터용 마이크로프로세서의 이름으로 계속 사용되고 있다. 1993년 3월 22일에 첫 출시된 펜티엄 프로세서는 처음에는 x86 라인을 따라 80586 또는 i586이라고 불릴 예정이었다. 그러나 AMD 사와의 상표권 분쟁 과정에서 숫자(80386, 80486 등)를 상표로 사용할 수 없다는 판결을 받고 펜티엄이라는 이름으로 출시되었다. 그러나 i586이라는 이름은 초기 펜티엄 칩들이나 펜티엄과 유사한 기능의 다른 회사 칩들을 가리키기 위해 아직도 종종 사용된다.
애플은 처음부터 인텔에 대한 의존도를 낮추기 위해 노력했지만, 결국 2006년 인텔 CPU로 전면 교체하는 전략을 발표했다. 인텔 CPU 기반의 맥 컴퓨터(이하 인텔 맥)가 등장하면서 오히려 애플의 시장 점유율은 상승했다. 매킨토시는 가격이 비싸다는 선입견이 강했지만, 인텔 맥은 IBM 호환기종과 유사한 부품을 사용하다 보니 부품 가격이 싸졌고, 판매량이 증가하면서 원가절감이 되는 등 선순환에 진입했기 때문이다.
하지만, 애플은 CPU 독립 의지를 절대 버리지 않았다. 아이폰을 처음 출시한 2008년 이후 12년간 ARM 코어 CPU를 연구해 오면서 어떻게 하면 PC에도 같은 계열의 CPU를 적용할지 그 시점을 노리고 있었던 것이다. 애플은 이제 하드웨어와 소프트웨어 모두 자체 생태계를 구축할 수 있겠다는 자신감을 얻었고, CPU 업계에 큰 이정표를 세웠다고 볼 수 있다.
>> M1 기반의 신규 맥북 프로, 시장의 엄청난 호평
애플 실리콘이라 불리는 M1 칩이 처음 적용된 신형 맥북 프로가 발매된 지 약 4개월이 지났다. 이 제품에 대한 시장 반응은 그야말로 엄청나다. 처음에는 과연 기존 맥북 제품을 대체할 수 있을까 반신반의했지만, 이제는 M1 이후 버전에 대한 기대감이 높아지고 있는 형국이다. 기본적으로, 신형 맥북 프로는 기존 인텔 CPU가 적용된 맥북 프로에 비해 사용 시간이 2배 가까이 증가했고, 성능은 거의 유사하거나 어떤 면에서는 이를 능가하기도 한다.
애플은 10W 전력소모 기준으로 M1 칩이 다른 노트북용 CPU에 비해 2배 가까운 성능을 내고 있고, 최고 성능을 사용 중일 때 기준으로 전력 소모가 25%에 불과하다고 설명한다. 또한, 와트당 CPU 성능이 기존 대비 3배 증가했다고 밝혔다. GPU 성능도 이와 다르지 않다. 10W 전력 소모 기준 성능이 2배 높아졌고, 최고 성능 기준 전력 소모는 기존 대비 33%에 불과하다. 애플은 노트북의 성능과 전력 소모 2가지를 모두 만족시켜주는 이상적인 제품을 설계한 것이다
벤치마킹 전문 업체의 분석 데이터도 애플의 주장과 크게 다르지 않다. Geekbench에 따르면, M1 칩이 인텔 i5 코어 CPU를 크게 앞서고 있고, 7나노 기반의 AMD Ryzen 7 CPU와 비교해봐도 대등한 양상을 보이고 있다.
Geekbench
실제 시나리오를 시뮬레이트하는 부하를 이용하여 싱글 코어와 멀티 코어 성능을 판별해내는 점수 시스템을 갖춘 크로스 플랫폼 프로세서 벤치마크이다. 현재 버전은 Geekbench 5이며, Intel Core i5-2520M @ 2.50 GHz의 성능을 대표하는 기준 점수 2500으로 계산한다. 이 소프트웨어 벤치마크는 맥 OS, 윈도우, 리눅스, 안드로이드, iOS 플랫폼에서 이용할 수 있다.
인텔 코어 i5 (Intel Core i5)
인텔이 출시한 중앙 처리 장치이다. 인텔 코어 i5는 메인스트림급인 인텔 코어 i3와 하이엔드급인 인텔 코어 i7의 중간에 위치해 있다. i7에 비해 L3 캐시 용량이 2MB 적고, 하이퍼스레딩을 지원하지 않는 게 특징이다.
AMD RYZEN
AMD RYZEN 시리즈는 2010년 들어 끝없는 부진에 빠진 AMD를 되살린 구세주이자 AMD 역사상 최고의 CPU로 평가받고 있는 차세대 CPU 시리즈이다.
겉으로 보이는 수치 말고도 사용자 후기는 더욱 호평 일색이다. 네이버 카페 ‘맥 쓰는 사람들’의 사용 후기를 종합해 보면, 1) 인텔 프로세서 대비 지연성, 발열, 소음이 덜하고, 2) 3D 캐드와 같은 일부 복잡한 프로그램상에서도 인텔 맥보다 부드러운 사용성을 발휘해주며, 3) 멀티태스킹 테스트에서도 수십 개의 프로그램을 띄워 놓아도 작동 상에 문제가 없다는 의견이었다. 또한, M1이 1세대 제품이라 큰 기대 없이 구매했던 사람들은 의외로 엄청난 성능에 놀라는 반응이 많았다.
애플 전문 블로거 역시 거의 모든 테스트 부문에서 인텔 맥북 프로는 팬이 엄청나게 작동하는 반면, M1 맥북 프로는 전혀 작동하지 않아 전력 소모 관리가 잘 되고 있다는 점을 강조했고, 성능 역시 전반적으로 2019년 고급형 16인치 맥북 프로(인텔 i7 코어 적용)보다도 빠른 것 같다고 언급했다.
인텔 코어 i7 (Intel Core i7)
인텔 코어 2의 후속으로, 2008년 10월에 출시된 인텔이 만든 8세대 x86/x64 아키텍처 마이크로프로세서의 중앙 처리 장치(CPU) 브랜드 이름이다.
이전의 코어 마이크로아키텍처와 눈에 띄는 차이를 살펴보자면 DDR3 SDRAM 메모리 컨트롤러를 내장하고 기존의 프론트 사이드 버스(FSB)가 아닌 퀵패스 인터커넥트(QPI) 기술로 메모리를 관리하게 되고 L2 캐시는 코어마다 각각 독립되어 있으며 인텔의 데스크톱 프로세서에는 사용되지 않았던 L3 캐시가 내장되며, 또한 공유되어 있다. 펜티엄 4 시절에 채용하던 하이퍼스레딩 기술과 비슷한 동시 멀티스레딩(SMT) 기술이 탑재된다.
올해 초 CES에서도 M1 칩은 화제의 중심이었다. AMD CEO 리사 수(Lisa Su)는 애플의 M1 칩이 혁신의 기회라고 여기며 지속적인 그래픽 파트너십을 강조했고, ARM CEO 사이먼 시거(Simon Segars)는 PC 산업의 진정한 혁신이라면서 M1 칩을 높이 치켜세웠다. 특히 CPU 업계에서 경쟁자로 볼 수 있는 AMD가 M1 칩을 긍정적으로 평가한 것은 눈에 띈다. AMD는 현재 애플 PC 제품군에 Radeon 그래픽 카드 솔루션을 공급 중이기 때문에, 애플과의 협력 관계를 염두에 둔 발언을 한 것으로 보인다. AMD는 애플의 전략을 교훈 삼아 향후 적극적으로 ARM 코어 기반의 PC CPU를 개발할 가능성이 높다고 판단된다. 동사는 CPU와 GPU를 통합한 M1과 같은 칩을 만드는 데 있어 가장 가능성이 높은 후보군으로 꼽힌다.
CES (Consumer Electronics Show, 소비자 가전 전시회)
해마다 1월이 되면 네바다 라스베이거스에서 열리는, 대중에게는 공개가 되지 않는 견본시이다. 주로, 미국의 소비자 기술 협회로부터 지원을 받는다. 이 전시회에서 수많은 제품 프리뷰가 쏟아지며 새로운 제품들이 들어선다. 이 전시회는 라스베이거스 컨벤션 센터에서 열린다. CES는 컴덱스가 취소된 뒤로 주된 기술 관련 견본시 가운데 하나로 여겨지고 있다.
Radeon (라데온)
2000년 이래로 한때 ATI 테크놀로지스가, 지금은 인수 합병된 AMD가 자사 기술로 개발하는 그래픽 처리 장치 (GPU)의 브랜드이며, 이전 레이지 라인을 이어온 것이다.
>> 인텔의 흑역사는 또 다시 반복
인텔은 과거에도 CPU 산업에서 큰 타격을 입었던 적이 있다. 바로 넷북이나 태블릿PC 등 저전력 휴대용에 초점을 맞춘 아톰(ATOM) 프로세서를 공급할 때였다. 아톰 프로세서는 원래 기존 펜티엄 프로세서의 클럭 속도를 낮춰 저전력 저사양급의 UMPC(Ultra Mobile PC)를 만들기 위해 개발된 CPU 종류다. 첫 아톰 프로세서는 2008년 출시되었고, 45나노 기반으로 제조되었는데, 단순히 동작 전압과 클럭 속도를 낮춘다고 해서 저전력 기기를 만드는 데는 한계가 있었기 때문에 결국 이를 활용하여 등장한 제품이 넷북이었다.
아톰 (Intel Atom)
인텔의 x86 및 x86-64 지원 CPU이다. 2008년 처음으로 출시되었으며, 45nm CMOS 공정으로 설계되었으며 울트라 모바일 PC, 스마트폰 등의 저전력 휴대성에 초점을 맞추었다.
UMPC (ultra-mobile PC, 울트라 모바일 PC, 오리가미 프로젝트)
폼 팩터 태블릿 PC를 위한 규격이다. "오리가미"는 종이접기를 뜻하는 일본어 낱말이며 마이크로소프트, 인텔 그리고 삼성과 같은 제품 제조사들이 합동하여 개발하였다. 인텔은 또한 UMPC의 개념의 일종인 모바일 인터넷 장치를 관리할 책임을 진다. 실제 제품은 AMtek의 제품을 시작으로 하여 삼성, TabletKiosk, OQO, Raon Digital, Wibrain, ASUS 등의 제조사가 만들었다.
넷북 (Netbook)
'저예산'이나 '알뜰함'을 뜻하는 접두어 'Net-'과 'Notebook'의 합성어로서, 값이 싸고 가벼운 노트북을 가리킨다. 비슷한 용어로 데스크톱 컴퓨터인 넷톱(Nettop)이 있다.
넷북은 500달러 안팎의 저렴한 가격으로 인해 2010년대 초반 돌풍을 일으키기도 했지만, 얼마 지나지 않아 아이패드를 중심으로 태블릿PC 시장이 확대되면서 시장에서 금새 자리를 잃었다. 넷북과 태블릿PC는 간단한 웹서핑이나 동영상 감상이 주된 목적이 었는데, 태생적으로 아톰 프로세서의 전력 소모가 ARM 코어 기반 AP의 전력 소모를 따라갈 수 없었으므로 넷북 시장은 빠르게 태블릿PC로 대체되었던 것이다.
태블릿PC (Tablet PC)
인터넷에 연결하고, 비디오를 보고, 책을 읽는 용도 등으로 사용되는 평면의 직사각형 컴퓨팅 장치(computing device)이다. 터치 스크린을 주 입력 장치로 장착한 휴대용 PC이며 개인이 직접 갖고 다니며 조작할 수 있게 설계되어 있다. 이 용어는 2001년에 마이크로소프트사가 발표한 제품으로 인하여 잘 알려지게 되었으나 이제 태블릿 PC는 운영 체제의 구별 없이 태블릿 크기의 개인용 컴퓨터를 가리키는 말이 되었다.
AP (Application Processor)
스마트폰, 태블릿에서 명령해석, 연산, 제어 등 사람의 두뇌 역할을 하는 핵심 부품(반도체)이다. 명령해석, 연산, 제어 등을 하면서 PC나 컴퓨터와 달리 CPU(중앙처리장치)라고 부르지 않는 이유는, CPU의 기능 외에도 GPU(그래픽프로세서)와 설계에 따라 통신 칩(3G, 블루투스, Wi-Fi 등)과 USB와 같은 부가기능까지 하나의 칩에 포합시켜 놓는 칩셋의 형태로 구성되었기 때문이다. 추가로 난제를 해결하기 위한 알고리즘도 일반적인 CPU와 달리 복잡한 체계로 이루어져 있다. 그래서 해당 칩셋을 SoC(System on Chip)이라고도 불리며, 말 그대로 직역하면 CPU와 GPU등 칩 하나에 여러 기능을 집적시켜 모든 애플리케이션 구동과 시스템장치, 여러 인터페이스 장치 등을 제어하고 관장하는 장치로, 부피를 줄이고(기존의 컴퓨터에 사용되는 칩 보다), 전력소모를 최소화할 수 있게 되어 한 손에 들고 다닐 수 있는 초소형의 컴퓨터(스마트폰이나 태블릿)이다. 다만 부피가 작은 만큼 그에 따라 공정도 까다로워 단가가 비싸고 성능도 일반 연산 장치와 달리 느리기에 PC나 컴퓨터에선 CPU 또는 GPU 자체에선 SoC를 잘 사용하지 않는다.
사실 인텔이 태블릿PC용 프로세서를 개발하지 않은 것은 아니다. 아톰 프로세서의 파생 제품으로 아톰Z CPU를 내놓기도 했고, 주요 PC 제조사들이 이를 활용해 태블릿PC 제품을 선보였다. 또한, 아톰 프로세서상에 안드로이드 OS를 적용해 기존 태블릿PC 사용자들에게 어필하려고 노력했다. 그럼에도 불구하고, 인텔의 모바일 부문 실적은 날이 갈수록 안 좋아졌고, 마지막 아톰 프로세서가 출시된 것은 2013년이었으며, 공식 개발 종료 선언은 2016년에 이뤄졌다. 이 당시 인텔은 인피니언으로부터 인수한 모바일 모뎀칩 사업에 집중하기 위함이라고 설명했는데, 결국 5G 모뎀칩 개발도 2019년 공식 종료함을 선언했고, 이 사업은 애플에 인수되었다.
안드로이드 (Android)
휴대전화를 비롯한 휴대용 장치를 위한 운영 체제와 미들웨어, 사용자 인터페이스 그리고 표준 응용 프로그램(웹 브라우저, 이메일 클라이언트, 단문 메시지 서비스(SMS), MMS 등을 포함하고 있는 소프트웨어 스택이자 모바일 운영 체제이다. 안드로이드는 개발자들이 자바와 코틀린 언어로 응용 프로그램을 작성할 수 있게 하였으며, 컴파일된 바이트코드를 구동할 수 있는 런타임 라이브러리를 제공한다. 또한 안드로이드 소프트웨어 개발 키트(SDK)를 통해 응용 프로그램을 개발하는 데 필요한 각종 도구와 응용 프로그램 인터페이스(API)를 제공한다.
인피니언 (Infineon Technologies Aktiengesellschaft)
1999년 4월에 모기업, 지멘스 AG가 운영하던 반도체 부서가 법적으로 완전히 독립하면서 설립되었다. 2006년 6월 30일에, 인피니언은 연구 개발하는 7,400명을 포함하여, 전 세계에서 41,100명의 직원이 있었다. 2006년 회계 연도에, 인피니언 테크놀로지스는 52.75 억 달러의 판매이익을 달성했다. EBIT 손실은 (키몬다 AG를 제외하고) 27800 만 달러였다. 인피니언은 세계 반도체 기업 매출 순위 20위권에 포함되는 기업이다.
결과적으로, 인텔은 스마트폰, 태블릿PC 시장이 확대되는 와중에 CPU 개발 전략이 틀렸음을 지난 10년간 몸소 보여준 셈이다. 애플의 M1 칩 등장으로 인해 PC 산업은 새로운 국면에 진입하고 있고, 인텔은 또 한 번 흑역사가 시작될 수 있는 기로에 놓여있다. 10년간 바로잡지 않은 전략 방향이 이제 돌이킬 수 없는 결과로 나타날 것인지 주목할 필요가 있겠다.
II. 사라지는 PC와 모바일의 경계
>> ARM 이 성공할 수밖에 없었던 이유
ARM 코어의 빠른 발전과 성공은 독특한 사업 모델 때문이라고 해도 과언이 아니다. ARM은 칩을 직접 제조하지 않고, 칩의 설계 솔루션을 다른 회사에게 판매(라이선스)해 그들이 직접 제조하도록 한다. 칩을 제조하는데 걸리는 양산 기간을 절약하고, 이 시간을 전부 ARM 코어의 발전에 쏟아붓는 것이다. 1991년에 설립된 ARM은 초창기에만 해도 칩을 제조하고 판매했지만, 제조 공정이 출중하지 않아 판매량이 좋지 않았으며, 운영 자금 압박으로 인해 사업 모델을 현재와 같은 형태로 바꾸는 의사결정을 단행했다.
ARM이 폭발적으로 성장했던 시기는 스마트폰 시장이 크게 성장한 2010년대에 진입하면서부터다. 그 이전에도 피처폰, MP3, PMP와 같은 여러 기기에 ARM 기술이 활용되었는데, 스마트폰이 이런 기능들을 하나로 통합하면서 ARM 코어는 일대 변혁을 일으키는 방향으로 발전하게 되었다. ARMv6 명령어셋이 적용된 ARM11 이후에는 ARMv7 명령어셋이 적용된 Cortex 시리즈가 등장했는데, 이때부터 본격적으로 스마트폰 AP용 코어의 발전이 시작됐다.
피처폰 (Feature phone)
아이폰과 스마트폰이 출시되기 전에 나온 최저 성능의 휴대전화이다. 현재는 아이폰과 스마트폰이 등장하여 피처 폰의 점유율이 점점 떨어지고 아이폰 및 스마트폰과의 호환성이 떨어져서 "멍청한 전화(dumbphone; smart의 반대 개념으로서 dumb)"라고 불리기도 한다. 피처 폰은 Java ME와 BREW라는 응용 소프트웨어를 실행할 수 있다.
MP3 (MPEG-1 Audio Layer-3 또는 MPEG-2 Audio Layer-3)
MPEG-1의 디지털 오디오 규격으로 개발된 손실 압축 오디오 코딩 포맷이다. MP1, MP2를 개량하여 만들어져 가장 대중적인 음악 파일 포맷으로 여겨진다. 컴퓨터 디스크 등의 PCM 음성을 일반적으로 들을 만한 음질로 압축하여 크기를 1/10까지 줄일 수 있다.
PMP (portable media player, 포터블 미디어 플레이어)
언제 어디서나 음악, 사진, 동영상 등을 간편하게 즐길 수 있도록 한 휴대용 미디어 기기를 말한다.
동사는 팹리스 회사들에게 라이선스를 부여하고, ARM 코어의 내장된 하드웨어에 대한 설명과 소프트웨어 개발 도구(컴파일러, 디버거, SDK)를 제공하며, 여기에 포함된 ARM CPU 칩의 판매 라이선스도 제공한다. 또한, 고객들에게 ARM 코어의 회로도를 제공하여 가상 모델과 테스트 모드를 통해 설계를 돕기도 한다. 이 방식은 설계자들이 회로도를 변경하지 않고 설계 목표를 마무리할 수 있도록 해준다. ARM 아키텍처를 라이선스 받은 회사는 이를 다시 라이선스 할 수 없지만, 어떤 칩이건 만들어 팔 수 있다는 점이 장점이다.
팹리스 반도체 기업 (fabless semiconductor company)
반도체 칩을 구현하는 하드웨어 소자의 설계와 판매를 전문화한 회사이다. 팹리스는 반도체 파운드리나 "팹"이라고 불리는 전문화된 반도체 제조사로부터 소자의 아웃소싱 제조를 하는 장점을 지닌다. 선구적인 팹리스 개념에서 신뢰는 자이링스의 버니 본더슈미트와 칩 엔 테크날러지스의 조던 A. 캠벨에 의하여 확립되었다.
컴파일러 (compiler, 해석기, 번역기)
특정 프로그래밍 언어로 쓰여 있는 문서를 다른 프로그래밍 언어로 옮기는 언어 번역 프로그램을 말한다. 원래의 문서를 소스 코드 혹은 원시 코드라고 부르고, 출력된 문서를 목적 코드라고 부른다. 목적 코드는 주로 다른 프로그램이나 하드웨어가 처리하기에 용이한 형태로 출력되지만 사람이 읽을 수 있는 문서 파일이나 그림 파일 등으로 옮기는 경우도 있다. 원시 코드에서 목적 코드로 옮기는 과정을 컴파일이라고 한다.
디버거 (debugger)
다른 대상 프로그램을 테스트하고 디버그하는 데 쓰이는 컴퓨터 프로그램이다. 검사받는 코드는 명령어 집합 시뮬레이터 (ISS: Instruction set simulator) 위에서 돌아감으로 인해 특정한 조건에서 멈출 수 있는 강점을 갖지만, 직접 프로세서에서 실행될 때 보다는 느려진다. 몇몇 디버거들은 이 효과를 제한하기 위해 동작의 두 가지 모드를 제공하는데, 전체 또는 부분적 시뮬레이션이 그것이다.
SDK (Software Development Kit, 소프트웨어 개발 키트)
일반적으로 소프트웨어 기술자가 사용하여 특정한 소프트웨어 꾸러미, 소프트웨어 프레임워크, 하드웨어 플랫폼, 컴퓨터 시스템, 게임기, 운영 체제 등을 위한 응용 프로그램 등을 만들 수 있게 해주는 개발 도구의 집합이다. 응용 프로그램을 만들기 위해서는 특정한 SDK를 다운로드 받아야 하는데, 안드로이드 앱 개발을 위해서는 Java를 포함한 SDK, iOS 개발을 위해서는 Swift가 포함된 iOS SDK, MS Windows를 위해서는 .NET을 포함한 .NET Framework SDK가 필요하다. 또한 구글이나 페이스북같이 분석과 활동에 대한 데이터를 제공하기 위해 SDK가 앱에 설치되어 있는 경우도 있다.
소프트웨어 개발 키트에는 여러 가지가 복합적으로 들어가 있을 수 있지만, 라이브러리 모양의 응용 프로그램 프로그래밍 인터페이스(API)가 하나 혹은 여러 개 들어가 있는 간단한 구조로 된 것도 있는데, 보통 그런 것들은 특정 프로그래밍 언어에 접속할 수 있게 하거나 특정한 임베디드 시스템(Embedded system)에 접속할 수 있는 복잡한 하드웨어를 포함시키기 위한 것들이 대부분이다. 공통 도구에는 디버깅 기능과 다른 유틸리티들이 포함되며, 종종 통합 개발 환경(IDE)의 형태로 포함되어 있다. 또한 SDK는 대부분 샘플 코드와 기술 참고 및 지원 문서를 지원하므로, 사용자에게 명확한 사용법이나 해결책을 제공해줄 수 있다.
먼저 설계된 ARM 코어라는 밑바탕에 팹리스 회사들이 필요한 기능들을 추가해 목표로 하는 칩을 설계할 수 있으므로 고객들 입장에서는 개발 기간이 단축되고, 비용 효율적으로 칩을 개발할 수 있다. 하지만, 스마트폰 성능이 고성능화됨에 따라 이 라이선스 비용도 비례해서 상승할 수밖에 없었는데, 상대적으로 전문적인 설계 기술을 갖추지 않은 팹리스의 경우 라이선스 비용은 2~3배 정도 더 비싸질 수밖에 없었다. 반대로 칩 판매 물량이 많다면 단위 판매량 당 라이선스 비용을 낮출 수 있어 칩 가격을 낮출 수 있다.
ARM 라이선스 가격은 개별 고객 간에 기밀 유지 계약이 포함되어 있어 정확히 알 수 없지만, 업계에서는 하나의 칩을 설계하는데 필요한 기본적인 ARM 코어 라이선스 비용이 20만 달러에 이르는 것으로 추정되고, 여기에 아키텍처를 최적화(커스텀화)하는 조건이 추가되면 천만 달러 이상까지 비용이 기하급수적으로 상승하는 것으로 알려져 있다. 그렇다 보니 2000년대 MP3 코덱칩을 개발하던 중소형 팹리스 기업들이 스마트폰용 AP 개발을 포기할 수밖에 없었고, 현재 AP 업계는 천문학적인 비용을 감당할 수 있는 대형 팹리스 업체들로 재편되었다.
>> ARM 코어의 빠른 발전
2010년대 들어 ARM 코어의 발전 속도는 정말 빠르게 진행되고 있다. 이는 코어 설계, AP 설계, 칩 생산이 완전 분업화되어 있어 매년 각 분야별 최고의 기술이 접목되고 있기 때문이다. 2010년대 초반만 하더라도 ARM 기반의 AP 성능은 PC CPU와 비교할 수준이 되지 않았다. 하지만, 2018년경에는 어느 정도 비슷한 수준까지 쫓아왔다는 느낌이 들더니 2020년 드디어 엇비슷한 상황이 되어버렸다. 불과 4년 만에 성능이 2.5배 개선된 것이다. 반면 x86 계열의 CPU는 무어의 법칙을 따라가지 못하고 도태되고 말았다.
무어의 법칙 (Moore's law)
반도체 집적회로의 성능이 24개월마다 2배로 증가한다는 법칙이다. 경험적인 관찰에 바탕을 두고 있다. 인텔의 공동 설립자인 고든 무어가 1965년에 내놓은 것이다.
AP 업계 1위인 퀄컴은 원래 ARM이 제공하는 아키텍처를 커스텀화하는 라이선스를 보유하고 있어 자기들만의 코어 네임을 써왔다. Scorpion, Kyro, Krait 등이 퀄컴이 제시한 코어 네임의 대표적인 사례다. 하지만, 2017년 발표한 스냅드래곤 835부터는 ARM의 Cortex A73과 A53을 세미 커스텀화하여 ARM이 제공하는 아키텍처를 거의 그대로 활용하고 있다. 동사의 커스텀 아키텍처가 ARM의 기본 아키텍처 성능을 따라가지 못하기 때문이다. 삼성전자도 마찬가지다. 2015년부터 야심차게 커스텀 아키텍처로 개발 중이던 몽구스(Mongoose) 프로젝트는 결국 2019년에 중단됐다. 커스텀화의 효율성이 ARM이 제공하는 기본 아키텍처를 따라가지 못했던 탓이다.
퀄컴 (Qualcomm)
미국의 무선 전화통신 연구 및 개발 기업이다.
퀄컴은 다양한 ARM 아키텍처 CDMA와 모바일 스테이션 모뎀 (Mobile Station Modem , MSM)같은 UMTS 모뎀 칩셋, 기본대역 라디오 프로세서와 전력 프로세서 칩을 설계한다. 이 칩은 CDMA와 UMTS용 휴대전화를 제조하는 교세라, 모토로라, 샤프, 산요, LG전자와 삼성전자 같은 휴대 전화기 제조사에 판매된다. "팹리스" 반도체 기업으로 통하는 퀄컴은 제조 공정을 담당하는 공장을 직접 소유하지 않고 위탁 제조를 한다. 삼성전자도 퀄컴의 칩셋을 생산하는 파트너 중 하나이다. 퀄컴이 설계한 칩은 세계 CDMA와 UMTS 시장에서 수많은 핸드셋과 각종 장치의 핵심 부품으로 사용된다. 2007년 여름에, 퀄컴은 인텔, 텍사스 인스트루먼트, 삼성전자 등 상위권 반도체 기업 다음으로 세계적인 반도체 기업에서 10위에 포함되었다.
스냅드래곤 (Snapdragon, 금어초(金魚草)를 뜻하는 영어 낱말)
퀄컴에서 개발한 스마트폰, 태블릿, 스마트북 등을 위한 모바일 SoC(System on Chip)이다. 2008년 4분기에 첫 스냅드래곤 칩셋(QSD8650과 QSD8250)이 발표되었고, 퀄컴에서 자체적으로 개발한 스콜피온 CPU 코어를 탑재하였다. 스콜피온은 ARMv7 명령 집합을 사용하고 Cortex-A8과 많은 특징을 공유하지만 멀티미디어를 위한 SIMD 연산의 이론적인 성능이 더 높다. 스냅드래곤 S4 이후에 사용된 스콜피온의 후속작 크라이트 CPU 코어는 Cortex-A15와 많은 특징을 공유한다.
반면, 애플은 여전히 커스텀 아키텍처를 활용해 AP를 개발 중에 있다. 퀄컴, 삼성전자도 포기한 일을 애플이 하고 있다는 것 자체가 대단하다고 볼 수 있는데, 애플은 CPU 코어 성능보다 GPU 성능을 극대화시키는데 중점을 두고 있고, AP에 최적화된 자체 OS를 보유하고 있기 때문에 낮은 AP의 코어 성능을 충분히 상쇄시킬 수 있기 때문이다.
애플의 그런 자신감이 이번 M1 칩에도 반영됐다. ARM 기반의 CPU 설계 능력과 그 성능이 x86 CPU 대비 전혀 뒤지지 않는다고 판단했을 것이다. 맥북 프로 중 고가 라인업인 16인치는 그대로 인텔 CPU를 적용하고, 13인치 모델에만 M1 칩을 적용한 걸 보면 13인치 모델에서는 소비자들이 휴대성을 더욱 중요하게 생각할 것임을 고려한 조치로 판단된다.
또한, 애플은 여전히 13인치 맥북 프로 모델에서 인텔 CPU를 적용한 제품을 판매함으로써 소비자에게 충분히 선택권을 제공하는 자신감을 표출했다. 가격만 놓고 보면 동일 사양 기준 M1 맥북 프로가 100달러 더 저렴하다. 사실 더 싸게 공급할 여지도 충분히 있다. M1 칩 가격은 50달러로 추정되는 반면, 인텔 i5 쿼드코어 CPU 가격은 250달러로 추정되기 때문이다. 200달러나 차이가 있지만, 애플은 소비자가에 100달러만 반영한 셈이다.
>> Mobile First 시대, 이제 스마트폰의 경험이 PC로
스마트폰 시대가 열린 지 10년 이상이 지난 지금도 여전히 PC가 필요한 이유는 업무적인 생산성 때문이다. 특히 마이크로소프트의 오피스 제품군들이 윈도우 OS 상에서만 원활하게 동작하다 보니 인텔과 윈도우의 조합은 건재했던 것이다. 하지만, 스마트폰에 익숙해진 MZ 세대에게는 PC가 필수적이라고 느끼지 않을 것이다. 오히려 스마트폰만큼 직관적이지 않은 PC의 오래된 UX는 불편하다고 생각하는 사람이 적지 않을 것이다. 프로세서가 ARM 계열로 변화함에 따라 OS 변화도 마땅히 뒤따를 것이고, 나아가 스마트폰 OS와 PC OS 간의 통합은 이제 시간문제일 뿐이다.
MZ 세대
밀레니얼(Millennials)의 M과 제네레이션(Generation)의 Z가 합쳐진 말이다. M세대는 1980년대 초~부터 2000년대 초 출생한 세대로 정보기술(IT)에 능통하며 대학 진학률이 높다는 특징이 있다. Z세대는 1990년대 중반~2000년대 초반 출생한 세대로 디지털 환경에서 자란’디지털 네이티브(디지털 원주민)’라는 특징이 있다.
UX (User Experience, 사용자 경험)
사용자가 어떤 시스템, 제품, 서비스를 직, 간접적으로 이용하면서 느끼고 생각하게 되는 총체적 경험을 말한다. 단순히 기능이나 절차상의 만족뿐 아니라 전반적인 지각 가능한 모든 면에서 사용자가 참여, 사용, 관찰하고 상호 교감을 통해서 알 수 있는 가치 있는 경험이다. 긍정적인 사용자 경험의 창출은 산업 디자인, 소프트웨어 공학, 마케팅, 및 경영학의 중요 과제이며 이는 사용자의 니즈의 만족, 브랜드의 충성도 향상, 시장에서의 성공을 가져다줄 수 있는 주요 사항이다. 부정적인 사용자 경험은 사용자가 원하는 목적을 이루지 못할 때나 목적을 이루더라도 감정적, 이성적으로나 경제적으로 편리하지 못하거나 부정적인 반응을 불러일으키는 경험을 하게 되는 경우 발생할 수 있다.
이번 M1 맥북 프로의 가장 큰 단점으로 지적되는 부분은 새로운 OS 환경에서 기존 PC용 어플리케이션들이 원활하게 동작하지 않는다는 것이다. 애플이 Native 앱으로 제공하지 않는 것들은 로제타2라는 에뮬레이터를 통해 동작시켜야 하는데, 아무래도 한 번의 “번역”을 통해 어플리케이션이 실행되는 것이다 보니 시간이 더 걸릴 수밖에 없고, 이를 불편해하는 사람들이 있다.
로제타 (Rosetta)
파워피씨 프로세서용으로 개발된 프로그램 실행 파일을 인텔 프로세서(인텔 코어 프로세서 혹은 인텔 코어 2 프로세서)용 이진(바이너리) 파일로 실행할 수 있도록 해주는 맥 OS X의 에뮬레이터이다. 로제타는 트랜시티브사의 퀵트랜짓(QuickTransit) 기술에 기반을 두고 있다. 로제타는 애플 사의 맥 OS X을 파워피씨 아키텍처에서 인텔 아키텍처로 옮기는 전략의 핵심 역할을 하고 있다. 다시 말해, 사용자가 이전의 플랫폼에서 작성한 프로그램을 번거로운 작업 없이 새 플랫폼에서 실행할 수 있도록 지원하고 있다.
인텔 맥에서 파워피씨 프로그램을 실행하면, 인텔 맥에서 인식할 수 있는 이진 파일이 아니므로, 로제타로 인텔 이진 파일로 전환해서 프로그램을 돌리는 방식을 쓰고 있다. 인텔 맥에서 이전에 쓰던 파워피씨용 프로그램을 사용할 수 있는 장점이 있는 반면, 로제타와 프로그램이 같이 실행되기 때문에, 프로그램의 전반적인 속도가 느리다는 단점도 있다. 로제타라는 이름은 이집트 상형문자를 해독하는 실마리가 된 로제타석에서 비롯되었다.
하지만, 이런 불편함이 개선되는 것은 시간문제라고 판단한다. M1 맥북 프로가 많이 팔리면 팔릴수록 어플리케이션 개발사들은 이에 맞춰 Native 앱을 개발해 제공해줄 것이기 때문이다. 과거에도 마이크로소프트가 Mac용 오피스를 제공하지 않고, 오피스를 쓰려면 MS 홈페이지를 통해 다운받고 업데이트해야 하는 불편함이 있었다. 결국 2019년 초 Mac용 오피스365를 앱스토어에 출시했고, 지금은 Mac 사용자들이 전혀 불편함 없이 오피스 제품들을 사용 중에 있다. 마이크로소프트 입장에서 오피스를 구독 방식으로 과금하기 시작하면서 굳이 Mac 사용자들을 배제할 이유가 없었기 때문이다.
최근 노트북에 터치스크린을 탑재하는 기종이 늘어나고 있음에도 주목할 필요가 있다. 노트북에 스마트폰, 태블릿PC와 비슷한 UX를 적용하기 위해서는 터치스크린이 필수적이기 때문이다. 노트북의 폼팩터 역시 전통적인 클램쉘 타입에서 360도 힌지를 활용한 태블릿PC 형식도 등장하면서 스마트폰의 경험이 PC에 접목되고 있다고 판단한다. CPU, 폼팩터와 같은 하드웨어 변화와 OS, UX와 같은 소프트웨어 변화가 동시에 맞물리게 되면서 이제 PC, 태블릿PC, 스마트폰이 하나의 생태계로 통합될 가능성이 높아졌다. 이렇게 되면 어플리케이션을 개발해 판매하는 사업자 입장에서도 훨씬 더 수월한 개발환경이 조성될 것으로 기대한다.
폼팩터 (Form factor)
제품의 구조화된 형태
클램쉘 모드
맥북을 노트북이 아닌, 맥북의 내장 디스플레이를 닫은 상태에서 외장 디스플레이 또는 프로젝터를 사용.
힌지 (hinge, 경첩)
여닫이문을 문틀에 달아서 고정시킬 수 있도록 만든 철물 따위를 말한다.
애플의 M1 맥북 프로 출시가 PC 업계의 하드웨어와 소프트웨어 변화를 불러일으키기 시작했다. 애플은 오랫동안 맥북과 아이패드를 하나로 묶고, 프로세서를 ARM 계열로 통일시키는 작업을 진행해왔다. 지금까지 애플은 비싸더라도 디자인이 예쁜 PC를 개발해 왔다면, 이제는 원가도 낮출 수 있는 무기까지 손에 쥐었다. 초고사양 PC 시장까지 ARM 계열로 바꾸기에는 시간이 조금 더 걸리겠지만, 당장 기성 PC 제조사들에게는 두려움이 앞설 수밖에 없다.
애플은 마음만 먹으면 맥북 가격을 낮춰 시장 점유율을 올릴 수 있고, 고가 정책을 유지한 채로 고마진을 챙겨갈 수도 있다. 기성 PC 제조사들은 인텔, AMD, 퀄컴과 같은 칩 업체들이 M1과 유사한 칩을 개발해 주고, 마이크로소프트나 안드로이드 같은 OS 기업이 이에 걸맞은 OS를 개발해 주길 바라야 한다. M1과 유사한 칩 개발은 1~2년 내에 가능할 수 있지만, OS는 단숨에 만들어지기 어렵고 칩 업체와의 유기적인 협력도 필요하다. 구글 안드로이드가 대안이 될 가능성이 가장 높은데, 그렇게 되면 마이크로소프트의 장기적인 OS 점유율 하락도 걱정해야 할 것이다.
III. AMD와 인텔의 CPU 전쟁
>> AMD 가 기사회생 할 수 있었던 이유
언제 망해도 이상하지 않을 정도로 좋지 않았던 AMD가 기사회생 할 수 있었던 가장 큰 이유는 칩 생산을 분리 매각하고 설계에만 올인했기 때문이다. 본인들은 CPU/GPU 설계에 집중하고, 생산은 외부 파운드리에 맡기기로 결정하면서 현재의 AMD로 거듭날 수 있었다.
파운드리 (fab, foundry, semiconductor fabrication plant)
반도체 산업에서 외부 업체가 설계한 반도체 제품을 위탁받아 생산·공급하는, 공장을 가진 전문 생산 업체를 지칭한다. 반대 개념으로, 공장이 없이 파운드리에 위탁생산만을 하는 방식을 팹리스 생산이라고 한다.
AMD는 2000년대 기나긴 적자에 시달리며, 칩 개발에 들어가는 천문학적인 비용을 감당하기 어려웠다. 동사는 결국 실리콘 웨이퍼 생산 부문을 분사해 중동 국부펀드에 매각하기로 결정했다. 이를 바탕으로 반도체 위탁 생산 기업으로 설립된 것이 바로 글로벌파운드리(이하 GF)이다. GF는 2011년 IBM, 삼성전자와 함께 공통 플랫폼 연합(Common Platform Alliance)을 결성해 32나노, 28나노, 20나노 공정을 개발했고, 주요 고객사는 AMD였다.
웨이퍼 (wafer)
일명 슬라이스 또는 기판은 집적 회로 제작을 위한 전자 기기 및 기존의 웨이퍼 기반 태양광 전지에 사용되는 결정질 실리콘과 같은 반도체 소재의 얇은 조각이다. 실리콘 반도체 소재의 종류 결정을 원주상에 성장시킨 주괴를 원판 모양으로 얇게 깎아내어 만든다.
글로벌파운드리 (GlobalFoundries)
2009년 ATIC가 AMD의 생산 부문을 인수하고 확장 투자로 만든 반도체 파운드리 업체이다. AMD의 가장 첨단 생산 공장이었던 독일 드레스덴의 Fab36, 싱가포르의 파운드리 업체 차터드 반도체를 인수하며 확보한 싱가포르 공장이 있고 뉴욕주 올버니에 새 공장을 가동 중이다. 뉴욕의 새 공장은 삼성과 기술제휴로 14나노 반도체를 생산 하였고, 지금은 계약 종료되어 삼성과 결별인 상태며, 7나노의 포기로 기로의 상태로 서 있다.
하지만, GF는 14나노 공정 개발부터 난항을 겪기 시작했고, 결국 2014년 삼성전자로부터 14나노 공정 기술을 라이선스 받았다. 여기까지는 큰 문제가 없었으나, 당시 인텔도 동일하게 14나노로 CPU를 양산하기 시작했기 때문에 AMD가 기술적인 우위를 점하기 어려웠다. 설상가상으로 GF는 10나노 공정까지 포기해 가면서 7나노 공정을 개발했지만, 2018년 개발 포기를 선언했다. 다행히도 AMD는 그 이전부터 GF가 7나노 공정 개발에 실패할 것을 대비해 TSMC와 협업을 했었던 것으로 추정된다. GF의 7나노 개발 포기와 동시에 AMD는 TSMC 7나노 공정에서 베가(Vega) GPU를 생산하기로 발표한 것을 보면 그렇다.
TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Limited)
대만의 반도체 파운드리(제조하는 기업)이다. 세계에서 가장 큰 반도체 제조 기업이다. TSMC는 다양한 웨이퍼 생산라인(고전압, 혼합신호, 아날로그)을 제공할 뿐만 아니라, 논리 생산라인에서 최고로 알려져 있다. ATI 테크놀로지스, 브로드컴, 코넥산트, 마벨, 엔비디아와, VIA 테크놀로지스같은 다수의 팹리스 첨단기술 회사는 TSMC의 고객이다.
베가(Vega) GPU
2017년 7월 31일에 정식 발표된 후, 8월 14일에 출시된 AMD의 17번째 라데온 그래픽 카드 시리즈.
AMD가 본격적으로 인텔을 추격하기 시작한 때는 2020년부터다. TSMC의 7나노 공정을 적용한 첫 CPU 제품은 2019년 Ryzen ZEN2였지만, 이때까지만 해도 성능적인 측면에서 인텔을 뛰어넘지 못했다. 2020년 10월 AMD가 ZEN3를 발표하는 순간 돌풍이 시작됐다. 동일한 조건에서 게이밍 성능이 인텔과 비슷하거나 더 좋았고, Ryzen의 고질병이었던 메모리 레이턴시가 큰 폭으로 줄어든 점도 눈에 띄었다. 출시 초기 공급 부족 현상까지 나타날 만큼 시장의 반응은 폭발적이었다.
메모리 레이턴시
어떤 명령을 메모리에 주었을 때 그 명령을 실제로 수행하기까지의 시간을 말한다. 이 숫자를 적게 잡으면 메모리가 더 빠르게 작동하지만 신호를 놓쳐 시스템이 불안정해기도 한다.
벤치마킹 데이터에서도 AMD CPU가 인텔 경쟁 제품을 압도하는 결과를 보여주고 있다. AMD의 싱글코어 결과값이 인텔을 뛰어넘은 것은 처음이라고 한다. 노트북용과 데스크탑용 CPU 모두 훌륭한 결과를 보여줬고, 가격은 동일 사양의 인텔 제품과 유사했다. 급기야 최근 11세대 신제품을 출시한 인텔은 AMD보다 낮은 CPU 가격을 제시할 정도로 AMD를 견제하고 있다.
>> 인텔, 선택의 기로에 놓여 있어
2019년 AMD가 7나노 공정 기반의 Ryzen ZEN2 CPU를 출시한 이후 실적이 급격히 개선되기 시작했다. 2020년 Computing & Graphics 부문 매출액은 64억 달러로 2018년 대비 56% 성장했다. 영업이익률도 11.4%에서 19.7%로 크게 개선됐다. 반면, 인텔의 Client Computing Group 매출액은 2018년 370억 달러에서 2020년 401억 달러로 8% 성장하는데 그쳤다. 코로나19 영향으로 인해 PC 시장이 성장한 것을 감안하면 AMD의 시장 점유율이 상승했다고 판단된다.
인텔은 현재 선택의 기로에 놓여 있다. 지금의 인텔은 과거 PC 시장을 호령하던 인텔이 아니다. 워낙 오랜 기간 거의 독점하다시피 시장을 이끌어왔기 때문에 실적이 당장 급격히 나빠지지는 않겠지만, 전략적인 의사결정이 중요한 상황이다. 지금까지 해온 대로 하다가는 10년 전의 AMD처럼 순식간에 어려워질 수도 있다. CPU 시장의 성격상 승자독식 구조가 나타날 가능성이 높기 때문이다.
인텔은 2014년부터 14나노 공정을 도입한 이후 2020년 10나노 공정을 도입하기까지 6년이나 같은 공정을 활용해 CPU를 생산해왔다. 10나노 공정 양산은 차일피일 미뤄지다가 2년 이상 지연된 것이다. 이마저도 10나노 공정은 PC용만 양산 중이고, 서버용은 올해 2분기 예정이다. 현재 시점 AMD는 7나노 공정을 활용한 지 2년째로 접어들고 있고, 애플은 M1 칩을 5나노 공정에서 양산하고 있다. 생산 공정 격차가 최소 3년에서 최대 5년까지 벌어진 것이다. 제 아무리 인텔의 CPU 설계 능력이 업계 최고라고 인정해줘도 공정 격차 때문에 나타나는 전성비(전력소모 대비 성능비)는 쉽게 따라잡을 수가 없다.
동사가 앞으로 자체 생산 비중을 줄이고, 외부 파운드리를 활용하는 이른바 “팹라이트(Fab Lite)” 전략으로 선회할 것이라는 전망이 나오기 시작했다. 지난 1월 전격적으로 인텔 CEO가 교체됐다. 기존 밥 스완 CEO는 선임된 지 1년 만에 물러나고, 새로운 CEO 팻 겔싱어가 새로 부임했다. 겔싱어 CEO는 과거 인텔에 30여 년간 몸담으면서 CTO까지 올랐다가 퇴사한 인물이다. 밥 스완이 CFO 출신이라는 것을 감안할 때 이사회가 지금 필요한 것은 재무 전문가가 아니라 기술 전략가라는 점을 인지한 것으로 판단된다.
팹라이트 (Fab lite)
설계 전문 업체가 소규모의 제조 공정을 갖춘 형태다. 반면 IDM은 설계부터 제조까지 전 과정을 모두 갖춘 반도체 업체를 뜻한다.
>> 인텔의 마진 하락은 불가피할 전망
최근 인텔의 CPU 시장 점유율 하락은 두드러지게 나타나고 있다. Passmark에 따르면, AMD와 인텔의 시장 점유율이 이번 1분기를 기준 20%p 차이까지 좁혀졌다. 심지어 데스크탑 PC만 보면 점유율 역전 현상이 나타나고 있다. 물론 이 회사가 집계하는 시장 점유율 기준은 PC 판매량 기반이 아니라 Passmark 소프트웨어를 가진 이용자들이 이용하는 시간으로 표시된다. 인텔 PC 사용자라고 해도 이 소프트웨어를 이용하지 않으면 집계가 되지 않는 것이다. 아무래도 AMD PC 사용자들이 영향력을 보여주기 위해 이 소프트웨어 사용률이 상대적으로 높을 가능성이 있다. 그렇다 하더라도 추세적으로 AMD의 시장 점유율이 상승하고 있다는 점은 고무적이다. 최근 애플마저 인텔로부터 CPU 독립을 시도하고 있고, 이 때문에 다른 PC 제조사들도 중장기적으로 비슷한 전략을 취할 가능성이 있다는 점을 고려하면 인텔의 시장 점유율이 계속해서 하락할 가능성이 있다는 점은 분명한 사실이다.
인텔이 본격적으로 팹라이트 전략으로 선회할 경우 제품 경쟁력을 회복할 수는 있겠지만, 그동안 누려왔던 높은 마진은 포기해야 할 가능성이 높다고 판단한다. 팹리스 업체들의 사례를 보면, 파운드리 비용 탓에 고마진을 얻기 어려웠던 것을 알 수 있다. 퀄컴은 스마트폰 AP 시장의 절대적인 강자임에도 불구하고, 칩 사업의 마진이 2010년 이래 추세적으로 하락했다.
특히 스마트폰 시장이 급격히 확대되던 2010년대 초반에도 매출은 성장하는 반면, 이익률은 감소하는 경험을 했다. 스마트폰 시장 성장과 함께 AP 시장 경쟁 강도가 상승했고, 파운드리 기업들은 거의 매년 공정 전환을 위해 천문학적인 투자를 하다 보니 팹 비용이 상승한 것으로 추정된다. 최근 이익률이 급격히 개선된 것은 5G 시장에서 독보적인 위치에 있기 때문이다. 삼성전자, 미디어텍 등 경쟁자들이 본궤도에 오르면 현재의 높은 마진을 유지하기는 쉽지 않을 것으로 판단한다. 인텔 역시 본인들이 팹라이트 전략을 취했을 때 어떤 결과를 마주할지 충분히 알고 있을 것이다.
미디어텍 (MediaTek)
타이완의 팹리스 반도체 기업으로, 무선 통신기기, 광학 저장기기, HDTV, DVD 등의 칩셋을 설계, 판매하고 있다. 미디어텍은 1997년 설립되었으며 본사는 타이완에 있다. 중화인민공화국, 싱가폴, 인도, 대한민국, 미국, 일본, 아일랜드, 덴마크, 영국에 지사와 연구소를 운영하고 있다.
IV. 향후에는 누가 파운드리를 했는지가 더 중요해질 것
>> 설계보다 생산이 더 중요해진다
올해 들어 파운드리 공급 부족이 심화되고 있다. 코로나19에도 불구하고, IT 기기 수요 증가와 자동차의 전장화로 인해 수요처는 증가하고 있다. 반면, 파운드리 업체들은 지난해 경기 불확실성을 이유로 케파 투자를 보수적으로 집행했다. 파운드리 공장은 증설에 최소 1년 이상 소요되기 때문에 지금 투자하더라도 내년에나 가동이 가능한 상황이다. 또한, 언젠가는 시장에서 사라질 기술로 인식되던 8인치 파운드리 수요가 오히려 증가하고 있는 점도 공급 부족의 이유가 되고 있다. 자동차용 ECU, 디스플레이용 드라이버 IC, 가전용 MCU 같은 제품은 여전히 주력 파운드리가 8인치인데, 코로나19로 인해 가전, TV, 자동차 수요가 오히려 증가했다. 그렇다고 파운드리 업체가 지금 8인치 설비를 투자하는 것도 쉽지 않다. 시간이 지나 12인치 웨이퍼 가격이 하락하면 8인치에서 생산되던 제품은 자연스레 12인치로 이동할 것이기 때문이다.
케파 (Capacity, 케파시티의 줄임말)
생산가능 수량
ECU (Electronic Control Unit, 전자제어유닛)
순수하게 엔진의 연료 분사를 제어하는 엔진제어유닛(Engine Control Unit)의 약자도 ECU이며, 과거 차량의 전자화가 널리 이루어지기 전에 ECU라 하면 보통 엔진제어유닛만을 가리키기도 하였다. 그러나 지금은 차량의 전자화가 광범위하게 이루어져 엔진 제어 이외에도 변속기, 자세 제어, 에어백 제어, 타이어 공기압 관리 등에도 전자제어유닛이 사용되므로, 개별적인 전자제어장치들을 통칭할 때 사용되는 단어가 되었다.
IC (Integrated Circuit, 집적 회로)
반도체에 만든 전자회로의 집합을 말한다. 집적회로는 여러 독립된 요소를 집적해서 하나의 칩으로 만든 것인데, 각각의 트랜지스터 칩을 이용해서 회로로 만들 때 보다 훨씬 작게 만들 수 있다. 집적회로는 손톱 수준의 크기에 수십억 개의 트랜지스터나 다른 전자부품이 들어갈 수 있을 정도로 조밀하게 만들 수 있다. 기술이 발전할수록 회로선폭은 점점 더 세밀해진다. 2008년에는 100나노미터 미만으로 떨어졌고, 지금은 수십 나노미터이다.
MCU (Micro Controller Unit)
마이크로프로세서와 입출력 모듈을 하나의 칩으로 만들어 정해진 기능을 수행하는 컴퓨터를 말한다. CPU 코어, 메모리 그리고 프로그램 가능한 입/출력을 가지고 있다. NOR 플래시 메모리, EPROM 그리고 OTP ROM 등의 메모리를 가지고 있어 정해진 기능을 수행하도록 프로그래밍 코딩하고 이 기계어 코드를 써넣는다. 기계어 코드가 실행되기 위한 변수나 데이터 저장을 위해 적은 용량의 SRAM을 가지고 있다. 기타 칩에 따라 EEPROM을 내장하기도 한다. MCU는 임베디드 애플리케이션을 위해 디자인되었으며 임베디드 시스템에 널리 사용된다.
개인용 컴퓨터가 다양한 요구에 따라 동작하는 일반적인 일에 사용된다면, MCU는 기능을 설정하고 정해진 일을 수행하도록 프로그래밍되어 장치 등에 장착되어 동작한다. 따라서 일반적으로 성능이 PC에 비해 낮고 형상도 다르다. 한 번 프로그래밍하면 코드를 나중에 바꿀 일이 거의 없기 때문에 냉장고, 전자레인지 등의 기기에 사용된다.
이로 인해 파운드리 업계의 갑과 을이 뒤바뀌는 현상이 나타나고 있다. 지금껏 전 세계 파운드리 매출액은 연평균 10% 안팎의 성장률을 나타냈지만, 올해만 놓고 보면 이보다 2배 이상의 성장률이 나타날 가능성이 높아졌다. 공급 부족 현상 탓에 파운드리 웨이퍼 가격이 10~15% 인상됐다. 이런 가격 인상에도 불구하고, 고객사는 물량 확보가 우선이므로 인상된 가격을 용인해주고 있다. 파운드리 가격 인상은 반도체 가격 인상으로 이어지고, 이는 결국 완성품의 가격 인상 요인이 되고 있다.
팹리스 기업과 파운드리 기업이 협력한다는 것은 한배를 타는 것과 비슷하다. 과거에는 파운드리 업체가 마음에 들지 않을 경우 바꾸면 그만이었지만, 파운드리 업계가 고가 시장과 중저가 시장으로 고착화됨에 따라 그렇게 하기가 까다로워졌다. 특히 고가 시장은 TSMC와 삼성전자, 단 2곳으로 좁혀졌다. 뒤따라오던 GF와 SMIC는 기술과 자본력 부족, 미국 정부의 제재 등으로 인해 격차가 더욱 벌어졌다. 결국 팹리스 업체들은 파운드리 업체의 공정 로드맵에 맞춰 제품을 개발할 수밖에 없다. 파운드리 업체가 신공정 일정에 차질을 빚게 되면, 자연스럽게 팹리스 업체의 신제품 출시 일정도 미뤄지게 된다. 지난 10년간 팹리스와 파운드리 기업들의 시가총액 변화를 봐도 둘 간의 위치가 바뀌었다는 것을 간접적으로 확인할 수 있다. 2010년 초 주요 팹리스 기업들의 합산 시가총액은 1,408억 달러였는데 반해, 주요 파운드리 기업들의 시가총액은 648억 달러였다. 현재 이들의 시가총액은 각각 8,816억 달러, 6,453억 달러로 6배, 10배씩 성장했다. 파운드리 기업들의 가치 성장이 훨씬 컸다는 것을 알 수 있다.
SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corporation)
중국의 가장 큰 반도체 파운드리 회사. 상하이에 본사를 두고 있다.
현재 TSMC와 삼성전자는 3나노 공정을 먼저 개발하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다. 2개 기업의 연간 파운드리 설비투자 규모는 이제 10조 원 단위를 넘어선다. 기술력도 기술력이지만, 자본력 측면에서 경쟁사들이 따라가기 어려운 상황이다. 양사의 설비투자 규모는 전 세계 파운드리 투자 규모의 70%를 넘어선다.
양사의 설비투자 규모가 압도적인 이유는 최첨단 공정에 활용되는 EUV 장비를 거의 과점하다시피 구매하고 있기 때문이다. ASML이 독점 공급 중인 EUV 장비는 현재까지 누적 104대가 판매되었는데, 이 중 70% 이상이 TSMC와 삼성전자에 공급된 것으로 추정된다. ASML의 2018~20년 3년 간 매출액 중 대만과 한국향 매출 비중이 60%에 달하는 것을 보면, 동사의 핵심 장비인 EUV가 주로 양사에 판매되고 있다는 것을 알 수 있다.
EUV (extreme ultraviolet, 극자외선)
반도체 산업에서 EUV란 반도체를 만드는 데 있어 중요한 과정인 포토공정에서 극자외선 파장의 광원을 사용하는 리소그래피(extreme ultraviolet lithography) 기술 또는 이를 활용한 제조공정을 말한다. EUV 광원은 기존 공정에 적용 중인 불화아르곤(ArF) 광원보다 파장이 훨씬 짧기 때문에, 더 미세하고 오밀조밀하게 패턴을 새길 수 있다.
ASML (ASML Holding N.V.)
반도체 제조용 광학 노광 공정 장치를 만드는 네덜란드 굴지의 다국적 기업이다. 극자외선(EUV) 노광 장치를 독점하는 기업으로 널리 알려졌다.
>> “Intel Inside"에서 "Manufactured by TSMC"로 변화
앞으로 반도체 프로세서에 “Manufactured by TSMC”라는 문구가 적힐 날이 올 수도 있다고 본다. 누가 설계했느냐보다 누가 생산했는지가 더 중요해졌기 때문이다. 이는 “Designed by Apple in California, Assembled in China”라고 제품에 적는 애플의 마케팅 전략과 유사하다고 볼 수 있다. 아이폰, 맥북과 같은 기기는 디자인의 주체가 중요하지만, 반도체는 프로세서 성능을 최대한 이끌어 내줄 수 있는 생산의 주체가 더욱 중요할 것이다. 과거 이런 마케팅을 가장 효과적으로 했던 기업이 바로 인텔이다. 1990년대부터 2000년대까지 TV 광고에 자주 등장했던 “Intel Inside”라는 말을 기억할 것이다. 당시에는 인텔 CPU를 탑재했는지 여부가 곧 PC의 성능을 좌우한다고 여겨졌기 때문에 소비자들이 PC를 살 때 이것이 기준이 되곤 했다. 당시 인텔은 획기적인 마케팅 기법을 도입했다. PC 제조사가 “Intel Inside” 로고를 붙이면 칩 가격의 일부를 광고비로 되돌려주었고, 광고를 할 때 마지막 부분에 “Intel Inside”를 끼워 넣게 했다.
Designed by Apple in California, Assembled in China
캘리포니아에 있는 애플이 디자인(설계)하고 중국에서 조립함
PC 제조사 입장에서는 가격을 할인받을 수 있고 인텔 입장에서는 소비자들이 인텔을 기억하게 되기 때문에 서로 윈윈 하는 마케팅이었다. 그러나 몇 년 지나지 않아 인텔이 PC CPU 시장을 거의 독점하게 되자 그러한 마케팅이 PC 제조사들에게 독으로 작용하기 시작했다. 인텔은 CPU 전쟁에서 승리를 거두었지만, PC 제조사들은 비싼 값에 CPU를 사야 하는 부담으로 하나둘 도산하거나 인수 합병되고 말았다.
이와 비슷한 사례를 스마트폰에서도 찾아볼 수 있다. 바로 퀄컴의 스냅드래곤이다. 퀄컴은 베이스밴드의 경쟁력 우위를 바탕으로 AP까지 끼워 팔면서 시장을 거의 독과점하다시피 했다. 퀄컴의 베이스밴드 시장 점유율은 피처폰 시절에는 20%대였으나 스마트폰 시대에 들어오자 60%에 육박했다. 이와 함께 AP 시장 점유율도 40%까지 급상승했다. 2010년대 초반까지만 해도 다수의 칩 업체들이 더 나은 AP를 개발하려고 경쟁했으나, 퀄컴의 끼워팔기를 당해내지 못하고 하나둘 사업에서 손을 떼기 시작했다.
퀄컴은 자신들의 영향력이 확대되자 PC 시장에서 인텔이 채택했던 마케팅 전략을 흉내내기 시작했다. 스냅드래곤이라는 브랜드는 B2B 고객인 스마트폰 제조사는 익히 알지만, 일반 소비자는 잘 알지 못하기 때문이었다. 퀄컴은 TV 광고를 통해 자사의 칩이 들어간 스마트폰 제품이 월등하다는 인식을 소비자들에게 심으려고 노력했다.
B2B (business-to-business, 기업 대 기업)
기업과 기업 사이의 거래를 기반으로 한 비즈니스 모델을 의미한다. B2B와 반대되는 개념으로는 하나의 기업이 다수의 개인을 상대하는 B2C(business-to-customer)가 있다. 기업이 필요로 하는 장비, 재료나 공사 입찰 같은 것들이 B2B의 예가 된다.
V. 후공정의 중요성 확대
>> 후공정 기술의 진화
우리는 반도체 후공정 산업의 성장이 가속화될 것으로 판단한다. 2010년대 초반 스마트폰 산업의 고성장으로 인해 주목받았던 후공정 산업은 2015년 이후 스마트폰 산업의 침체, 파운드리 기업들의 수직 계열화 등으로 인해 성장세가 둔화되고, 수익성도 낮아졌다. 하지만, 최근 파운드리 공정 기술이 5나노 미만으로 초미세화되고, 반도체 칩의 입출력(I/O) 개수가 급격히 증가함에 따라 후공정 산업이 재차 주목받고 있다.
전 세계 후공정 산업 규모는 2010년 400억 달러에서 2025년 900억 달러로 연평균 6% 성장할 것으로 전망된다. 파운드리에서 활용되는 회로의 선폭 간격은 5나노에 진입했고, 1~2년 내에는 3나노까지 가능할 것으로 예상된다. 반면, 이런 최첨단 공정을 활용해 완성된 칩 다이(Die)를 후공정하기 위해서는 수백 개에서 1000개 이상의 I/O가 필요하고, 현재 상용화된 범프(Bump) 볼의 피치 간격은 350 마이크로미터 이상이다. 이에 따라 최근 AP(Application Processor)에 주로 활용되는 패키징 기술은 FO(Fan Out) 기술인데, 각각의 칩을 모두 FO로 패키징 하면 칩이 차지하는 면적이 너무 커진다.
다이(Die)
반도체 물질의 자그마한 사각형 조각을 말하며, 여기에 회로가 제작되어 있다. 일반적으로 하나의 웨이퍼에 여러 개의 집적 회로가 생산된다. 웨이퍼는 절단을 통해 여러 개의 조각으로 나뉘는데 각 조각에는 한 개의 집적 회로가 담겨있다. 이러한 각 조각들을 다이라고 부른다.
범프(Bump)
Chip을 기판에TAB, FC방식으로 연결하거나 BGA, CSP등을 회로기판에 직접 접속하기 위한 전도성 돌기를 말한다. Bump의 역할은 Flip Chip이 용이하도록 전극의 높이를 높이는 역할을 하고, 전극재료를 외부전극과 접속이 용이한 재료로 교체하는 역할을 한다.
피치 (선폭, 線幅, Pitch)
반도체는 회로의 선폭(線幅)이 미세할수록 같은 크기의 웨이퍼(반도체의 원재료)에서 더 많은 반도체를 생산할 수 있다.
FO (Fan Out, 팬아웃)
입출력(I/O) 단자 배선을 반도체칩(Die) 바깥으로 빼내 I/O를 늘리는 걸 뜻한다. 반도체는 성능이 발전하면서 I/O가 증가하고 있다. 반면에 칩 면적은 좁아져 I/O 단자수를 늘리기 힘들다. 때문에 기존의 칩 내부에 배치하던 I/O 단자를 밖으로 빼내는 팬아웃 개념이 나오게 되었다.
그래서 고안된 것이 SiP(System in Package)이다. SiP는 여러 종류의 칩을 하나의 패키지 안에 각종 수동 소자와 함께 구현한 것을 의미한다. 기존 SoC(System on Chip)는 모든 기능의 블록을 단일 칩으로 구현한 것이라면, SiP는 여러 블록을 개별적인 칩으로 구현한 후 패키징 하는 것이다. 이런 SiP 기술이 더욱 발전하여 칩을 여러 층으로 쌓게 되는 것을 2.5D 혹은 3D Stacking이라고 일컫는다.
가장 진보된 SiP 기술은 애플와치에서 확인할 수 있다. 아이픽스잇(iFixit)에서 최신 애플와치6을 분해한 결과, 배터리, 디스플레이, 케이싱 외에 커다란 모듈을 볼 수 있는데, 이 모듈이 바로 AP, 메모리, 각종 센서들을 하나로 묶은 SiP 형태의 부품이다. 이 SiP는 약 30여 개의 부품으로 이뤄져 있고, 엑스레이를 통해서 봐야만 겨우 확인할 수 있을 정도로 정교하다. 실제 애플와치에 들어가는 부품들을 SiP 기술로 패키징 할 경우 면적이 37% 감소한다고 한다. 앞으로 사물인터넷 시대가 본격적으로 확대되고, 디바이스의 크기가 작아질수록 이런 SiP와 스태킹 기술에 대한 수요는 증가할 것으로 기대된다.
아이픽스잇(iFixit)
서로가 스스로의 물건을 고치는 것을 돕는 사람들로 구성된 세계적인 커뮤니티.
사물인터넷 (Internet of Things, IoT)
각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술. 즉, 무선 통신을 통해 각종 사물을 연결하는 기술을 의미한다. 인터넷으로 연결된 사물들이 데이터를 주고받아 스스로 분석하고 학습한 정보를 사용자에게 제공하거나 사용자가 이를 원격 조정할 수 있는 인공지능 기술이다. 여기서 사물이란 가전제품, 모바일 장비, 웨어러블 디바이스 등 다양한 임베디드 시스템이 된다. 사물인터넷에 연결되는 사물들은 자신을 구별할 수 있는 유일한 아이피를 가지고 인터넷으로 연결되어야 하며, 외부 환경으로부터의 데이터 취득을 위해 센서를 내장할 수 있다.
이러한 SiP 이상의 패키징 기술을 Advanced Packaging(이하 AP)이라고 부르는데, 전 세계 AP 시장 규모는 2016년 230억 달러에서 2025년 422억 달러로 연평균 7% 성장할 것으로 전망된다. 전체 후공정 시장에서 AP가 차지하는 비중 역시 2016년 41%에서 2025년 49%로 높아질 것이다. 후공정 기업들 중 AP를 잘 다루느냐 아니냐에 따라 수익성이 크게 달라질 것으로 판단한다. 일부 파운드리 기업들은 추가적인 부가가치 창출을 위해 내부에서 후공정 사업을 영위할 수도 있을 것이다.
>> 후공정 업계의 지형 변화
전세계 주요 후공정 업체들은 2010년대를 겪으면서 각종 인수합병으로 인해 큰 변화를 맞이한다. 2012년 후공정 업체 순위는 1위 대만 ASE, 2위 미국 Amkor Technology, 3위 대만 SPIL, 4위 싱가포르 STATS ChipPAC이었다. 하지만, 2015년 중국 JCET가 STATS ChipPAC을 인수했다. 당시 ASE와 SPIL의 점유율은 올라가는 반면, Amkor와 STATS ChipPAC의 점유율은 하락하고 있었는데, 이는 ASE와 SPIL이 스마트폰 시장 대응에 성공하면서 퀄컴과 미디어텍의 통신 칩 물량이 많아졌기 때문이다.
JCET
중국 반도체 후공정(패키징) 전문업체
또한, ASE는 기존 와이어 본딩에서 금도금을 구리 도금 방식으로 변화를 주면서 원가 경쟁력을 확보했다. 이로 인해 STATS ChipPAC의 매출 총이익률은 다른 경쟁사 대비 크게 악화되었고, 반도체 굴기를 꿈꾸던 중국 정부의 힘을 등에 업고 당시 6위였던 JCET에 인수되고 말았다. JCET는 STATS ChipPAC 인수를 통해 AP 기술을 획득했다.
그럼에도 불구하고, JCET의 수익성은 지속적으로 하락했다. 2017년 이후 시장 점유율이 정체되거나 하락했고, 중국 스마트폰용 통신칩 수요가 감소했으며, 2019년부터는 미국 정부의 중국 제재로 인해 중국 반도체 산업이 침체되었기 때문이다. ASE는 2016년 SPIL을 인수하면서 세계 최대 후공정 기업으로 거듭났다. 당시 중국 칭화유니가 먼저 SPIL을 인수하려고 시도했지만, 결국 SPIL 인수 경쟁은 대만 후공정 기업 간에 몸집 불리기로 막을 내렸다.
칭화유니
산하에 낸드플래시 메모리 제조사 양쯔메모리(YMTC), 모바일 칩 설계회사 유니SOC 등을 두고 있어 중국 ‘반도체 굴기(崛起)’의 상징으로 꼽힌다.
전 세계 후공정 업계의 지형 변화가 거의 마무리됨에 따라 상위 Big3 기업 중심의 성장이 가속화될 것으로 판단한다. 최첨단 후공정 기술은 거대한 자본력을 필요로 하고, 고부가 파운드리 고객 역시 TSMC와 삼성전자 중심으로 재편되었기 때문이다. 후공정 Big3 기업의 시장 점유율은 2012년 52%에서 2020년 66%로 크게 확대되었다.
>> 후공정 업체들의 가파른 실적 성장
전세계 주요 후공정 업체들의 실적은 대규모 인수합병 이후 2020년부터 개선되고 있다. 2017~19년 3년간 매출이 정체되고 수익성이 악화되었는데, 2020년에는 코로나19에도 불구하고 5G 수요 증가로 인해 실적이 크게 반등했다. 앞서 언급한 SiP와 스태킹 기술 등이 요구되면서 후공정 평균 단가가 상승했기 때문이다.
이런 실적 개선 추세는 당분간 지속될 것으로 판단한다. 코로나19를 우려한 반도체 업계가 2020년 투자를 축소하는 바람에 올해 들어 반도체 공급 부족 현상에 시달리고 있다. 파운드리 캐파부터 반도체용 기판까지 대부분의 서플라이 체인에서 공급 부족이 나타남에 따라 가격 인상을 부추기고 있다. 향후 업계에 AP 기술 비중이 확대될 것을 감안하면 후공정 업체들의 고성장은 지속될 것이다.
서플라이 체인 (supply chain, 공급사슬)
공급망은 기업의 공급사슬은 원재료를 획득하고, 이 원재료를 중간재나 최종재로 변환하고, 최종 제품을 고객에게 유통시키기 위한 조직 및 비즈니스 프로세스의 네트워크다. 공급사슬은 제품 및 서비스를 원천에서 소비에 이르도록 공급하기 위해 공급업체, 제조공장, 유통센터, 소매할인점, 고객을 연결한다. 공급사슬상에서 물질, 정보, 지불은 양방향으로 흐른다. 공급사슬의 상류(Upstream)지역에는 공급업체와 그 공급업체의 공급업체가 있으며, 업체간의 관계를 관리하기 위한 프로세스가 포함된다. 하류(downstream)지역은 최종 고객에게 제품을 유통하고 전달하기 위해 조직과 프로세스로 구성된다.
실적 개선과 함께 후공정 업체들의 몸값도 급등하고 있다. 전 세계 주요 후공정 기업들의 합산 시가총액은 2019년 초 200억 달러 미만에서 최근 500억 달러를 상회했다. 2015년부터 약 4년 간 횡보하던 시가총액이 불과 2년 사이에 2배 이상 오른 것이다. 그렇다고 해서 이들의 밸류에이션이 급격히 상승한 것도 아니다. 일시적으로 PER이 30배를 상회하기도 했지만, 실적이 뒷받침되면서 현재는 2015~16년 수준까지 하락했다. 향후 후공정 기술의 중요도 상승과 실적 개선이 동반되면 이들의 밸류에이션은 지금보다 리레이팅될 가능성이 높다고 판단한다.
PER (Price Earnings Ratio, P/E)
주가수익비율(주가/주당순이익) = Price/EPS.
주가를 1주당 순이익 (EPS)으로 나눈 값이다. 예를 들어 주가 10,000 원짜리 기업이 주당 1,000 원의 순익을 거뒀다면 PER은 10배가 된다. 주가 5,000 원짜리 기업이 주당 1,000 원의 순익을 거뒀다면 PER은 5배가 된다. 즉 두 기업은 이익은 같은데도 전자의 기업은 주가가 두배로 평가되어 있는 셈이다.
리레이팅 (Re-rating)
시장에서 해당 업종의 적정 주가를 재평가하고 그에 따라 적정 PER와 적정 PBR 등이 변하게 되는 것을 말합니다.
VI. 투자전략
우리는 반도체 섹터에서 비메모리 산업군에 주목할 것을 추천한다. 비메모리 시장이 중장기적으로 커질 수밖에 없는 것은 1) 애플의 ARM 코어 기반의 CPU 적용 확대, 2) 이로 인한 PC 업계의 변화, 3) 인텔의 팹라이트 전략과 파운드리 산업 확장, 4) 5G와 자동차 전장 시장 확대 때문이다. 그런 점을 감안해 이와 관련된 종목군의 밸류에이션도 현재 눈높이보다 높게 볼 필요가 있겠다.
삼성전자와 TSMC 간의 밸류에이션 괴리율은 점차 좁혀질 것으로 판단한다. 현재는 TSMC가 기술력, 생산 캐파 모두 압도적인 우위에 있다. 하지만, 공정 기술은 2022년 비슷한 수준에 도달할 것으로 예상되고, 생산 캐파는 고객사들의 레퍼런스가 확보됨에 따라 점차 늘려나갈 수 있을 것이다. 또한, 삼성전자는 1위 디램 업체로서 초고속 인터페이스를 활용한 패키징 기술을 토털 솔루션으로 제공 가능하다는 것이 경쟁사 대비 차별점이 될 수 있다. OSAT 업체들과의 파트너십을 통해 동사가 보유한 HBM(High Bandwidth Memory)과 파운드리 생산된 Logic 칩을 2.5D/3D 형태로 패키징해서 고객의 입맛에 맞게 제품화할 수 있다는 것이 최대 장점이다.
레퍼런스 (reference)
기준, 표준, 참고
디램 (DRAM, Dynamic random-access memory, 동적 램)
임의 접근 기억 장치(램, Random Access Memory)의 한 종류로 정보를 구성하는 개개의 비트를 각기 분리된 축전기(Capacitor)에 저장하는 기억 장치이다. 각각의 축전기가 담고 있는 전자의 수에 따라 비트의 1과 0을 나타내지만 결국 축전기가 전자를 누전하므로 기억된 정보를 잃게 된다. 이를 방지하기 위해 기억 장치의 내용을 일정 시간마다 재생시켜야 되는 것을 일컬어 ‘동적(Dynamic)’이란 명칭이 주어졌다. 정보를 유지하려면 지속적인 전기 공급이 필요하기 때문에 DRAM은 휘발성 기억 장치(Volatile Memory)에 속한다.
OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test)
외주 반도체 패키지 테스트
HBM (High Bandwidth Memory, 고대역 메모리)
삼성전자, AMD, 하이닉스의 3D 스택 방식의 DRAM을 위한 고성능 RAM 인터페이스이다. 고성능 그래픽스 가속기와 네트워크 장치와 결합하기 위해 사용된다. HBM을 채용한 최초 장치는 AMD 피지 GPU이다.
HBM은 DDR4 또는 GDDR5보다 상당히 작은 폼 팩터를 갖추면서 전기를 덜 사용하는 고대역을 달성한다. 최대 8개의 DRAM 다이를 적층함으로써 달성하며, 여기에는 메모리 컨트롤러를 갖춘 선택적 베이스 다이(base die)를 포함하는데, 이는 실리콘관통전극(TSV)과 마이크로범프(microbump)에 의해 상호 연결된다. HBM 기술은 마이크론 테크놀로지가 개발한 하이브리드 메모리 큐브 인터페이스와 원리가 비슷하지만 호환되지는 않는다.
고객사 입장에서도 TSMC가 과점하고 있는 현재의 시장 구조는 불안할 수 있다. 적절한 경쟁 구도가 향후 파운드리 업계와 팹리스 업계가 동반 성장하는데 도움이 될 것이다.
국내 대표적인 반도체 장비 기업인 원익IPS는 실적 성장과 함께 기업가치 역시 지속적인 상승을 보여줄 것으로 판단한다. 국내 장비 기업들은 삼성전자, SK하이닉스와 함께 동반 성장해 왔다. 지금까지는 메모리 위주의 장비를 주로 개발해 왔다면, 앞으로 파운드리용 장비를 개발해 진입할 때가 왔다. 다수의 장비 기업들이 파운드리 장비를 개발 중이거나 데모 중에 있으며, 1~2년 내에 가시적인 성과가 나타날 것으로 기대된다. 그중 가장 앞서 있는 곳이 원익IPS다. 지난해부터 파운드리향 장비 매출 규모가 1,000억원을 넘어섰고, 빠른 속도로 확대 중이다. 해외 반도체 장비 기업들의 밸류에이션 대비 할인을 받는다 해도 현재 동사는 저평가되어 있다.
국내 후공정 기업들은 전 세계 선두권 기업들과 비교해 볼 때, 실적이나 기업가치가 아직 미미한 편이다. 하지만, 국내 후공정 산업에도 세계적인 흐름에 발맞춰 변화가 나타나고 있다. 삼성전자가 최첨단 파운드리 공정에 집중적으로 투자하고 있어 관련 생태계를 키우고 있고, 국내 기업들 역시 투자를 활발히 하고 있다. 물론 삼성전자 입장에서 AP 기술은 해외 기업을 주로 활용할 테지만, 고부가가치 제품을 제외한 후공정 물량은 외주를 줄 가능성이 높아졌다. 이런 낙수 효과만 기대해도 당분간 국내 후공정 기업들의 실적 성장 가시성은 매우 높은 편이다.
특히 EBITDA 상승 속도에 주목해야 한다. 2019년부터 후공정 업체들이 투자를 급격히 확대하다 보니 고정비 증가로 인해 영업이익 증가 속도보다 EBITDA 상승 속도가 더 가파르다. 캐시 플로우 확대에 따라 패키징 기업들은 테스팅 사업으로, 테스팅 기업들은 패키징 사업으로 다각화 중이다. 이 기업들의 밸류에이션은 한 곳으로 수렴할 가능성이 높으므로, 상대적으로 저평가된 기업에 주목할 필요가 있겠다.
EBITDA (Earnings Before Interest, Taxes, Depreciation and Amortization)
이자비용(Interest), 세금(Tax), 감가상각 비용(Depreciation & Amortization) 등을 빼기 전 순이익을 의미한다. 기업의 손익계산서에서 당기순이익에 이자비용, 세금, 유무형 감가상각 비용을 더하면 구할 수 있는데, 흔히들 기업의 실제 현금 창출력을 나타내는 지표로 사용된다.
캐쉬 플로우 (Cash Flow)
기업(조직)의 실제적인 현금 흐름을 말합니다. 부채자본과 주식자본을 제공한 투자자를 위한 자유롭게 사용할 수 있는 현금을 뜻한다.
반도체 테스트 소켓 기업 중 ISC의 성장세도 주목할 만하다. 소켓 기업 중에서는 리노공업이 독보적인 기술력과 실적을 앞세워 시가총액 2.4조 원까지 기업가치가 상승했다. 실적도 실적이지만, 비메모리에 집중된 사업 포트폴리오가 밸류에이션 프리미엄을 발생시켰다. ISC는 과거에 메모리용 소켓 기업으로 알려져 있다 보니 DDR5와 같은 기술 변환 시기에 주목을 받아왔다. 하지만, 동사는 러버 소켓의 미세 피치 구현에 성공해 비메모리 매출 비중을 확대하고 있다. 올해 비메모리향 매출 비중은 60%를 상회할 것으로 전망돼 비메모리 시장 확대의 수혜를 입을 것으로 판단한다.
반도체 테스트 소켓
패키징이 끝난 IC칩과 검사장비 사이에 넣어 사용하는 소모성 부품이다.
DDR5
컴퓨팅 인터페이스 개발에서 DDR5 SDRAM(double data rate fifth-generation synchronous dynamic random-access memory)은 DDR4 SDRAM 대비 대역폭과 용량을 두 배로 늘리면서 한 차례 전력 소비량을 낮출 것으로 계획되었다. 인텔의 2016년 발표에 따르면 JEDEC는 2016년 DDR5 SDRAM 사양을 출시할 계획이며, 최종 사용자의 메모리 구매는 2020년에 가능해질 것으로 이야기하였다.
러버 소켓
얇은 실리콘 소재를 활용해 테스트 시 전류 손실을 줄이고 전류 통과 속도를 높여 검사 속도와 정확성을 높였다.
미세 피치
파인 피치(FINE-PITCH)급, 가장 작은 크기의 반도체 성능을 검사하는 제품이다. 테스트 보드와 테스트 소켓을 결합했다는 점이 특징.
21/03/23 한화투자증권 Analyst 이순학
마치며
개인적으로 애플의 M1이 성공할 수 있을지 궁금했었는데 호평이 자자하네요. 추후 애플 실리콘용 포토샵이 출시된다면 그 영향력은 더욱 커질 듯합니다. 태플릿PC와 PC의 경계가 허물어지고 있음이 느껴지네요.
리포트에 나오진 않았지만 3월 24일 '인텔 언리쉬: 미래를 설계하다' 행사에서 파운드리 사업에 뛰어들겠다고 선언했습니다. 추후 어떻게 흘러갈지는 모르겠지만, 궁여지책으로 강수를 둔 듯합니다. 이번 선언으로 인텔이 한 발자국 도약할 수 있는 기회가 될 수 있을까요?
연구원님은 비메모리 산업의 생태계에 있는 모든 기업들에 대해 중장기적으로 긍정적인 의견을 제시하며 그중 가장 관심을 가져야만 할 종목으로 삼성전자, 원익IPS, 한미반도체, 엘비세미콘, ISC를 제시하셨습니다. 반도체 관련 주가가 많이 올라있는 상태이기에 아직 상승여력이 남아있을까 의구심이 들기도 하지만, 해외 기업들과 비교해보니 기우같이 느껴집니다. 과연 이번 사이클에서 반도체는 어디까지 성장하는 모습을 보여줄까요?
감사합니다. 오늘도 많이 배우고 갑니다.😊
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