SMIC 7나노 수율 논란: 축포 뒤에 남은 것

SMIC의 7나노 공정은 화웨이 칩 출시로 세계를 놀라게 했지만, 수율이 50%에서 40%대로 보도되며 원가와 생산 여력의 부담이 크다는 점이 드러납니다. EUV 장비 봉쇄, 멀티패터닝, 학습 곡선이라는 기술과 산업의 맥락을 짚고, 발표 때 정상 제품 비율과 단가, 월 생산량을 확인하라는 점검 기준을 정리했습니다.

⏱ 00:00주문한 스마트폰 10대 중 8대가 켜지지도 않는 불량품이라면 판매처는 다시 거래하지 않을 것입니다. 그런데 이 영상은 불량에 가까운 수율을 안고도 세계 정상급을 자처한 중국 최대 파운드리 SMIC의 7나노 공정을 다룹니다. 축포 뒤에 숨은 수율, 원가, 생산 여력을 따져 보는 것이 핵심입니다.

⏱ 01:10SMIC는 2000년 상하이에서 중국 정부의 지원을 받아 출발한 위탁 생산 회사로, 대만 TSMC나 삼성 파운드리 사업부와 같은 일을 국가 차원에서 해내려는 구상이었습니다. 20여 년간 보조금과 내수 물량을 바탕으로 매출 상위권에 올랐지만, 매출의 대부분은 28나노 이상의 성숙 공정에서 나왔습니다. 자동차, 가전, 전력 관리 칩처럼 최첨단이 필요하지 않은 분야입니다. 문제는 스마트폰과 AI 칩처럼 선폭이 성능과 전력 효율을 좌우하는 영역이었습니다.

⏱ 02:00선을 가늘게 새기려면 네덜란드 ASML이 사실상 독점한 극자외선(EUV) 노광 장비가 필요합니다. 13.5나노미터 파장을 쓰는 이 장비는 기존 193나노미터 장비와 파장 차이가 크고, 수십만 개의 부품과 독일 자이스의 광학 기술, 미국 기술이 얽혀 있어 돈만으로 복제하기 어렵습니다. 네덜란드 정부가 수출 허가를 내주지 않으면서 SMIC는 이 장비를 들여오지 못했습니다. 이후 미국 상무부의 수출 통제 명단 등재와 장비 규제가 이어지며 규제는 기종과 기술 수준을 세밀하게 정하는 방식으로 촘촘해졌습니다. 장비 반입이 막히면 그 장비로 쌓아야 할 현장 경험도 끊기므로, 이 조치는 공장 하나가 아니라 산업 전체의 시간표를 늦추는 성격이었습니다.

⏱ 03:472023년 8월 화웨이 메이트 60 출시 직후 내장된 기린 9000S 칩이 SMIC의 7나노급 공정으로 만들어졌다는 분석이 나왔습니다. 캐나다 분석업체 테크인사이츠가 칩을 직접 뜯어본 결과였습니다. 화웨이는 칩 사양과 제조사를 공식 설명하지 않았고, 그 침묵 속에 '제재는 실패했다', '다음은 삼성'이라는 축제 분위기가 퍼졌습니다. 그러나 칩을 만들었다는 사실과 같은 품질로 매달 대량 생산하는 능력은 전혀 다른 문제입니다. 업계가 발표 사진보다 공장의 수율 기록을 더 중시하는 이유도 여기에 있습니다.

⏱ 05:31웨이퍼 한 장에서 정상 작동하는 칩이 차지하는 비율이 수율이며, 회사들이 가장 민감하게 여기는 영업 비밀입니다. 같은 비용으로 투입해도 수율이 90%와 30%이면 팔 수 있는 칩의 수가 세 배 차이 납니다. SMIC는 EUV 없이 같은 웨이퍼에 노광과 식각을 세 번에서 많게는 네 번까지 반복하는 멀티패터닝으로 한 층의 회로를 그린 것으로 분석됩니다. 덧칠할 때마다 층과 층을 맞추는 오버레이 정밀도는 머리카락 굵기보다 훨씬 작은 오차 안에서 지켜져야 하고, 마스크 사이의 미세한 차이까지 누적됩니다. 단계별 성공률이 99%여도 100단계를 거치면 약 37%만 살아남는다는 계산이 이 문제의 크기를 보여 줍니다.

⏱ 09:41파이낸셜 타임스는 화웨이 AI 칩을 SMIC에서 생산할 때 수율이 50% 수준이라고 보도했고, 후속 제품은 40%대 안팎까지 올라왔다는 보도가 이어졌습니다. 업계가 수익을 낼 수 있다고 보는 70% 이상과는 거리가 멉니다. TSMC의 7나노가 양산 초기부터 안정적인 수율로 애플과 퀄컴의 대규모 물량을 소화한 것과 출발선이 달랐습니다. 로이터와 니케이는 SMIC 7나노 웨이퍼 가격이 TSMC 동급 공정보다 40~50% 정도 비싸다고 전했습니다. 수율이 낮으면 버려지는 칩의 비용까지 정상 칩에 얹혀 원가가 무거워지고, 이 칩을 살 곳도 제재로 TSMC와 거래가 끊긴 화웨이처럼 선택지가 없는 중국 기업으로 좁혀집니다. 생산이 계속된다는 것은 사업이 이익 이외의 목적으로 돌아가고 있다는 신호로 읽힙니다.

⏱ 12:46SMIC가 추월했다고 외친 삼성 파운드리도 2022년 세계 최초로 3나노 GAA 양산을 선언했지만 초기 수율 문제로 대형 고객을 TSMC에 내준 적이 있습니다. 따라서 그 구호는 선두와 두 세대 차이 나는 공정을 여러 배의 비용으로 흉내 낸 수준이었습니다. 한편 TSMC는 2025년 하반기 2나노 양산에 들어갔습니다. 화웨이의 다음 칩도 같은 7나노 계열로 분석됐고, SMIC의 5나노급 공정도 트랜지스터 밀도상 7나노에 가깝다는 평가가 나왔습니다. 공정 이름의 나노 숫자가 세대 구분용 브랜드처럼 쓰이는 만큼 전문가들은 같은 면적에 들어간 트랜지스터 수로 세대를 가늠합니다. 창고에 쌓인 것은 쓸모없는 칩이 박힌 웨이퍼와 2023년 규제 강화 직전 사상 최대 규모로 들여온 노광 장비입니다. 중국은 3440억 위안(약 60조 원) 규모의 반도체 투자 기금을 내놓았는데, 목적은 수율 20%짜리 라인을 계속 돌려 학습 곡선을 쌓는 데 있습니다. 이 노하우는 라인을 돌린 시간만큼만 쌓이는 자산입니다. 한국 입장에서는 비용을 따지지 않는 정부와 국영 고객, 그리고 성숙 공정의 가격 경쟁이 더 직접적인 부담이 될 수 있습니다. 발표를 접할 때는 정상 제품 비율, 하나를 만드는 비용, 한 달 생산량 세 가지를 물어보는 습관이 과장된 낙관과 근거 없는 공포를 걸러 줍니다.