한국 팹리스 수요에 대응하는 공공 파운드리는 아직도 구상단계. 언제 해!

1. 서론

한국의 팹리스(Fabless, 반도체 설계 전문 기업) 산업은 국내 파운드리(반도체 위탁생산) 부족으로 인해 대만(TSMC) 및 중국(SMIC) 파운드리에 의존하고 있습니다. 특히, 소량·다품종 시제품 제작(MPW)과 레거시 공정(28nm 이상, 아날로그·혼합신호 반도체, 가전·전장용 MCU 등) 지원 부족은 중소 팹리스의 성장에 제약을 초래합니다. 이를 해결하기 위해 공공 파운드리 설립 논의가 진행 중이며, 이는 중소 팹리스의 수요를 충족하고 글로벌 경쟁력을 강화하는 것을 목표로 합니다. 본 보고서는 공공 파운드리의 현황, 민간과의 합작 여부, 팹리스 수요 대응 규모, 투자비를 체계적으로 정리합니다.

2. 공공 파운드리 정의 및 필요성

• 정의: 공공 파운드리는 정부 또는 공공 기관의 지원을 받아 운영되는 반도체 제조 시설로, 민간 파운드리(삼성전자, TSMC 등)와 달리 중소 팹리스의 소량·다품종 생산, 레거시 공정, R&D 지원에 초점을 맞춤. 대만 TSMC의 초기 모델(정부 지분 50%)이 대표적 사례입니다.
• 필요성:
  • 해외 의존도 감소: 국내 팹리스의 약 60% 이상이 TSMC 등 해외 파운드리에 생산 의뢰, 기술 유출 및 공급망 리스크(미·중 무역 분쟁 등) 존재.
  • 중소 팹리스 지원: 소량·다품종 MPW 서비스와 레거시 공정은 중소 팹리스에 필수이나, 민간 파운드리는 대기업 및 대량 생산 우선.
  • 경제 효과: 공공 파운드리는 팹리스 생태계 강화, 고용 창출, 지역 경제 활성화를 촉진. 예: 2045년까지 300조 원 경제 효과 예상.
• 레거시 공정: 28nm 이상 공정으로, 가전, IoT, 전장용 반도체에 사용. 비용 효율적이나 국내 지원 부족.

3. 한국 공공 파운드리 현황

3.1 공공 파운드리: 정책제안 논의 단계

• 현재 상황: 2025년 5월 기준, 한국에는 실제로 운영 중인 공공 파운드리 시설이 존재하지 않음. 공공 파운드리는 설립 논의 및 계획 단계에 있으며, 구체적인 시설 건설이나 운영은 시작되지 않음.
• 논의 배경:
  • 한국팹리스산업협회는 국가·민간 합동 공공 파운드리 설립을 제안, 대만 TSMC 모델(정부 지분 50%, 자국 팹리스 우선 지원)을 참고.
  • 2025년 1월, 정부는 20조 원 규모의 반도체 산업 지원 계획을 발표하며 ‘한국반도체제조회사(KSMC)’ 설립을 제안. KSMC는 레거시 및 특수 공정에 집중, 삼성전자의 선단 공정(5nm 이하)과 상호보완 목표.
• 관련 지원 프로그램:
  • 경기도 시스템반도체 개발지원센터: 2025년 ‘팹리스기업 첨단장비 공동이용지원 사업’ 선정, 2027년까지 국비 322억 원 투입. 한국전자기술연구원(ETRI) 주관, AI 반도체 설계·검증 장비 제공. 그러나 이는 설계 지원에 초점, 파운드리(제조) 기능은 포함되지 않음.
  • K-CHIPS Act (2023년 3월): 시설 투자 최대 25%, R&D 최대 50% 세액 공제. 공공 파운드리 설립을 간접 지원하나, 직접 투자 계획은 미확정.
• 결론: 공공 파운드리는 실제 시설로 존재하지 않으며, 정책 제안 및 초기 논의 단계. 제조보다는 설계 지원 프로그램이 현재 주된 활동.

3.2 민간과의 합작 공공 파운드리: 구상중

• 민간 합작 공공 파운드리 존재 여부: 2025년 기준, 민간과 합작한 공공 파운드리 시설은 존재하지 않음. 다만, 공공 파운드리 설립 계획은 민간과의 합작을 핵심 모델로 구상 중.
• 합작 논의 현황:
  • KSMC 제안: KSMC는 정부와 민간(삼성전자, SK하이닉스, DB하이텍 등)의 공동 투자로 설립 계획. 정부는 자금 및 정책 지원, 민간은 기술과 운영 역량 제공 목표.
  • 대만 TSMC 모델 벤치마킹: TSMC는 초기 정부 지분 50%로 설립, 민간 기업이 운영 주도. 한국도 유사한 공공-민간 합작 모델 논의.
  • 민간 기업의 역할:
    • 삼성전자: 세계 2위 파운드리(점유율 14%, 2024년), 5nm·4nm 선단 공정 강점. 중소 팹리스 지원으로 MPW 서비스 확대(2024년 7월, 10% 증가) 중이나, 공공 파운드리 참여는 미확정.
    • SK하이닉스: 중국 우시 공장(180nm~65nm 레거시 공정) 운영, 주로 중국 팹리스 지원. 공공 파운드리 논의에 소극적.
    • DB하이텍·키파운드리: 레거시 공정(180nm~65nm, 0.35μm~0.13μm) 전문, 소규모 팹리스 지원. 공공 파운드리 합작 가능성 있으나, 자본·기술 한계.
• 합작 관련 도전 과제:
  • 민간 참여 의지: 삼성전자는 자체 파운드리 사업(용인 5나노 팹 등)에 집중, 공공 파운드리 참여 동기 부족. SK하이닉스는 메모리 중심, 파운드리 투자 제한.
  • 이익 분배: 민간 기업은 공공 파운드리의 낮은 수익성(레거시 공정 중심) 우려, 정부의 보조금·세제 혜택 규모에 따라 참여 결정.
  • 기술 이전: 민간의 선단 공정 기술을 공공 파운드리에 적용하기 어려움, 레거시 공정에 한정될 가능성.
• 결론: 민간과 합작한 공공 파운드리는 현재 없으며, KSMC 설립 논의에서 민간 합작이 구상 중. 그러나 민간의 적극적 참여와 구체적 합작 모델은 미확정.

4. 국내 팹리스 업체 수요 및 공공 파운드리 대응 규모

4.1 국내 팹리스 업체 수요

• 팹리스 현황:
  • 한국팹리스산업협회 회원사 137개(2025년 기준), 대부분 중소·중견 기업. 주요 기업: 리벨리온(AI 가속기), 텔레칩스(자율주행 SoC), 어보브반도체(MCU).
  • 기술 분야: AI, IoT, 자율주행, 모바일 SoC 등 시스템 반도체 중심.
• 수요 특성:
  • 소량·다품종 MPW: 중소 팹리스는 시제품 제작(MPW, Multi-Project Wafer) 선호. 비용은 1억~수백억 원, TSMC는 MPW 서비스 강점 보유.
  • 레거시 공정: 28nm 이상 공정(가전, 전장, IoT용) 수요 높음. 예: 어보브반도체(28nm MCU), 텔레칩스(8nm~28nm SoC).
  • 가격 경쟁력: 국내 팹리스는 TSMC·중국 파운드리의 저가 공정 선호, 국내 민간 파운드리(삼성, DB하이텍)는 고비용 구조.
  • 빠른 납기: 시제품 테스트 및 시장 출시를 위해 신속한 생산 필요, 국내 파운드리 캐파 부족으로 지연 발생.
• 수요 규모:
  • 정확한 수치 부족, 추정: 연간 약 100~150만 장(8인치 웨이퍼 환산)의 레거시 공정 수요, MPW는 연간 10~20만 장 규모.
  • 한국팹리스산업협회: 국내 팹리스의 60% 이상이 해외 파운드리 이용, 연간 50~70억 달러 해외 생산 비용 지출 추정.

4.2 공공 파운드리 대응 규모

• 목표 규모:
  • KSMC 계획: 초기 연간 50만 장(8인치 웨이퍼 환산) 생산 목표, 2030년까지 100만 장으로 확대. 레거시 공정(28nm~65nm) 및 특수 공정(아날로그, 전력 반도체) 중심.
  • MPW 서비스: 연간 5~10만 장 MPW 지원, 중소 팹리스의 시제품 제작 수요 충족 목표.
  • 팹리스 지원: 137개 회원사 중 80~100개 중소 팹리스 대상, 소량·다품종 생산 및 R&D 지원.
• 비교:
  • TSMC: 연간 3,000만 장(8인치 환산), MPW 서비스는 글로벌 팹리스 70% 이상 충족.
  • 삼성전자: 연간 720만 장(12인치 33만 장, 8인치 30만 장 월별 환산), 중소 팹리스 지원은 10% 미만.
  • DB하이텍: 연간 156만 장, 레거시 공정 중심이나 소규모.
• 한계:
  • KSMC의 초기 50만 장은 국내 팹리스 수요(100~150만 장)의 30~50%만 충족, 해외 의존도 완전 해소 불가.
  • 선단 공정(7nm 이하) 지원 불가, AI·고성능 컴퓨팅 수요 충족 제한.
• 결론: 공공 파운드리의 계획된 규모는 중소 팹리스의 레거시 공정 및 MPW 수요를 부분적으로 충족 가능하나, 전체 수요 해결에는 추가 확장 필요.

5. 공공 파운드리 투자비

5.1 예상 투자비

• 초기 투자:
  • KSMC 설립: 20조 원(2025~2045년), 정부(50%) 및 민간(50%) 공동 투자. 초기 팹 건설(1~2개 라인)에 약 5~7조 원 소요.
  • 경기도 반도체 클러스터: 622조 원(2024~2047년, 민간 투자 포함), 공공 파운드리는 하위 프로젝트로 10~15% 투자(60~90조 원) 추정.
• 세부 내역:
  • 시설 투자: 팹 건설(3~4조 원), 장비(클린룸, 리소그래피 등, 2~3조 원).
  • R&D: 레거시 공정 최적화, MPW 서비스 개발(1~2조 원).
  • 운영 비용: 인력(엔지니어 1,000~2,000명), 유지보수(연간 5,000억 원).
• 정부 지원:
  • K-CHIPS Act: 시설 투자 25%, R&D 50% 세액 공제, 연간 1~2조 원 보조금 예상.
  • 국비 투입: 경기도 시스템반도체 지원(322억 원, 2025~2027년), KSMC 초기 자금(2~3조 원).
• 민간 투자:
  • 삼성전자, SK하이닉스, DB하이텍 등 참여 시 자본 및 기술 제공. 예: 삼성의 용인 팹 투자(300조 원)와 연계 가능.
• 비교:
  • TSMC: 연간 팹 투자 300억 달러(약 40조 원), 5nm 팹 1개 건설에 15조 원.
  • 삼성전자: 용인 5나노 팹에 300조 원(2024~2040년), 공공 파운드리보다 규모 큼.
• 결론: KSMC 초기 20조 원은 소규모 레거시 팹(50만 장) 건설에 적합, 장기적으로 60~90조 원 필요.

5.2 투자비 도전 과제

• 자금 조달: 정부 예산(연간 2~3조 원)과 민간 자본(삼성, SK하이닉스) 조달 어려움. 민간의 낮은 수익성 우려.
• 효율성: 공공 프로젝트의 비효율성(예: 과거 4대강 사업) 반복 가능성.
• 글로벌 경쟁: TSMC(연간 40조 원 투자)와의 격차, 가격 경쟁력 확보 어려움.

6. 시사점

6.1 긍정적 시사점

• 팹리스 생태계 강화:
  • 공공 파운드리는 중소 팹리스의 MPW(5~10만 장) 및 레거시 공정(50만 장) 수요를 충족, 해외 의존도 60%에서 30~40%로 감소 가능.
  • 예: 텔레칩스, 어보브반도체의 비용 절감 및 시장 출시 시간 단축.
• 경제 효과:
  • KSMC는 2045년까지 300조 원 경제 효과, 5만~10만 명 고용 창출 예상.
  • 경기도 반도체 클러스터는 글로벌 공급망 내 한국 위상 강화.
• 공급망 안정화:
  • 미·중 무역 분쟁, 지정학적 리스크 속 국내 자급률(현재 20~30%) 50% 목표, 공급망 안정성 확보.
  • ‘Fab 4’ 동맹(한국, 미국, 일본, 대만)과 협력 시너지.
• R&D 촉진:
  • 공공 파운드리는 설계·검증 장비, IP 개발 지원과 연계, 중소 팹리스의 기술 혁신 가속화.

6.2 부정적 시사점 및 위험

• 실행 불확실성:
  • 공공 파운드리는 논의 단계, 실제 시설 건설까지 5~7년 소요. 민간 참여 없이는 실패 가능성.
  • 자금(20조 원), 기술, 인력(연간 3,000명 부족) 부족.
• 글로벌 경쟁:
  • TSMC(61% 점유율, 2023년), SMIC(90% 가동률, 2024년)와의 가격·기술 경쟁 심화.
  • 일본 Rapidus(2nm 공정, 2025년 1000억 엔 투자)는 공공 파운드리와 직접 경쟁.
• 정책 리스크:
  • 2026년 지방선거, 2027년 대선으로 정책 연속성 불확실.
  • 공공 운영 비효율성(예: 공기업 방만 경영) 우려.
• 제한된 수요 충족:
  • 초기 50만 장은 팹리스 수요(100~150만 장)의 30~50%만 충족, 선단 공정(AI 칩 등) 지원 불가.

6.3 전략적 시사점

• 민간 합작 모델:
  • 삼성전자(기술·운영), SK하이닉스(레거시 공정 경험), DB하이텍(소량 생산)과의 지분 투자 및 기술 이전 협력 필수.
  • 예: 정부 50%, 민간 50% 지분, 민간 주도 운영(TSMC 모델).
• 니치 시장 공략:
  • 레거시 공정(28nm~65nm), 특수 공정(전력 반도체, 센서)에 집중, TSMC의 선단 공정과 차별화.
  • 전장, IoT, 가전 시장 타겟, 중소 팹리스의 80% 수요 충족 목표.
• 인력 양성:
  • KAIST, 성균관대 등 반도체 특화 학과 확대, 2030년까지 연간 5,000명 엔지니어 양성.
  • 산학 협력으로 공공 파운드리 실무 교육 강화.
• 글로벌 협력:
  • 미국(CHIPS Act, 2022년 520억 달러 지원), 대만(TSMC 기술 교류), 일본(Rapidus 협력)과 공급망 네트워크 구축.
  • 유럽 프라운호퍼 연구소와 협력, 팹리스의 유럽 시장 진출 지원.

7. 결론

한국의 공공 파운드리는 2025년 기준 실제로 존재하지 않으며, KSMC 설립 제안과 경기도 반도체 클러스터 계획을 통해 논의 중입니다. 민간과의 합작 공공 파운드리도 현재 없으나, 삼성전자, SK하이닉스 등과의 합작이 KSMC의 핵심 모델로 구상되고 있습니다. 공공 파운드리는 국내 팹리스의 소량·다품종 MPW(5~10만 장) 및 레거시 공정(50만 장) 수요를 부분적으로 충족할 수 있으며, 초기 20조 원, 장기 60~90조 원 투자 필요. 긍정적 시사점으로는 팹리스 생태계 강화, 경제 효과, 공급망 안정화가 있지만, 자금·기술·인력 부족, 글로벌 경쟁, 정책 리스크가 도전 과제입니다. 민간 합작, 니치 시장 공략, 인력 양성, 글로벌 협력을 통해 공공 파운드리는 한국 반도체 산업의 글로벌 경쟁력을 강화할 잠재력을 지닙니다.