[반도체 특강] 넷다이(Net Die), 반도체 수익성을 결정하다

자동차 공장에서 동일한 장비와 인력으로 2배의 자동차 대수를 생산할 수 있다면, 어떤 생각을 할까요? 기술적 난관에 부딪히고, 더 많은 노동력이 필요하더라도 2배 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 넷다이(Net Die, 웨이퍼당 생산 가능한 칩 수)에 있습니다. 넷다이를 늘리면 동일한 장비와 재료, 공정으로 웨이퍼당 많은 다이(칩)를 생산할 수 있습니다. 이는 곧 웨이퍼당 판매가가 높아져 원재료 및 공정원가는 일정한데 수익은 증가하게 되는 것이지요. 이번 장에서는 이처럼 반도체 수익성을 결정짓는 넷다이에 대해 알아보도록 합시다.

1. 다이(Die)와 칩(Chip)의 차이

<그림1> 다이(Die)와 칩(Chip)의 구분

초창기 다이(Die)와 칩(Chip)이라는 용어는 명확한 구분 없이 상황에 따라 혼용됐습니다. 하지만 점차 용어의 쓰임이 많아지면서 구분할 필요가 생겼지요. 다이란 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 다이를 칩으로 칭합니다.

사이즈를 말할 때는, 다이-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 다이-사이즈에 더해 소잉하고 남은 주변의 Scribing Lane 영역과 Pad Area(Pad를 외곽으로 뽑았을 경우) 등을 포함합니다.

2. 넷다이(Net Die)와 다이-사이즈(Die-Size)

<그림2> 다이-사이즈에 의해 결정되는 넷다이 개수

넷(Net)이란 그물에 걸린 모든 것을 제외한 순수한 그물만을 뜻합니다. 따라서 넷다이는 모든 부가적인 요소를 뺀 웨이퍼 상의 다이만을 의미합니다. 넷다이는 글로스 다이(Gross Die)라고도 하는데, 이는 웨이퍼 상의 총 다이 개수를 말합니다. 따라서 넷다이는 Technology를 감안해 면적을 계산하고, 제품기술을 바탕으로 설계해 만들어지는 웨이퍼당 Good과 Fail을 모두 합한 최대한의 다이 개수이지요. 반도체의 수익성 면에서 넷다이가 중요한 이유는, 웨이퍼당 판가(Price: 웨이퍼 단가)와 직결되기 때문입니다. 따라서 반도체 산업은 특히 Technology와 제품기술이 매출 및 수익 창출에 큰 영향을 주게 됩니다.

다이-사이즈가 130mm²일 경우 다이 길이(Length)는 10mm, 다이 폭(Width)은 13mm로 할 수 있습니다. 이때 직경 300mm의 웨이퍼 면적은 70,659mm²(3.14x150mmx150mm)이므로, 웨이퍼의 면적을 다이-사이즈로 나누면 543개의 넷다이를 구할 수 있습니다. 기술적 발전을 이뤄 다이-사이즈를 100mm²로 축소할 경우, 넷다이는 706개로 늘어나지요. 따라서 웨이퍼 상의 넷다이는 다이-사이즈가 작아질수록 반비례해 증가한다는 것을 알 수 있습니다.

3. 웨이퍼 판매단가(Wafer Price)

<그림3> 넷다이에 의해 결정되는 웨이퍼 판매가

전공정(Fab공정)만을 고려한다면, 웨이퍼의 판매단가는 각 칩(다이)당 판매단가에 넷다이 숫자를 곱한 값입니다(이때 웨이퍼 수율이 일정하다는 가정). 따라서 다이당 판매단가가 같다면 웨이퍼의 판매가는 넷다이 개수에 비례해 증가하지요. 넷다이는 보통 약 500~1,200개 정도 되는데, 300~2,500개 정도가 되기도 합니다. 다이당 판매가가 5$일 경우, 넷다이가 543개면 웨이퍼 판가는 2,715$이고, 706개면 3,530$가 됩니다. 파운드리(Foundry) 업체는 웨이퍼만 생산하는데, 넷다이의 개수는 팹리스(Fabless) 업체의 기획 및 설계 단계에서 1차로 결정됩니다. 또, 파운드리 업체에서 Technology에 따라 2차적으로 다이 크기를 줄이면 넷다이가 많아지므로 팹리스 업체는 되도록 극세화가 가능한 파운드리 업체를 선호합니다.

4. 웨이퍼 수익성 검토

<그림4> 다이-사이즈에 따른 웨이퍼 수익성 비교 @ 2개 Fab/ 5년 누적 기준

Fab 공정에서의 300mm(12인치) 웨이퍼의 장당 원가를 3,000$라고 하면, 웨이퍼 상의 넷다이가 543개 일 경우 -285$(2,715-3,000)가 됩니다. 따라서 웨이퍼를 생산할 때마다 한 장당 285$를 손해 보는 구조가 됩니다. 반면 넷다이가 706개일 경우는 +530$(3,530-3,000)이므로, 웨이퍼 한 장당 530$만큼 이익을 얻게 됩니다. 여기서 발생하는 손해 혹은 이익은 수요자와는 상관없는 손익입니다(수요자는 넷다이와는 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 달에 Fab당 약 3천만 달러 손해를 보고 다른 쪽은 약 5천만 달러의 이익을 얻게 되는 셈입니다. 두 케이스의 경우 약 800억 원의 차이이므로 1년이면 9천억 원에 이르게 되지요. 이러한 기술격차 상태로 2개 Fab에서 5년만 지속돼도 약 9조의 차이가 나서, 이러한 상황이 10년 이상 계속된다면 기업 파산을 피할 수 없게 됩니다. 다른 모든 조건이 동일하다는 가정하에 따져볼 때, 다이-사이즈가 30% 차이가 날 경우, 다이-사이즈 즉 기술력의 차이가 기업의 흥망성쇠를 좌우하게 됩니다.

과거 일본과 유럽의 메모리 반도체 기업들의 파산은, 기술격차를 10~20년 가까이 만회하지 못한 원인이 가장 크다고 할 수 있습니다. 기술격차를 극복하기 위해 국가가 나서서 경영자금을 투입하고 Low Grade Technology 업체들끼리 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.

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.