뉴스에 나오는 IC 설계(팹리스), 파운드리, IDM은 무엇이 다를까?

뉴스에 자주 나오는 IC 설계, 파운드리, IDM의 차이는 칩 하나가 설계에서 출하까지 거치는 여러 단계 가운데 어느 단계를 직접 하느냐에 있다. IDM(integrated device manufacturer, 종합 반도체 기업)은 직접 설계하고 직접 만든다. IC 설계 회사(영어로 fabless, 팹리스)는 설계만 하고 제조는 다른 회사에 맡긴다. 파운드리(foundry)는 다른 회사가 설계한 칩만 만든다. 여기에 패키징과 테스트를 전문으로 하는 후공정 업체(OSAT)까지 더하면, 칩 하나는 흔히 이런 여러 종류의 회사를 거친다.

이 글은 표 하나로 네 종류를 나란히 비교한다. 각각을 더 알고 싶다면 표의 마지막 줄에 링크가 있다.

칩은 설계에서 출하까지 어떤 단계를 거칠까?

크게 세 단계다.

1. 설계: 컴퓨터에서 회로를 그리고, 시뮬레이션과 검증을 여러 번 거친다. 설계가 확정되면 설계 데이터를 넘기는데, 이를 테이프아웃이라고 한다. IC(집적회로)는 칩의 정식 이름이라서 이 단계를 IC 설계라고 부른다.
2. 제조: 설계 데이터로 먼저 포토마스크를 만든다. 회로를 찍어 내는 필름 원판과 같다. 웨이퍼는 팹에서 수백 개의 공정 단계를 거치며 회로가 한 층씩 쌓이는데, 몇 주에서 몇 달이 걸린다.
3. 후공정: 후공정은 패키징과 테스트를 합친 말이다. 완성된 웨이퍼 위의 칩을 하나하나 먼저 테스트하고, 잘라서 패키지에 넣은 뒤, 포장을 마친 상태로 다시 한 번 테스트해 양품만 출하한다.

이 세 단계에 필요한 것은 전혀 다르다. 설계는 사람과 설계 소프트웨어에 달려 있다. 제조에는 클린룸 한 동 전체와 아주 비싼 장비가 많이 필요하다. 후공정은 또 다른 장비 세트를 쓴다. 그래서 세 단계는 서로 다른 회사가 나눠 맡는 경우가 많다. 각 단계에서 무엇을 하는지는 ‘칩은 어떻게 만들어질까?’에서 읽을 수 있다.

네 종류의 회사는 각각 어느 단계를 맡을까?

	IDM	IC 설계 회사(팹리스)	파운드리	후공정 업체(OSAT)
칩 설계	직접 한다	직접 한다	하지 않지만, 설계 규칙을 먼저 제공한다	하지 않는다
웨이퍼 위에 회로 만들기	자체 팹	파운드리에 맡긴다	직접 한다	하지 않는다
패키징과 테스트	직접 할 수 있고, 일부는 외부에 맡기기도 한다	후공정 업체에 맡긴다	대부분 하지 않는다	직접 한다
파는 것	자기 칩	자기 칩	다른 회사의 웨이퍼 제조	다른 회사의 패키징과 테스트
더 읽기	팹(fab)이란?	칩은 어떻게 설계할까?	뉴스에 나오는 ‘파운드리’란?	OSAT란? 후공정 공장은 무엇을 할까?

책 출판에 빗대어 보면 이렇다. IC 설계 회사는 출판사와 같다. 책은 직접 쓰고 자기 이름으로 팔지만, 인쇄는 인쇄소에 맡긴다. 파운드리는 인쇄소와 같다. 각 출판사가 보낸 원고대로 인쇄할 뿐 자기 책은 내지 않는다. 후공정 업체는 제본소와 같다. 인쇄된 큰 종이를 재단하고 제본한 뒤 한 쪽씩 검사한다. IDM은 자기 인쇄소를 가진 출판사다.

표에서 놓치기 쉬운 점이 두 가지 있다.

• 칩은 고객이 설계하지만, 파운드리가 먼저 규칙을 준다: 선을 얼마나 가늘게 그릴 수 있는지, 두 선이 얼마나 가까이 붙을 수 있는지다. 이 규칙대로 설계해야 실제로 만들 수 있다.
• 칩 패키지에 인쇄된 것은 그 칩을 파는 회사의 모델명이다: IC 설계 회사의 칩은 다른 회사가 만들고 포장했더라도 설계 회사의 모델명이 인쇄된다.

왜 이렇게 여러 회사로 나뉠까?

• 팹이 너무 비싸다: 첨단 팹 하나를 짓고 장비로 채우려면 큰돈이 들고, 시간도 년 단위로 걸린다. 다 지은 뒤에는 장비가 바쁠수록 이득이다. 한 회사의 칩만으로는 팹 하나를 다 채우지 못하는 경우가 많다. 파운드리는 여러 회사의 주문을 받으므로 장비에 늘 일이 있다. 이 부분은 “뉴스에 나오는 ‘파운드리’란?”에서 더 자세히 다룬다.
• 각자 한 가지에 집중할 수 있다: 설계 회사는 돈과 인력을 설계에 쏟고, 파운드리는 세대마다 공정을 안정시키는 데 집중하며, 후공정 업체는 여러 가지 패키징과 테스트에 집중한다. 같은 장비와 경험을 여러 고객사의 칩에 쓸 수 있다.
• 작은 회사도 칩을 만들 수 있다: 먼저 팹을 짓지 않아도, 설계 팀만 있는 회사가 자기 칩을 만들어 낼 수 있다. 1980년대 이전에는 칩을 만드는 회사 대부분이 자기 팹을 가지고 있었다. 그 뒤 팹을 가진 회사가 남는 생산 능력을 다른 회사에 내주기 시작했고, 파운드리만 전문으로 하는 회사도 생겨났으며, 그에 따라 설계만 하는 회사도 늘어났다.

그렇다면 IDM은 왜 여전히 직접 팹을 지을까?

자기 팹이 있으면 설계와 제조를 함께 맞춰 갈 수 있다. 설계자가 원하는 것이 있으면 자기 팹의 공정 엔지니어와 바로 함께 고칠 수 있고, 공정에 특별한 방법이 있으면 설계에 곧바로 쓸 수 있다. 얼마나 만들지, 어느 로트를 먼저 할지도 스스로 정하므로 다른 회사 뒤에 줄을 설 필요가 없다.

대신 팹을 직접 짓고 유지해야 한다. 물량이 적을 때는 장비가 놀고 있어도 감가상각은 매일 똑같이 이어진다.

네 종류 회사의 경계는 절대적일까?

그렇지 않다. 이 네 이름은 ‘역할’에 더 가깝고, 한 회사가 여러 역할을 맡는 경우가 많다.

• 어떤 IDM은 자기 팹이 있으면서도 칩 일부를 파운드리에 맡기고, 패키징과 테스트도 일부를 후공정 업체에 맡긴다.
• 자기 팹을 가진 회사 중에는 남는 생산 능력으로 다른 회사의 칩을 만들어 주는 곳도 있다. 자기 칩도 만들고 파운드리 주문도 받는다.
• 자기 팹을 일부만 남기고 나머지는 파운드리에 맡기는 회사도 있는데, 이를 ‘팹라이트’(fab-lite)라고 한다.
• 일부 파운드리는 패키징의 일부, 특히 첨단 패키징도 한다(“뉴스에 나오는 ‘첨단 패키징’이란?”).
• 휴대폰, 컴퓨터, 자동차 같은 제품을 만드는 회사 중에도 칩을 직접 설계한 뒤 파운드리와 후공정 업체에 제조를 맡기는 곳이 있다.

그래서 뉴스를 볼 때는 ‘이 회사는 어느 종류인가’보다 ‘이 칩의 어느 단계를 누가 맡았는가’를 묻는 편이 낫다.

다음에 뉴스를 볼 때는 이렇게 읽으면 된다

• “IC 설계 회사, 신규 칩 출시”: 설계는 그 회사의 것이다. 칩은 대개 파운드리가 만들고 후공정 업체가 패키징과 테스트를 마쳤지만, 패키지에 인쇄된 것은 여전히 설계 회사의 모델명이다.
• “IDM, 외주 확대”: 자기 팹을 가진 회사가 더 많은 칩을 파운드리나 후공정 업체에 맡긴다는 뜻이다.
• “팹라이트로 전환”: 자기 팹은 일부만 남기고, 나머지 칩은 파운드리에 맡긴다는 뜻이다.
• “자체 개발 칩”: 제품을 만드는 회사가 칩을 직접 설계했다는 뜻이다. 제조는 대개 여전히 파운드리에, 후공정은 후공정 업체에 맡긴다.

fab24hr에서는

메인 스토리 ‘칩의 일생’은 가상의 보청기 칩 ‘Glowmere’를 따라, 설계를 넘기는 순간부터 후공정 공장까지 간다. Glowmere는 보청기를 만드는 작은 회사가 처음으로 직접 설계한 칩이다. 프롤로그 ‘테이프아웃’에서는 설계가 팹으로 넘어가 포토마스크 한 세트가 된다. 이 글의 말로 하면 이 작은 회사가 맡은 것은 설계 단계로, 앞에서 말한 ‘제품을 만드는 회사가 칩을 직접 설계하는’ 경우다. 제1막에서는 이 팹의 R&D 라인에서 시생산을 한다. 제2막은 양산 팹으로 옮겨 간다. 양산 팹 입장에서 Glowmere는 고객의 칩이고, 식각 장비 안에 걸려 있는 긴급 로트 H-2417이 그중 한 로트다. 제3막은 후공정 공장에서 펼쳐지며, 챕터 10~12에서 나는 테스트 엔지니어, 패키징 공정 엔지니어, 고객 담당이 된다. 이 중 한 곳에서 근무해 보고 싶다면 ‘출근’을 누르고 ‘직장인의 하루’를 고른 뒤, ‘오늘 나는’ 카드에서 ‘개발 라인’, ‘양산 팹’, ‘후공정 공장’ 중 하나를 누르고 좌우로 넘겨 그 직무를 찾은 다음, 구역이 있는 직무라면 구역을 하나 누르면 된다. 게임 속 회사, 칩, 인물, 로트 번호는 모두 가상이다. 네 종류 회사의 분업은 공개된 일반 자료를 바탕으로 썼으며, 회사마다 방식이 다르다. 다른 업계 용어는 ‘반도체 공장 전문 용어, 쉬운 말로 풀이’에서 찾아볼 수 있다.