반도체 제조 핵심공정 밸류체인 AI & 반도체 ETF

반도체 제조 핵심공정 밸류체인 AI & 반도체 ETF 투자

 

산업의 쌀이라 불리는 반도체는 TV, 스마트폰, 자동차, 컴퓨터 등 생활필수품으로 사용하는 모든 제품에 가장 핵심 부품으로 이용이 되고 있으며 미래 삶의 모습을 바꾸는 AI(인공지능) 온디바이스 시대가 본격 도래할 것이므로 반도체 산업 밸류체인에 속하는 기업이나 상장지수펀드(ETF)에 투자하는 것이 포모(FOMO) 증상에서 벗어나는 길이 아닐까 생각이듭니다

 

반도체 산업 개요

 

반도체 개요,시장규모 - 출처 미래에셋증권

 

반도체란 전기전도도가 도체와 부도체의 중간 정도되는 물질로 반도체의 전기적 성질을 이용해 만든 장치(반도체 소자)를 말하고 하나의 기판 위에 밀집된 회로의 집합인 집적회로(메모리반도체, 비메모리반도체)와 제품 내 단일 기능을 하는 소형 전자 반도체 부품(다이오드, 트랜지스터, 콘덴서)인 개별 반도체로 분류할 수 있습니다

 

반도체는 저장기능이 있는 메모리 반도체(D램, 낸드플래시)와 계산과 추론 등 정보처리기능을 하는 비메모리반도체로 나눌 수 있습니다

 

비메모리 반도체는 정보처리 기능을 담당하며 용도별로 CPU, GPU 등의 제품이 있고 다품종 소량생산으로 메모리 반도체에 비해 경기변동에 상대적으로 덜 민감한 제품이며 AI(인공지능) 시대를 맞이하며 GPU 제조 과점 기업인 엔비디아의 주가는 버블을 걱정할 만큼 하늘 높은 줄 모르고 상승하고 있습니다

 

반도체 수요 급성장 중인 제품

 

• 스마트폰 - 모바일 AP, D램, 낸드플래시, 이미지센서, 디스플레이 드라이브 IC, Touch Controller IC
• 모빌리티 - 차량용 AP, Micro Controller Unit, Actuator Driver IC, Power Management IC, 통신칩 및 센서
• 로봇 - AI 프로세서, CIS,TOF, LiDER, 미세전기 시스템(MEMS), Actuator IC
• 인공지능(AI) - CPU, GPU, NPU(FPGA, ASIC), HBM, 노로모픽칩, CXL 메모리

 

 

 

 

반도체 제조 & 유통 밸류체인

 

반도체 제조 & 유통 밸류체인은 반도체 설계에서부터 웨이퍼샌산, 패키징 테스트, 판매 유통 프로세스에 따르고 있으며 각각의 밸류체인에 따라 종합반도체기업, IP, 팹리스, 디자인하우스, 파운드리, OSAT 기업으로 분류할 수 있습니다.

 

• 종합반도체 기업 - 모든 반도체 생산 공정을 종합적으로 갖추고 있는 기업
• IP - 반도체 설계와 관련된 지적 재산권을 제공하고 라이선스와 로열티를 수취하는 기업
• 팹리스 - 자사제품을 가지고 있는 반도체 설계 전문기업
• 디자인하우스 - 팹리스의 설계도를 파운드리가 생산할 수 있도록 제조용 도면으로 설계
• 파운드리 - 팹리스, 디자인하우스를 거친 도면으로 실제 반도체칩을 위탁생산하는 기업
• OSAT - 반도체 패키징 및 테스트 후공정을 전문으로 하는 기업

 

 

반도체 제조 밸류체인 - 이미지 미래에셋증권

 

웨이퍼(Wafer) 제조

 

반도체 원료인 실리콘에 열을 가해 불순물을 제거한 후 실리콘 결정을 접촉하면 액체 실리콘이 고체표면에 붙어 성장하여 커다란 고체실리콘이 만들어니는데 이러한 실리콘 기둥은 잉곳이라하며 원판으로 썰어내어 웨이퍼(Wafer)를 만듭니다

 

산화(Oxidation)

 

웨이퍼는 전기가 통하지 않는 부도체로 반도체로 만들기 위해 웨이퍼 위에 여러 물질을 형성시킨 후 회로 모양대로 각고 다시 물질을 입혀 깍아내는 공정을반복

 

모든 공정의 기초단계인 산화공정은 웨이퍼에 산소와 수증기를 투입하여 절연막 역할을 하는 산화막을 형성해 회로 사이에 누설전류가 흐르는 것을 차단

 

포토(Photo Litography)

 

웨이퍼에 미세한 회로 패턴을 만드는 작업으로 웨이퍼에 감광액(포토 래지스트, Photo Resist)을 바르고 회로가 그려진 포토마스크 위로 빛을 통과시켜 웨이퍼에 회로를 찍어냄

 

빛을 선택적으로 조사하는 과정을 노광이라고 하며 보다 세밀한 회로를 그리기 위해 EUV(극자외선) 노광장비를 네덜란드 ASML 에서 생산합니다

 

포토레지스트와 포토마스크 검사장비는 일본 기업들이 높은 점유를 하고 있으며 국내 동진세미캠도 공급

 

식각(Etching)

 

포토공정을 통해 형성된 패턴을 따라 액체가 기체의 부식액을 불필요한 부분을 선택적으로 제거한 후 반도체 패턴을 만드는 공정

 

건식 식각은 반응성 기체, 이온을 이용해 특정 부위를 제거하는 방법이며 습식 식각은 용액을 이용하여 화학 반응을 통해 제거하는 방법이며 식각장비는 미국 램리서치와 일본 TEL이 높은시장 점유율 확보

 

증착(Deposition) & 이온주입(Ion Implantation)

 

반도체 칩에는 수많은 회로층으로 복잡한 구조를 이루는데 회로 간의 구분과 연결, 보호 역할을 하는 얇은 막을 박막이라고 함, 분자 또는 원자 단위의 박막을 입히는 과정을 증착이라하고 미국 어플라이드 머티리얼즈가 대표적 기업

 

반도체에 전기적 성질을 부여하는 공정이 수반되어야 하는데 인(P), 비소(As), 붕소(B) 등의 가스를 이온화해서 웨이퍼에 주입한후 고온 열처리를하면 웨이퍼 내부로 확산됨, 이렇게 전도성을 가지게 된 반도체는 회로 패턴에 따라 전기신호가 흐를 수 있도록 또 하나의 증착 공정을 통해 금속 배선을 진행하게 됨

 

• 종합반도체 - 삼성전자(메모리 반도체 1위), SK하이닉스(HBM 선두주자), 인텔(미국 종합반도체기업)
• IP - ARM(삼성,애플,퀄컴 관련 IP보유), 시놉시스(반도체 설계자동와), 케이던스(삼성파운드리 IP파트너, 미국)
• 팹리스 - 엔비디아(GPU 압도적 1위), 퀄컴(모바일 AP 스냅드래곤), AMD(CPU, GPU)
• 디자인하우스 - GUC(대만 디자인하우스 기업), 알칩( 대만, AI 반도체 디자인하우스)
• 파운드리 - TSMC(세계1위 파운드리 기업, 대만), 삼성전자, 인텔
• OSAT - ASE(대만, 전세계 OSAT 대표기업), 하나마이크론(HBM 관련 OSAT), SFA반도체(스마트폰 OSAT)

 

 

 

 

AI(인공지능) 와 반도체 산업

 

인공지능(AI) 라는 용어는 1956년 미국 다트머스 대학에서 처음 사용, 인공지능은 인간처럼 생각하고 문제를 풀 수 있는 AI를 구현하고 지속적으로 시도되었지만 여러차례 빙하기를 맞음, 2012년 인간의 뇌를 모방한 신경망 네트워크 구조로 이루어진 딥러닝 알고리즘 이미지 인식 경진대회에서 우승을 차지하면서 획기적 전환점 

 

딥러닝은 2006년 발표되었지만 필요한 계산량은 CPU만으로 불가능할 정도로 매우 큼, AlexNet 이 GPU 기반 딥러닝으로 우승을 하면서 딥러닝 연구는 GPU와 함께 급속 발전

 

CPU와 GPU란, 차이점

 

CPU는 컴퓨터의 두뇌를 담당, 작업자의우선순위를 지저하고 메모리를 관리하는  등 컴퓨터를 지휘, 컴퓨터 프로그램의 대부분은 복잡한 순서를 가진 알고리즘에 따라 작동하므로 순차적 작업에 강점이 있는 CPU가 적합

 

GPU는 픽셀로 이루어진 영상을 처리하는 용도로 탄생, 픽셀 하나하나에 대해 연산을 하기 때문에 CPU에 비해 반복적이고 비슷한 대량의 연산을 병렬적인 작업을 통해 동시다발적 처리

 

인공지능을 학습시킨다는 것은 신경망 내의 수백만 수조 개의 값을 수만 번 바꾸어 주는 일이므로 연구자들이 GPU의 병렬 연산 방식이 인공신경망에 활용될 수 있음을 인식하고 특히 엔비디아에서 CUD라는 GPU 프로그래밍 도구를 함께 제공했기에 AI 반도체의 생태계를 장악할 수 있게됨

 

HBM(High Bandwidth Memory)

 

GPU와 한세트인 HBM은 고대역폭 메모리로 데이터르 교환할 수 있는 통로가 많다는 뜻으로 데이터 전송 속도가 일반적인 D램보다 높고 여러개의 메모리 칩을 수직으로 적층시킴으로써 메모리 용량을 크게 증가시킴

 

HBM을 만들기위해 메모리를수직으로 쌓아올리는 기술(3D 패키징), 적층된 메모리들을 최단 경로로 연결, 속도와 소비전력을 개선하기 위해 TSV 본딩 기술을 사용, 기존 사용하던 와이어 연결 대신 칩에 미세한 구멍을 뚫어 전극으로 연결하는 방식으로 한미반도체에서 TSV  생산장비를 생산하고 있음

 

HBM은 GPU 프로세서와 마치 하나의 칩처럼 움직이도록 한 기판에 이종 결합 형태로 올린 패키징 기술이 구현

 

온디바이스 AI 시대 세상을 바꾸다

 

2022년 공개된 Open AI의 Chat GPT는 AI 대중화의 트리거가 되었으며 출시 1년만에 사용자 1억명 달성을 하게 되었습니다

 

Chat GPT 연산에 사용되는 비용이 너무 크므로 Chat GPT는 거대한 데이터 학습을 마쳤지만 수많은 이용자들의 질문에 답을 생성하는 추론 연산 비용이 증가하고 있는 문제가 있어 AI 대중화됨에 따라 모델을 학습하는 비용보다 추론 비용은 점차 증가할 것이고 전세계 반도체 수요의 80%가 AI 추론용으로 사용될 것으로 전망

 

마이크로소프트, 구글 등 빅테크 기업들은 고가의 GPU 대신 연산만 담당하는 칩 NPU(Neural Processing Unit)을 개발하여 사용하기 시작 

 

AI서버의 연산 과부하를 해결하기 위해 스마트폰, PC 등 IT 디바이스의 연산장치에 NPU를 탑재하여 자체적으로 AI 연산을 수행할 수 있게 함으로써 온디바이스 AI(On Device AI) 시대가 대중화되고 있습니다

 

NPU는 디바이스에 탑재되므로 서버용 AI를축소시킨 모델을 사용하여 전력 효율성이 높고 발열도 낮아야 하며 제조사별로 다양한 AI 모델과 탑재될 디바이스를 고려하여 맞춤 제작하므로 주문형 반도체(ASIC) 의 한 종류입니다

 

2024년 1월17일 삼성 갤럭시 S24 스마트폰에 실시간 통역, 피사체 이동, AI 사진 편집, 글 요약 등을 인터넷 연결없이 자체 구현하여 출시되었고 아이폰16 과 윈도우12 출시 등 NPU를 적용한 제품이 대거 출시되면서 본격적인 온디바이스 AI 시대 대중화를 맞이하게 되었습니다

 

반도체 & AI(인공지능) 산업 상장지수펀드(ETF) 투자

 

미래 사람들이 일상적 생활의 세상을 바꾸는 산업인 AI, 반도체 산업에 올라타는 것이 포모증상에서 벗어나는 길일 것입니다

 

반도체 & AI 산업 제조 밸류체인에 대해 공부해 보았지만 과연 어떤 기업에 투자하는 것이 가장 큰 돈을 벌 수있는 기회를 가질까요?

 

이에 대한 답은 귀신도 모르기에 가장 편안한 투자 선택으로 반도체 & AI 산업 밸류체인 기업을 한꺼번에 투자하는 상장지수펀드(ETF) 투자가 가장 편하면서도 가장 합리적 투자 선택일 것이라 생각합니다

 

국내상장 반도체 & AI 산업투자 주요 ETF

 

종목	상장일	보수(연간)	구성종목상위
TIGER 반도체	2006.6.27	0.48%	SK하이닉스 21.8%, 삼성전자 19.5%, 한미반도체 5.2%  외
TIGER Fn 반도체TOP10	2021.8.10	0.51%	SK하이닉스 24.8%, 삼성전자 24.1%, 한미반도체 9.7% 외
TIGER AI반도체핵심공정	2023.11.21	0.45%	한미반도체 15.6%, 이오테크닉스 9.2%, 동진세미켐 8.4%
TIGER 미국필라델피아반도체나스닥	2021.4.9	0.69%	AMD 9.7%, NVDA 9.2%, 브로드컴 8.9% 외
TIGER 일본반도체FACTSET	2023.9.19	0.49%	Lasertec Corp 14.6%, Disco Corp 13.3%, SCREEN Holdings 12.7%
TIGER TSMC밸류체인FACTSET	2023.4.4	0.49%	TSMC 25.6%, ASML 9.4%, Tokyo Electron 8.9% 외
KODEX 미국반도체MV	2021.6.28	0.09%	NVDA 25.01%, TSMC 9.07%, BROADCOM 5.75%, AMD 5.54% 외
KODEX AI반도체핵심장비	2023.11.21	0.39%	한미반도체 27.16%, 리노공업 16.35%, ISC 11.8%, 이수페타시스 10.78% 외

 

국내상장 ETF(상장지수펀드)의 경우 국내주식만 편입하는 ETF는 시세차익 총금액에 비과세 적용이지만 해외기업을 편입한 ETF의 경우 시세차익은 배당소득으로 15.4% 배당소득세를 부과하고 연간수익  2,000만원 초과시 금융종합소득세 적용 및 1,000만원초과시 건강보험료 부과기준이 됩니다

 

분배금은 국내 및 해외기업 편입 ETF 공히 15.4% 의 소득세(지방세포함)를 부과합니다

 

퇴직연금 IRP 또는 개인연금 계좌를 활용하여 연말정산 세액공제, 연금 수령시까지 과세이연을 통한 투자수익 극대화하는 투자전략이 바람직해 보입니다 

 

금융IQ 향상이 재테크 지름길

 

금융IQ를 높이는 것이 재테크 출발점이자 지름길이며 금융 지식은 은행도 증권사도 그들의 기업이익을 추구할 뿐 절대 가르쳐 주지 않으므로 스스로 공부하여 알고 투자하여야 합니다

 

반도체 & AI 상장지수펀드(ETF) 투자를 포함한 공통 사항으로 금융IQ 높여줄 퇴직연금 IRP, 개인연금 세제혜택, 건강보험료 부과대상 소득종류, 보험료 산정기준, 절감방법을 공부하고 국내상장된 미국지수 추종 ETF를 매수할 것인지 미국시장에 직접투자하는 것이 유리한지 손익분기점 투자규모는 어느 정도인지 시세차익, 양도소득세, 배당소득세를 비교하여  현명한 선택에 도움이 되었으면 합니다 

 

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