반도체 주가는 왜 실적과 반대로 갈까?

반도체 주가는 왜 실적과 반대로 갈까?

송명섭 지음

경향BP / 2022년 9월 / 177쪽 / 14,800원





반도체 주식 투자, 이것만 알면 쉽다 1 - 반도체 산업의 특징



메모리 반도체는 성숙 산업이다

대표적인 메모리 반도체 제품에는 DRAM과 NAND가 있습니다. DRAM은 주로 PC, 스마트폰, 서버 등에서 일시적으로 기억을 저장하며 프로세스와 영구 기억 장치 간에 불필요한 데이터의 이동을 줄이고 속도와 효율성을 높여 주는 역할을 합니다. 반면 NAND는 HDD를 대체하여 데이터를 영구적으로 저장하는 역할을 주로 합니다.

PC로 작업을 하다가 갑자기 전원이 꺼지면 작업 중이던 문서의 데이터들은 일시적으로 DRAM에 저장됩니다. 반면 작업하다가 저장하기 버튼을 누르면 데이터들은 모두 NAND에 영구적으로 남기 때문에 전원이 꺼져도 지워지지 않습니다. 스마트폰으로 사진을 찍으면 그 데이터 역시 NAND에 저장되므로 스마트폰의 전원을 꺼도 사진은 남습니다. 이렇게 일시적 또는 영구적으로 데이터를 저장하는 것이 메모리 반도체가 하는 일입니다.

저는 메모리 반도체가 산업의 라이프 사이클에서 급성장의 시기는 지났고 아직 쇠퇴 시기에는 이르지 않은 단계, 즉 성숙 단계에 위치하고 있다고 생각합니다. 역사적으로 메모리 반도체의 수요를 이끌어 온 가장 중요한 IT 제품들을 시기상으로 분류해 보면 Windows95가 등장한 1995년부터 PC 시대, 애플 아이폰이 출시된 2007년부터 스마트폰 시대, 구글ㆍ아마존 등 빅테크 업체들의 데이터 센터 건설이 본격화된 2016년부터 서버 시대로 구분할 수 있습니다. 그럼 이러한 시기별로 DRAM의 출하 증가율, 즉 수요 성장률은 어떻게 변화해 왔을까요?

세계반도체협회에 따르면 DRAM의 시기별 연평균 수요 성장률은 PC 시대에 62%, 스마트폰 시대에 41%, 서버 시대에 24%로 점차 낮아지고 있음을 알 수 있습니다. 이러한 수요 성장률의 하락은 새로운 IT 기기의 성장이 시작되면 이전 세대의 수요를 이끌었던 IT 기기의 성장률은 이미 최고점을 지나 하락하고 있으므로 급성장 단계라기보다는 성숙 단계에 있는 것으로 보는 것이 적절하겠습니다. NAND의 경우에는 서버 시대의 평균 수요 성장률이 36%로 스마트폰 시대의 86%에서 하락 중입니다. 다만 상대적으로 시장이 형성된 지 얼마 안 되어 DRAM보다는 높은 성장률을 나타내고 있습니다.

그러면 메모리 반도체는 수요 성장률이 하락하고 있는 성숙 산업이니까 미래가 불투명하고, 업황과 업체들의 실적이 나빠질 일만 남은 것일까요? 꼭 그렇지만은 않습니다. 왜냐하면 수요 성장이 둔화되는 동안 수많은 업체가 퇴출되고 현재는 몇 개의 업체만 남아 과실을 따 먹는 시장이 되었거든요.

1990년대 초ㆍ중반에는 전 세계에서 DRAM을 생산하는 업체 수가 20여 개가 넘었고, 미국ㆍ일본ㆍ독일ㆍ한국ㆍ대만의 회사들이 이전투구를 벌이는 시장 환경이었습니다. 즉, 수요가 매우 빠르게 증가하지만 공급자가 너무 많아 공급도 빠르게 늘어나는 상황이었던 것이죠. 이러한 시장의 특징은 수요가 좋을 때는 업황이 너무 좋고, 수요가 나쁠 때는 업황이 극도로 나쁜 사이클이 장기간 나타난다는 것입니다. 그래서 당시에는 반도체 업황 사이클의 길이가 평균 4년으로 매우 길어서 올림픽 사이클이라고 불렸고, 업체들의 분기 이익도 엄청난 흑자였다가 조 단위의 적자로 빠르게 전환되기도 했습니다.

장기적으로 삼성전자만 이익을 남기는 어려운 시장 환경 속에서 미국 업체들 중에서는 Micron Technology만 살아났었고, 일본 업체들은 Elpida로 통폐합되었다가 Micron에 인수되었습니다. 독일의 Qimonda는 2009년에 파산했고, 대만도 이제 Nanya, Winbond 등 소규모 업체만 남아 있는 상황이 되었습니다. 한국 업체들도 삼성전자, 현대전자, LG반도체의 3개 사에서 현대전자와 LG반도체가 합병을 통해 살아남은 후 SK그룹에 인수되면서 삼성전자와 SK하이닉스의 2개 사로 축소되었습니다.

현재 DRAM 시장에는 삼성전자, SK하이닉스, Micron의 대형 3사와 대만의 Nanya, Winbond, 중국의 신생 업체 CXMT 소규모 업체 3사만 존재합니다. 대형 3사의 시장 점유율이 95%에 달하니 사실상 3개 업체가 좌지우지하는 시장이 된 것이죠. 그러니 천천히 성장하는 시장에서도 반도체 업체들은 과거보다 더 안정적인 이익을 남기게 된 것입니다. 수요와 공급 증가율이 과거보다 모두 낮아져 공급 과잉 또는 부족의 정도와 기간도 이전보다 많이 축소되었습니다. 이것이 최근 반도체 업황 사이클이 평균 2년 정도로 많이 짧아진 원인입니다.

이처럼 메모리 반도체 업체들이 경쟁 완화로 과거보다 훨씬 안정적이고 많은 이익을 내고 있지만 여전히 수요 증가율이 하락하고 있는 성숙 산업의 특성을 가지고 있습니다. 이 때문에 메모리 반도체 업체들이 비메모리 반도체 업체들보다 낮은 밸류에이션 배수를 받고 있는 것입니다. 밸류에이션 배수는 향후 경기나 해당 산업, 해당 회사의 성장성이 높게 평가될수록 상승하기 때문입니다.

메모리 반도체는 자본 집약적 산업이다

원가 절감을 달성하기 위해 반도체 생산량을 늘리는 방식에는 2가지가 있습니다. 신규 반도체 라인을 건설하고 그곳에서 생산량을 증가시키는 방식과, 기존 생산 설비의 미세 공정을 고도화해 하나의 웨이퍼(Wafer)에서 나오는 반도체 칩의 숫자를 늘리는 방식입니다. 그런데 이 2가지 방식은 모두 어마어마한 투자 금액이 필요합니다. 팹(Fab)이라고 불리는 메모리 반도체 생산 라인을 새롭게 만드는 데 월 10만 장 처리 규모당 DRAM은 10조 원 이상, 3D NAND는 7조 원 이상의 자본 지출이 필요합니다. 미세 공정으로 전환하는 방식 역시 기존 라인당 수조 원의 금액이 들어갑니다.

이는 반도체 장비 가격이 워낙 비싸기 때문입니다. 차세대 노광 장비인 ASML의 EUV 장비는 신제품 가격이 3,000억 원을 상회할 전망입니다. 만약 한 반도체 업체가 향후 DRAM 공정에서 5개의 층(Layer)에 EUV를 적용한다면, 월 10만 장의 설비를 구축하기 위해 EUV 장비에만 약 3조 원의 투자가 필요합니다. 노광 장비 외에도 증착, 이온 주입, 식각 등 핵심 공정의 장비라면 대당 가격이 몇 십억 원 수준이므로 반도체 생산을 늘리기 위해서는 엄청난 규모의 자본이 투입될 수밖에 없습니다.

이 점에서 반도체 원가의 특성이 드러납니다. 반도체 원가에서 재료비 등 변동비의 비중은 매우 낮습니다. 대신 장비 등에 대한 엄청난 규모의 자본 지출이 생산 개시 전에 미리 발생하다 보니, 원가에서 감가상각비와 같은 고정비의 비중이 매우 높습니다. 최근에는 메모리 반도체 칩의 매출 원가에서 감가상각비의 비중이 40~50%에 달하는 것으로 보입니다.

원가에서 고정비 비중이 높다는 것은 생산량을 최대한으로 늘려야 반도체 칩당 원가를 낮출 수 있다는 이야기입니다. 즉, 한 신규 라인 건설에 투입된 총비용에 대한 감가상각비가 1,000원이라고 가정한다면, 동 라인에서 100개의 반도체를 생산한다면 칩당 감가상각비는 10원으로 낮아지는 것이지요. 따라서 반도체 업체들은 감가상각비가 남아 있는 반도체 라인에서 최대한 생산량을 늘려야만 합니다.

한편 원가에서 고정비 비중이 높다는 것은 웬만한 규모의 적자가 나더라도 가동률을 낮추기 어렵다는 의미입니다. 타 산업의 경우 제품 가격이 매출 원가가 아니라 영업 원가 밑으로만 하락하면 적자 규모를 줄이기 위해 회사는 생산 설비의 가동을 낮추고 생산량을 줄이는 것이 일반적입니다. 그러나 반도체 산업처럼 이미 투입된 고정비의 비중이 높으면 매출 원가 이하로 제품 가격이 하락하더라도 현금 원가를 깨지만 않는다면 회사는 생산을 계속할 수밖에 없습니다.

반도체 가격이 매출 원가를 하회하지만 현금 원가보다 높다는 이야기는 장부상으로는 손실이지만 실제로 회사에는 계속 현금이 들어오게 됩니다. 따라서 반도체 회사는 현금 확보를 위해 최대 규모의 생산을 지속할 수밖에 없습니다. 반도체 산업이 불황기에 진입하면 쉽게 회복하지 못하는 것은 바로 이처럼 적자가 나더라도 쉽게 생산량을 줄일 수 없는 비용 구조 때문입니다.

그러나 반도체 가격이 현금 원가를 뚫고 내려간다면 이야기는 크게 달라집니다. 이제부터는 생산을 하면 할수록 내 손에서 현금이 나가는 상황이니 당연히 생산을 줄일 수밖에 없습니다. 그런데 반도체 업체마다 현금 원가의 수준은 모두 다릅니다. 후발 업체들의 원가는 최신 미세 공정을 사용하는 한국 반도체 업체들보다 최소 20% 이상 높은 경우가 일반적입니다. 그래서 가격 하락이 지속되면 후발 업체들부터 생산량을 줄이게 되고, 차차 시장의 공급이 수요보다 적어지면서 반도체 업황이 회복되는 상황이 과거에 자주 발생했던 것입니다.

물론 최근에는 공급 업체 숫자의 축소에 따라 반도체 가격이 현금 원가까지 하락하는 상황은 거의 일어나지 않고 있습니다. 단 이 점은 기억해 둘 필요가 있습니다. 반도체 가격이 하락할수록 반도체 업체들의 생산량이 감소할 가능성이 높아지고, 또 가격 하락이 수요의 증가를 이끌기도 하므로 업황 회복의 시기가 점점 가까이 다가오고 있다는 것입니다. 결국 반도체 가격의 낙폭이 클수록 업황 회복이 가까워졌다고 생각할 수 있습니다. 이 점을 안다면 왜 반도체 주식의 매수는 반도체 가격의 하락이 한참 진행 중일 때부터 시작되어야 하는지도 이해할 수 있을 것입니다.

메모리 반도체는 배추 농사와 유사한 산업이다

메모리 반도체 산업은 사실 배추 농사와 유사합니다. 어느 해에 가뭄이나 홍수가 발생하여 배추 농사가 잘 안되었습니다. 그런데 한국인은 배추김치를 꼭 먹어야 하니 배추에 대한 수요는 공급이 준다고 해도 거의 감소하지 않습니다. 이는 김치를 만들 때 배추를 대체할 만한 채소가 마땅치 않기 때문입니다. 배추 대신 무로 총각김치를 만들어서 그것만 먹으면 되지 않느냐고 말할 수도 있겠지만, 배추김치와 무김치는 둘 다 한국인에게 필요한 것으로 대체할 수 있는 것이 아닙니다. 배추와 무처럼 메모리 반도체에도 DRAM과 NAND는 모두 필요한 것입니다.

어쨌든 배추 공급이 감소하면 수요는 꾸준하므로 배추 가격이 급등하게 됩니다. 심지어 가격이 2~3배 이상 오르게 됩니다. 그런데 가격이 2~3배 오른다고 해서 배추 공급이 갑자기 2~3배 늘어나지는 않기 때문에 배추 공급이 조금만 부족해도 가격은 대폭 상승하게 됩니다. 그런데 배추 가격이 크게 올라서 많은 농부가 배추 농사 규모를 늘린다면 향후 배추 가격은 하락하게 됩니다. 이는 배추 가격이 떨어졌다고 해서 사람들이 김치를 갑자기 많이 먹지는 않기 때문입니다. 그리고 배추의 공급량이 수요량보다 조금만 많아도 배추 가격은 급락하게 됩니다.

메모리 반도체 가격이 가지는 특성은 배추와 아주 비슷합니다. 메모리 반도체 역시 공급이 수요보다 5%만 많아도 가격은 반 토막이 나고, 반대로 5%만 모자라도 가격은 곱절로 오릅니다. 이는 메모리 반도체와 배추가 모두 대체제가 거의 없는 데다 가격이 오르거나 내림에 따라 수요량이 크게 변하지 않는 특성을 가지고 있기 때문입니다.

여기에서 기억해야 할 내용은 ‘배추와 같은 특성을 가진 메모리 반도체는 가격 및 업황의 변화 폭이 타 산업 대비 상대적으로 크므로 이를 반영하는 주가의 변화 폭도 크다. 따라서 반도체 주식에 대한 투자는 고위험 고수익의 성격을 가진다.’라는 것입니다. 실제로 반도체 업황 사이클을 한 번 잘못 예측하면 계속 반대 방향으로 매매하기가 쉽습니다. 수많은 반도체 관련 뉴스 속에서 업황 변화를 의미하는 신호에 항상 집중해야 합니다. 반도체 주식은 매수 후 그냥 놔두어도 마음 편한 주식이 아니고, 한 번 잘못 투자하면 손실의 규모가 클 수 있는 주식입니다.



반도체 주식 투자, 이것만 알면 쉽다 2 - 반도체 장비ㆍ소재 기술



반도체 생산 공정과 공정별 주요 장비, 소재 업체

반도체 생산 공정은 크게 전공정과 후공정으로 나뉩니다. 전공정은 반도체의 기본 원재료인 웨이퍼를 투입해서 그 웨이퍼 상에 반도체를 형성하는 과정까지를 말합니다. 후공정은 웨이퍼 상에 형성된 반도체를 잘라 내고, 테스트하며, 패키지 안에 자리 잡는 과정입니다. 먼저 전공정부터 살펴보겠습니다.

반도체의 원재료는 둥근 기둥 모양의 실리콘인 잉곳(Ingot)을 얇게 자른 웨이퍼이고, 반도체 전공정의 시작은 이 웨이퍼를 깨끗하게 닦는 세정 공정입니다. 세정 장비는 일본의 Screen Semiconductor, TEL(Tokyo Electron) 등의 시장 점유율이 아주 크지만 케이씨텍, 제우스, 테스 등 한국 업체들이 이미 상당히 국산화를 이루었습니다.

깨끗이 세정된 웨이퍼에 산화막을 형성하는 것이 증착 공정입니다. 웨이퍼 표면 위에 고온의 수증기와 산소, 또는 산소만을 쏘아 주면 표면에 있는 규소와 산소가 반응을 일으켜 얇은 산화막이 형성되고 전기적 특성을 가지게 됩니다. 이 산화막은 다음 단계인 이온 주입 공정에서 불순물의 확산을 방지하고, 식각 공정에서 방지막 역할을 하며, 회로와 회로 사이에 누설 전류를 차단하는 절연막 역할도 합니다. 한국의 대표적인 반도체 장비 회사인 원익IPS, 테스, 유직테크, 주성엔지니어링 등이 증착 장비 부문에서 많은 국산화를 이루어 왔습니다. 물론 AMAT(Applied Materials), Lam Research, TEL 등 세계적인 장비 업체들도 한국 반도체 업체들에게 증착 장비를 공급하고 있습니다.

산화막을 형성한 후에는 도펀트(Dopant)라고 불리는 불순물을 주입하는 이온 주입 공정에 들어가게 됩니다. 불순물을 주입하는 것은 반도체가 전기적 성질을 가지도록 하기 위해서입니다. 불순물을 이온화시켜 웨이퍼의 내부에 침투시킴으로써 전자 소자의 특성을 만들어 주는 것이죠. 이온 주입 공정 장비는 주로 AMAT, Ulvac, Evatec 등의 외국 업체가 시장을 과점 중입니다.

이온 주입 공정 중 데미지를 입은 웨이퍼의 상처가 아물도록 하고, 정위치를 벗어난 실리콘 배열이 제자리를 찾아가도록 만들어 주는 공정을 어닐링(Annealing)이라고 합니다. 지금까지는 급속 열처리 방식인 RTP(Rapid Thermal Processing) 장비가 주류였지만 최근에는 레이저를 이용해 데미지를 입은 국소 부위만 처리하는 장비가 개발되어 DRAM에 적용되어 시작했습니다. 어닐링 장비 업체로는 AP시스템, 이오테크닉스 등의 한국 업체와 AMAT, TEI, Kokusai Electric 등의 외국 업체가 있습니다.

PR(Photo Resist)는 빛에 반응해 화학적 변화를 일으키는 감광액의 일종입니다. 감광이란 빛을 받았을 때 물리적ㆍ화학적 변화를 일으키는 현상을 통칭합니다. 사진을 인화하는 과정 역시 이러한 감광 현상을 활용한 것입니다. 반도체 전 공정에서 PR를 얇게 도포하는 것은 마치 웨이퍼를 사진 인화지와 비슷한 상태로 만들어 주는 것과 같습니다. PR을 얇게 도포하는 장비를 PR 코터라고 하고, 감광액을 도포하고 노광 작업으로 형성된 패턴까지 현상하는 장비를 트랙 장비라고 합니다. 이 부문에서는 일본의 TEL, Screen Semiconductor 등이 중요한 장비 공급 업체입니다.

이제 반도체 전공정 중 가장 중요한 부분을 소개하겠습니다. 반도체 주식에 투자하는 사람들이라면 노광 공정과 EUV(Extreme Ultra Violet), ASML(Advanced Semiconductor Materials Lithography)이라는 이름을 많이 들어 보았을 것입니다. 노광 공정은 산화막을 형성한 웨이퍼 위에 PR를 도포한 상태에서, 중간에 포토 마스크를 씌우고 그 위에서 노광 장비로 빛을 투과시키는 작업입니다. 포토 마스크(Photo Mask) 안에는 반도체 회로 패턴의 일부분(전부가 아님)이 담기고 그 패턴이 웨이퍼 위에 남겨져 있습니다. 이때 노광 장비에서 쏜 빛을 맞으면 회로 모양대로 PR가 굳어지고, 이후 현상 공정에서 굳어지지 않은 PR 부분이 소멸되면서 회로가 형성되는 것입니다.