CPU와 GPU는 누가 만들까? “팹리스”와 “파운드리”의 차이

들어가며

반도체 관련 뉴스를 보다 보면 팹리스(Fabless)와 파운드리(Foundry)라는 단어가 자주 등장합니다.

특히 삼성전자, TSMC, 엔비디아, AMD 같은 기업의 이야기가 나올 때면 팹리스와 파운드리라는 용어가 함께 언급되는 경우가 많습니다.

그런데 막상 “팹리스와 파운드리가 정확히 무슨 차이지?”라고 물으면 헷갈리기 쉽습니다.

간단하게 생각하면 됩니다.

팹리스는 반도체를 설계하고, 파운드리는 그 설계도를 받아 실제 반도체를 생산하는 역할을 합니다.

우리가 사용하는 CPU, GPU, AP 같은 반도체가 만들어지는 과정도 이 구조를 이해하면 훨씬 쉽게 볼 수 있습니다.

팹리스는 반도체를 설계하는 회사

먼저 팹리스(Fabless)부터 살펴보겠습니다.

팹리스는 영어로 ‘공장이 없다’는 뜻을 가진 Fabless라는 이름에서 알 수 있듯이 자체적인 대규모 반도체 생산공장을 운영하기보다는 반도체의 설계와 개발에 집중하는 기업을 의미합니다.

예를 들어 고성능 GPU를 만든다고 생각해 보겠습니다.

어떤 연산을 처리할 것인지, 코어를 어떻게 구성할 것인지, 전력 소비를 얼마나 줄일 것인지, 어떤 기능을 넣을 것인지 등을 설계해야 합니다.

이런 반도체의 구조와 회로를 설계하는 것이 팹리스의 핵심 업무입니다.

대표적인 팹리스 기업으로는 엔비디아(NVIDIA), AMD, 퀄컴(Qualcomm), 미디어텍(MediaTek) 등이 있습니다.

이들 기업은 CPU, GPU, AP, 통신용 반도체 등 다양한 칩을 설계합니다.

하지만 반도체 설계와 실제 생산은 전혀 다른 문제입니다.

수많은 트랜지스터가 들어가는 최신 반도체를 생산하려면 엄청난 규모의 생산시설과 장비, 공정 기술이 필요합니다.

그래서 팹리스는 자신들이 설계한 반도체를 직접 생산하기보다는 전문적인 생산 능력을 가진 파운드리 기업에 제조를 맡기게 됩니다.

파운드리는 반도체를 실제로 생산한다

파운드리(Foundry)는 팹리스가 설계한 반도체를 실제 웨이퍼 위에 구현하고 생산하는 기업입니다.

쉽게 비유하면 팹리스가 제품의 설계도를 만드는 설계회사라면, 파운드리는 그 설계도를 바탕으로 제품을 실제로 생산하는 전문 제조공장에 가깝습니다.

파운드리는 반도체 제조공정에 필요한 다양한 장비와 기술을 갖추고 있습니다.

실리콘 웨이퍼 위에 회로를 형성하고, 미세한 패턴을 만들어내고, 여러 공정을 거쳐 수많은 트랜지스터를 집적합니다.

특히 최근에는 AI 반도체와 고성능 컴퓨팅 수요가 증가하면서 파운드리의 중요성이 더욱 커지고 있습니다.

대표적인 파운드리 기업으로는 TSMC와 삼성전자가 있습니다.

특히 TSMC는 세계적인 파운드리 전문 기업으로 알려져 있으며, 다양한 팹리스 기업으로부터 반도체 생산을 주문받아 제조합니다.

그렇다면 CPU와 GPU는 어떻게 만들어질까?

전체 과정을 단순화하면 다음과 같습니다.

팹리스 반도체 설계 → 파운드리 생산 → 완성된 반도체 → 팹리스 또는 고객사 → 최종 제품

예를 들어 어떤 팹리스 기업이 새로운 GPU를 개발했다고 가정해 보겠습니다.

먼저 팹리스가 GPU의 구조와 회로를 설계합니다.

그다음 이 설계를 실제 반도체로 만들어줄 파운드리 기업에 제조를 맡깁니다.

파운드리는 해당 설계에 맞춰 웨이퍼를 생산하고 다양한 반도체 제조공정을 진행합니다.

이후 생산된 반도체는 후공정과 테스트 등을 거쳐 제품으로 출하됩니다.

이렇게 만들어진 칩은 최종적으로 팹리스 기업이나 고객사의 제품에 사용됩니다.

여기서 한 가지 알아둘 점이 있습니다.

실제 반도체 제조 과정에서는 패키징과 테스트 같은 후공정도 중요합니다. 파운드리에서 웨이퍼를 생산했다고 해서 모든 제조 과정이 끝나는 것은 아닙니다.

따라서 실제 산업 구조는 생각보다 훨씬 복잡하지만, 처음 이해할 때는 “팹리스는 설계, 파운드리는 제조”라고 기억하면 좋습니다.

팹리스와 파운드리는 경쟁 관계일까?

흥미로운 점은 팹리스와 파운드리가 반드시 경쟁하는 관계가 아니라는 것입니다.

오히려 서로의 역할이 다르기 때문에 협력 관계로 보는 것이 적절합니다.

팹리스는 반도체 설계에 집중하고 파운드리는 제조에 집중합니다.

이렇게 역할을 나누면 각 기업이 자신이 잘하는 분야에 집중할 수 있습니다.

팹리스 입장에서는 거대한 반도체 공장을 직접 건설하지 않아도 최신 공정으로 칩을 생산할 수 있다는 장점이 있습니다.

파운드리 입장에서는 여러 팹리스 기업으로부터 다양한 반도체 생산 주문을 받을 수 있습니다.

이런 분업 구조가 지금의 반도체 산업을 움직이는 중요한 기반이라고 볼 수 있습니다.

CPU, GPU, AP도 같은 구조로 이해할 수 있다

우리가 흔히 사용하는 CPU와 GPU, 스마트폰의 AP 역시 이런 반도체 산업 구조와 연결되어 있습니다.

CPU는 컴퓨터 시스템의 각종 연산을 처리하는 핵심 반도체이고, GPU는 그래픽 처리뿐만 아니라 최근에는 AI 연산과 고성능 컴퓨팅 분야에서도 중요한 역할을 합니다.

스마트폰에 들어가는 AP(Application Processor)는 CPU뿐만 아니라 GPU, 통신 기능 등 여러 기능을 하나의 칩에 통합한 형태로 볼 수 있습니다.

이런 칩을 설계하는 기업과 실제로 제조하는 기업이 서로 다를 수 있다는 점이 핵심입니다.

그래서 반도체 뉴스를 보면 “어떤 회사가 어떤 칩을 설계했는가?”와 “그 칩을 어느 파운드리에서 생산하는가?”를 구분해서 볼 필요가 있습니다.

왜 파운드리 기술이 중요한가?

최근 반도체 시장에서 파운드리가 중요한 이유는 단순히 공장을 가지고 있기 때문만은 아닙니다.

반도체가 점점 작아지고 복잡해지면서 미세공정 기술이 매우 중요해졌습니다.

같은 설계도를 가지고 있더라도 어떤 제조공정과 생산기술을 사용하느냐에 따라 성능과 전력 효율, 생산 수율 등에 차이가 발생할 수 있습니다.

특히 AI용 GPU처럼 고성능이 필요한 반도체는 더 많은 트랜지스터를 작은 공간에 집적하면서도 전력 소비와 발열을 관리해야 합니다.

이 때문에 팹리스의 설계 능력과 함께 파운드리의 제조공정 기술도 매우 중요해지고 있습니다.

결국 좋은 반도체를 만들기 위해서는 좋은 설계와 좋은 제조 기술이 모두 필요하다고 볼 수 있습니다.

반도체 산업을 이해하는 가장 쉬운 방법

팹리스와 파운드리의 관계를 어렵게 생각할 필요는 없습니다.

자동차에 비유하면 조금 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

자동차 회사가 새로운 자동차의 디자인과 설계를 하고, 전문 제조시설에서 실제 자동차를 생산한다고 생각하면 됩니다.

물론 반도체 산업은 자동차보다 훨씬 복잡하고 설계와 제조 과정에도 많은 전문 기업이 참여하기 때문에 완전히 동일한 구조는 아닙니다.

하지만 기본적인 개념을 잡는 데는 도움이 됩니다.

팹리스 = 반도체를 설계하는 기업

파운드리 = 반도체를 생산하는 기업

이 두 가지를 먼저 기억하면 반도체 관련 뉴스를 볼 때 훨씬 많은 내용이 눈에 들어옵니다.

마무리

반도체는 하나의 기업이 모든 과정을 혼자 담당하는 산업이 아닙니다.

특히 현대 반도체 산업에서는 설계와 제조의 분업이 매우 중요한 역할을 하고 있습니다.

팹리스 기업은 CPU, GPU, AP 등의 반도체를 설계하고, 파운드리 기업은 팹리스의 설계를 바탕으로 실제 웨이퍼 생산을 담당합니다.

그리고 생산된 반도체는 후공정과 테스트 등을 거쳐 최종 제품에 사용됩니다.

결국 우리가 사용하는 스마트폰, PC, 서버, 자동차, AI 데이터센터에 들어가는 수많은 반도체의 뒤에는 팹리스와 파운드리라는 서로 다른 역할의 기업들이 연결되어 있는 구조가 존재합니다.

반도체 뉴스를 볼 때마다 “이 회사는 팹리스인가, 파운드리인가?”를 한번 구분해보세요.

그것만으로도 복잡해 보였던 반도체 산업의 흐름을 이해하는 데 상당히 큰 도움이 될 것입니다.