반도체 논란에 대한 개인적 생각
반도체 산업에 대한 뜨거운 관심이 지속되고 있어 한편으로는 우려스럽기도 다른 한편으로는 진짜 산업이 점프업할 수 있을까하는 기대감, 불안감이 존재합니다.
최근 대만의 티에스엠씨(TSMC)와 미국의 엔비디아(nVidia)가 동시 다발적으로 화두가 되고 있어서, 같은 사업을 영위하는 것으로 오해를 할 수도 있는 부분도 있을 것이라 판단되어 글을 시작해봅니다.
제가 반도체 관련된 글을 남기는 이유는 많은 정보가 폭포처럼 쏱아저 나오는 시점에서 정보 전달이 더욱 간소화되고 있는 현상은 우리에게 본질적인 내용을 이해하는데 왜곡을 가져올 수 있을 것이라 생각합니다. 우리가 현재 상황을 알기 위해서는 반도체 산업 생태계를 알아야 합니다.
* 설계(Design)
* 제조(Manufacturing)
* 장비 및 재료(Equipment & Materials)
* 패키징 및 테스트(Packaging & Testing)
위의 4가지가 각 각이 산업 규모는 상당히 큰 규모와 높은 기술력을 가지고 있어야 합니다. 우리나라는 반도체 산업 생태계에서 제조 기반한 산업군이 높은 편에 속합니다.
반도체 산업 생태계의 첫번째 설계 (Design) 입니다. 설게에 이어서는 최근 언론에서 많이 들어왔던 팹리스가 있습니다. 그외에 IP설계도 존재합니다. 각각의 산업을 알아보면, 팹리스(Fabless) 기업은 반도체 설계를 전문으로 하는 기업입니다. 설계된 반도체를 생산하기 위해 파운드리 기업에 위탁합니다. 제조에서 발생되는 리스크를 줄일 수 있는 이점이 있습니다. 대표적 기업으로는 엔비디아(nVidia), 에이엠디(AMD), 퀄컴이 있으며, 우리나라 기업으로 LX세미콘, 텔레칩스 등이 이에 해당합니다. 이부분에서 차별점이라고 한다면, 엔비디아, AMD, 퀄컴 등의 회사는 범용적 반도체를 설계한다고 한다면, 우리나라의 팹리스 기업은 특성화된 분야에 전문 반도체를 설계한다고 볼 수 있습니다.
우리나라에 팹리스 기업이 없는 것도 아니었는데, 왜 논란이 되고 있을까요?
쉽게 표현해서 비메모리 반도체 발전이 필요하다고 주장하는 이야기는 범용성이 높은 반도체를 만들자는 이야기로 이해하시면 되겠습니다. 더 친근감 있게 표현하자면, 컴퓨터를 조립하는데 CPU나 그래픽 카드와 같은 GPU 등을 한국에서 설계하는 기술을 가지는 건 어떤가? 에 대한 이야기 인 것입니다.
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그러면, 팹리스 기업이 있으니 지금이라도 만들면 안되나요?
이 부분에 대해서는 약간의 기술적 장벽이 있습니다. CPU와 GPU 등의 설계 기술은 별도의 국제 특허가 필수적입니다. 현존하는 설계 방식을 그대로 설계하는 것은 새로운 설계가 아닌 모사에 가깝게 해석될 수 있기 때문에 산업 지식재산권에 대한 논란이 있을 수 있습니다. 따라서 현재 비메모리 반도체 설계 기술에서 제조를 했을 때 문제와 해결을 반도체 설계 구조상으로 극복하는 방법과 그에 대한 국제 지식재산권을 가지는 과정이 필요한 것이며, 이러한 부분에서 높은 수준에 석학들과 기술자 들의 육성이 필요한 것입니다.
반도체 설계 기업 중에 IP(Intellectual Property) 설계 기업도 있습니다. 반도체 설계에 필요한 핵심 기술을 개발하고 라이선스를 제공하는 기업입니다. 대표적인 기업으로 암(ARM), 시놉시스(Synopsys), 케이던스 디자인 시스템즈(Cadence Design Systems) 등이 있습니다. 우리나라의 삼성전자에서도 ARM 기업의 라이센스를 통해서 스마트폰을 비롯한 전자기기의 중앙처리장치를 생산하고 있습니다. 우리나라가 IP 설계 기업을 발굴하고 육성하여 성장할 수 있다면, 현재 물리적인 공간이 필요한 제조 기반의 산업을 혁신적으로 바꾸는데 매우 도움이 될 것이라 확신합니다.
두번째로 반도체 산업 생태계 중에 제조 (Manufacturing) 기업이 있습니다. 그 대표적인 산업은 파운드리 (Foundry) 기업입니다. 언론에서 많이 들었죠. 파운드리 기업은 다른 기업이 설계한 반도체를 위탁 생산하는 기업을 말합니다. 제조를 전문적으로 수행하는 기업으로 볼 수 있으며, 대표적 기업으로 티에스엠씨(TSMC), 삼성전자 파운드리 사업부, 글로벌파운드리스 등의 회사가 있습니다. 언론에서 티에스엠씨(TSMC)보다 뒤처지고 있다는 보도가 많이 있습니다만, 이는 파운드리 분야에서 만큼은 기술의 격차라기 보다는 규모에 대한 문제가 있다고 생각합니다. 우리가 일시적인 반도체 시장 활성화는 제한적인 규제를 풀어 대규모의 생산 기지를 구축하는 것으로 가능하겠으나, 우리나라의 공간 자원의 한계로 지속적인 발전은 기대하기 어렵다고 생각합니다.
그리고, 제조 부분에 기업 중 종합 반도체 기업 (IDM: Integrated Device Manufacturer)이 있습니다. 반도체 설계, 제조, 판매를 모두 수행하는 기업입니다. 대부분의 반도체 제조 기업들이 여기에 해당되며, 대표적 기업으로 인텔, 삼성전자 메모리 사업부, SK하이닉스 등이 있습니다.
저는 반도체 산업 생태계에서 설계 못지않게 중요한 산업이 바로 장비 및 재료 (Equipment & Materials) 기업이라고 생각합니다. 반도체 장비 기업은 반도체 제조에 필요한 장비를 생산하는 기업입니다. 대표적인 기업으로 에이에스엠엘(ASML), 어플라이드 머티어리얼즈, 램리서치, 국내의 주성엔지니어링 등이 있습니다. 우리나라의 반도체 장비 회사들이 많이 존재하지만, 반도체 전체 공정에 대한 장비를 모두 우리나라 내에서 가능하냐? 라고 물었을 땐 한계가 있습니다. 반도체 제조 과정에서 일부 장비는 우리나라에서 기술 축척이 필요한 부분이며 단순히 반도체 분야의 능력뿐만아니라 기계, 전기/전자, 제어, 화학 등에 기술이 융합되는 하나의 공간이 필요합니다. 그 이유는 반도체의 제조가 고온, 저온, 진공 등의 실제 환경에서 일어나지 않는 제조 환경을 구현하고 그속에서 반도체가 제조되기 때문에 그에 필요한 화학, 기계, 전기/전자, 제어 등의 기술이 동시 다발적으로 요구됩니다. 우리나라가 제조 강국이라고 이야기 했는데, 장비 기술이 부족하다는 것이 말이되나요? 하겠지만, 제가 말하고 싶은 부분은 모든 반도체 제조 장비가 우리나라의 기술로 만들 수 있는가에 대한 기술적 발전을 말하고 싶습니다. 전체 장비와 설비만 놓고 보면, 국내 기술이 많아보이지만 핵심적인 제조 부분에 장비 제조 기술이 축척되지 못하는 점이 반도체 제조를 넘어 설계까지 가는데에도 상당한 리스크가 되고 있다는 것을 말하고 싶습니다.
반도체 재료는 반도체에서 빠질 수 없는 부분입니다. 재료들의 유기적인 관계 형성을 통해서 각 재료들이 결합, 절삭, 방청 등의 역할을 화학적으로 수행하기 때문에 반도체 제품 생산에서는 필수적인 기업입니다. 대표적으로 일본의 섬코(SUMCO), 미국의 듀폰, 국내의 SK머트리얼즈 등이 있습니다. 이 재료는 우리가 잘알고 있는 규소, 황산, 헬륨, 질소 등의 본질적인 화학반응들이 필요하기 때문에 우리나라의 고유 자원으로 어려운 부분이 있으며, 그래서 국제 자원 개발이 필요합니다.
반도체 산업 생태계의 마지막으로 패키징 및 테스트 (Packaging & Testing) 기업입니다. 그 중에 패키징 기업인 제조된 반도체 칩을 보호하고 외부와 연결하는 패키징 작업을 수행하는 기업입니다. 대표적 기업으로 에이에스이(ASE), 앰코 테크놀로지, 국내의 하나마이크론 등이 있으며, 그 외에도 많은 기업들이 그에 맞는 패키징 제조 기술을 통해서 활동하고 있습니다.
마지막으로 반도체 테스트 기업 입니다. 제조된 반도체 칩의 성능과 신뢰성을 검증하는 테스트 작업을 수행하는 기업을 말하며, 국내의 테스나, 엘비세미콘 등이 있습니다. 물론 생산하는 기업 내에서 테스트를 하기도 합니다.
대만 티에스엠씨(TSMC)의 실적 이슈
우리나라 반도체 기업과의 기술적 격차라기 보다는 물리적 제한인 제조 공간의 부족이 더 크다고 개인적으로 판단합니다. 또한 티에스엠씨와 견줄 수 있는 삼성전자는 파운드리 기업이 아닌 종합 반도체 제조기업으로 보아야하며, 그 중에 삼성전자 파운드리 사업부의 실적이 티에스엠씨보다 적다는 수준이라는 점도 우리가 공개된 자료를 파악할 때 주의해야할 부분입니다. 다시 말해 티에스엠씨는 회사 설립 목적이 파운드리 기업 전문으로 사활을 걸고 운영하는 곳이고, 삼성전자는 많은 사업들 중에서 파운드리 사업이 세계에서 상위를 견줄만한 수준이라는 것은 잠제적 능력으로는 우리나라의 삼성전자 파운드리 사업부가 우위를 차지한다고 보아도 될 정도라고 개인적으로 판단합니다.
한국형 엔비디아(nVidia) 이슈
엔비디아는 앞써 보았던 반도체 설계 팹리스 기업입니다. 제조 파운드리 기업과는 반도체 산업 생태계 계열이 다르다는 점은 이해가 필요합니다. 특히 엔비디아는 설립부터 현재 최고 경영진이 CPU에 대한 기술적 이해도가 높고, 그를 바탕으로 GPU를 개발, 설계하는 형태의 기업입니다. 이러한 이유로 과거 그래픽 연산부터 쌓아온 수년간의 노력이 현재 AI 반도체까지 영향을 미치게 된 것이죠. AI 학습은 여러 상황을 한번에 연산하는 것이 조금 더 속도감 있게 구현할 수 있다는 개념에서 GPU의 설계와 유사성을 가질 수 있는 부분이 되겠습니다.
또한 이미 우리는 양자반도체 개념이 등장하기 전부터 많은 신호에 대한 처리를 고민해왔고, 중앙처리 방식의 CPU는 고성능의 연산을 할 수 있지만, 많은 처리 량을 소화하는데는 구조적인 한계가 있으며, 이를 그래픽 연산 처리 개념인 GPU의 구조를 통해서 해결할 수 있는 설계를 고안하고, 이 과정에서 단순히 반도체에 적층하는 금속간의 관계만으로 전체적인 비메모리 반도체를 구현하는 것에 한계를 극복하고자 반도체 내에 소프트웨어 기술도 함께 발전하고 있습니다. 이러한 비메모리 반도체의 기술의 진보는 더욱 빠른 판단을 하게 합니다. 우리가 느끼지 못하지만 통신용 반도체들이 통신에서 활용되는 규약을 반도체에 포함하고 있어, 단순히 연결과 통신을 넘어 보안까지 가능하게 합니다.
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현재 우리나라의 반도체 기업 요약
이 외에도 우리나라에 기업을 소개하자면, 세바(CEVA)는 각종 센서 신호를 일괄 처리할 수 있는 센서 퓨전 기술을 가지고 있습니다. 소형 디바이스 부분에 GPU 기술을 가지고 있는 기업으로 이매지네이션 테크놀로지스(Imagination Technologies)가 있습니다. 이 회사는 모바일 기기, 자동차, IoT 기기 등 다양한 분야에 GPU와 AI를 제공하고 있습니다. 그리고 국내 팹리스 기업으로 가장 규모가 있는 LX세미콘은 디스플레이 구동칩(DDI)과 전력관리칩(PMIC)을 주력으로 생산하고 있습니다. 현재 우리가 사용하는 컴퓨터중앙처리장치(CPU)보다는 작은 규모인 마이크로컨트롤러(MCU)를 전문적으로 설계하는 기업으로 어보브반도체가 있습니다. 국내에 시스템 반도체 설계 및 제조 서비스(DSP)를 제공하는 기업으로 에이디테크놀로지가 있습니다. 제조관련 장비 역시 함께 제공하고 있습니다. 우리나라에 메모리 반도체 기업으로 대표적으로 삼성전자와 SK하이닉스 등을 알고 있지만, 제주반도체 역시 메모리 반도체 솔루션을 전문으로 하는 기업입니다. 최근 신형 자동차에 인포테인먼트가 상당히 화려하고 자동차 구매에 있어서도 큰 위치를 차지하고 있는데요. 차량용 반도체 설계 기업으로 텔레칩스가 있습니다. 마지막으로 오픈엣지테크놀로지 인공지능 반도체 설계자산(IP) 개발기업으로 NPU IP와 메모리 시스템 IP 기술을 보유하고 있습니다. 이 외에도 많은 반도체 관련 기업들이 있습니다. 자세한 사업내용은 각 회사의 정보를 확인하시길 바랍니다.
우리는 반도체 산업에 대해서 무엇을 해야하나
우리나라를 견인하고 있는 산업들 전반에 제조 기술 중심으로 구성되어있습니다. 그 이유로 생각되는 것은 비약적인 발전에 밑거름이 된 제조 혁신을 통한 다량의 제품 생산으로 수출량을 늘리는 방향으로 성장하였다고 봅니다. 이 것이 나쁜 것 만은 아닙니다. 아무것도 없는 맨 바닥에서 최적의 선택이었고, 그 노력으로 우리가 세계 10위 안에 들어가는 경제 대국이 되었으니 말이죠. 우리를 견제하는 강대국들에게는 이러한 눈부신 성과가 위험요소가 되었을 것이고, 다른 대안을 통해서 독과점을 하고 있는 우리나라의 수출 시장을 견제할 필요성이 있었다고 봅니다. 그러한 시도는 지금도 주기적으로 일어나고 있으며, 우리의 경제 의존이 대량 생산으로 수출에 의존하다보니, 같이 요동치는 것이라 판단이 됩니다. 반복되는 과정속에서 실적이 크게 나지 못한 이유로 제조 기술을 제외한 나머지 부분에서 약세를 가질 수 밖에 없었다고 생각됩니다. 그렇다고 우리가 기반 기술을 확보하고 있지 않느냐라고 물으신다면 그런 것은 아닙니다. 개념적 접근은 많은 부분에 공개가 되어 있지만, 앞써 이야기한 산업의 필수 요소기술에 대해서 아직 한게점이 있다는 것이며, 이러한 요소기술은 개발과 함께 제품의 양산으로 증명되는 제조 기반의 사고에서 품질 향상과 제조의 페러다임에 대한 연구가 필요한 부분입니다. 그렇기 때문에 기존의 산업의 발전이라 불려왔던 수출 실적을 본다면 아직 제조 기반의 성과에 매몰되어 있는 것이고, 이를 단게적인 관점에서 현재 산-학-연 구조를 협력에서 유연 결합 형태의 구조로 변경이 필요합니다. 특히 교육부분에서는 고학력 고급 인력을 배출하는 것도 중요하지만, 과거의 기능공들의 노력으로 쌓아온 성과처럼 지금 침체되어있는 기술고등학교 등의 인재 양성도 중요합니다.
기업 연구개발을 독려하기 위해서 우리나라는 기업부설연구소등의 연구개발 지원에 관한 법률 (약칭: 기업부설연구소법)과 산업교육진흥 및 산학연협력촉진에 관한 법률 (약칭: 산학협력법) 등이 존재하고 융합에 대해서 오랜 시간 화두가 되고 있습니다. 전체 산업군에서 융합이 안된다고 볼 수는 없습니다. 일부 산업에서는 산학연 협력과 기술의 융합을 통해서 가시적인 성과를 내고 있기도 하기 때문입니다. 하지만 과거의 제조 기반의 생태계를 온전한 산업 생태계로 탈바꿈하기 위해서는 협력이라는 단어로는 부족한 실정입니다.
출연연구기관과 대학은 실패를 두려워하지 않는 연구를 끝없이 수행하여 개발과정에서 발생될 수 있는 리스크를 미리 씹어서 기업으로 넘겨주어야 하는 역할이 필요합니다. 이러한 부분에서 정부의 역할도 중요한데요. 출연연구기관과 대학은 기술에 근본이 되는 기초 연구와 선행 연구를 담당하게하고 그 결과에 대해서는 기업이 평가를 하고 피드백을 해주는 방식이 바람직합니다.
또한 대학의 학부 편제는 각 학문적 분류를 근거로 형성되어 있는데, 산업 구조는 그렇지 않다. 예를 들어 A 산업 생태계와 B 산업 생태계가 모두 화학에 대한 기술력 확보와 인재를 요구합니다. 우리는 화학이라는 카테고리로 학문적 접근을 하지만 한정적인 대학의 2~4년 교육 기간으로 실무를 수행하는데 한계가 있을 수 있습니다. 어떠한 산업 생태계 전반에 필요한 학문적 분야를 통합 편제하여 집중적 인재를 배출하는데 더욱 중요한 부분으로 생각해야합니다.
대학 내의 대학원 과정은 기존의 학문적 카테고리 내에서 더욱 심화된 기초 연구를 존중하고, 한편으로는 출연연구기관의 인재를 양성하며, 기업의 선행 기술을 이끌어 가는 경험적 리더가 될 수 있는 방향으로 설계되어야 합니다.
산업 생태계에서 행동적 인재가 필요한 부분이 존재합니다. 바로 장비의 운영이 그에 해당합니다. 산업 생태계에서는 누구나 다룰 수 있는 장비 형태를 가지지는 못합다. 장비에 따라서 대학에서 필요한 부분과 기술 고등학교에서 필요한 부분이 존재하며, 이를 학습하고 훈련하여 기업이 인재를 육성하는데 별도의 노력을 줄여주는 것이 필요합니다. 즉 배움이 바로 현장에 적용되는 것이라 볼 수 있습니다.
현대 사회는 양자컴퓨팅, AI 등의 또 다른 변화를 경험하고 있습니다. 이러한 유기적인 구성이 실현되지 못하리라는 생각은 적어도 없습니다. 다만 이를 실현하기 위한 준비과정에서 기업과 출연연구기관과 대학과 기술 고등학교 모두 고민이 필요하며, 이에 수반하여 정부 기관도 산업통상자원부, 중소벤처기업부, 교육부, 과학기술정보통신부 등이 주축이 되어, 산업 생태계를 만들어가는데 힘써 주시길 바랍니다.
오랜 시간이 걸릴 것입니다. 우리의 고유에 숙성의 문화를 생각해보면, 바로 나오는 맛있는 음식은 없는 것 같습니다. 김치도 된장도 고추장도 적정한 맛을 위해서는 장독을 닦고, 햇빛을 주며 지속적인 관심으로 마침내 먹기 좋은 음식과 재료가 되듯 우리의 미래 친구들을 위해서 한번은 노력해보는 것도 좋은 선택이라 생각합니다.