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기술 세대교체로 선진국 추월 꿈꿔
[Cover Story] 중국 반도체 굴기– ② 과제와 대응
[102호] 2018년 10월 01일 (월) 예잔치 외 economyinsight@hani.co.kr
예잔치 葉展旗 장얼츠 張而弛 <차이신주간> 기자
 
   
▲ 중국 베이징에 있는 칭화유니그룹 연구소에서 연구원이 반도체칩을 기판에 끼우고 있다. REUTERS
칭화유니그룹은 중국 2위 메모리설계 업체로 만족할 수 없었다. 자오웨이궈 회장은 메모리반도체로 눈을 돌렸다. CPU와 비슷한 규모로 성장한 이 분야는 막대한 투자를 필요로 한다. 그러나 CPU와 달리 메모리 시장은 소프트웨어 생태계의 지원이 필요하지 않다. 제품만 훌륭하면 시장에서 기꺼이 구입한다.
 
1970~80년대 일본과 한국이 메모리 시장에 진입해 미국 기업 뒤를 좇았다. 지금은 한국 삼성과 하이닉스, 미국 마이크론, 웨스턴디지털, 일본 도시바 등 5대 기업이 시장을 과점하고 있다. 반도체 소비 대국인 중국의 메모리반도체 분야는 거의 공백 상태다.
 
웨이샤오쥔 칭화대학 마이크로전자연구소 소장은 메모리 기술에서 세대교체가 진행돼 중국이 추월할 기회가 있다고 했다. “기술이 영원히 발전하는 것은 아니다. 예를 들어 D램은 10나노 언저리에서 멈출 것이다. 남들이 오랜 시간이 걸려 이룬 것을 우리는 하나하나씩 따라갈 수 있다. 그와 동시에 신기술이 끊임없이 나타난다. 지금 시장에는 인텔의 3DX포인트를 비롯한 새 유형의 메모리가 나왔다. 중국 기업도 새로운 기술 분야로 치고 들어갈 수 있다.”
 
낸드플래시에 집중
2016년 12월 칭화유니그룹은 국가집적회로산업기금, 후베이성지방기금, 후베이성과학투자그룹과 공동으로 국가메모리기지를 조성하기로 결정하고, 우한둥후첨단기술산업단지(武漢東湖高新區)에 공장을 짓기 시작했다. 회사명은 창강메모리(YMTC)로 모두 240억달러를 투자했다. 2017년에는 칭화유니와 중국과학원 마이크로전자연구소가 중국 최초로 32단 3D 낸드플래시 개발에 성공했다. 자오 회장은 지난 2년 동안 3D 낸드플래시 연구에만 10억달러 넘게 투입했다고 밝혔다. 2018년 말까지 양산 체제를 갖출 계획이다. 64단 3D 낸드플래시 개발도 서둘러 2020년 본격적으로 양산하는 것이 목표다.
 
칭화유니가 3D 낸드플래시를 공략하는 이유가 뭘까? 시장규모와 기술장벽을 동시에 고려한 선택이다. 첫째, 데이터센터와 스마트폰 등에 필요한 3D 낸드플래시 수요가 가파르게 늘어 전체 반도체 시장에서 3분의 1을 차지할 만큼 규모가 커졌다. 그 덕분에 삼성이 2017년 인텔을 제치고 반도체 시장의 선두를 차지했다. 둘째, 3D 낸드플래시는 역사가 짧고 3~4년 전부터 대규모 생산을 시작해 후발 주자에게도 기회가 있다. 40~50년 넘게 꾸준히 기술을 개발해 특허의 벽이 높은 D램과는 다르다. YMTC는 삼성을 비롯한 세계적 대기업보다 기술 수준이 5년 이상 뒤처졌다. 삼성은 2014년 처음 32단 3D 낸드플래시 양산을 시도했고, 2018년 여름에 90단 이상 낸드플래시 제품의 양산을 시작했다.
 
자오 회장도 시간 격차가 어떤 의미인지 알고 있다. 반도체 제조는 감가상각 비중이 높다. 초기 감가상각 기간이 끝나면 가격이 빠르게 내려간다. 이 때문에 후발 주자의 비용 부담이 크다. 자오 회장은 “투자 규모를 감당하지 못하면 버틸 수 없다”며 “기술 추월 자체도 어렵지만, 여러 생산라인을 동시에 가동하려면 자본 투입이 매우 중요하다”고 말했다. 2017 회계연도 각 기업의 연구개발비를 보면, 삼성전자 144억달러, 인텔 131억달러, 퀄컴 55억달러에 이른다. 자오 회장은 “중국에 있는 수많은 반도체 기업이 1년에 투입한 전체 연구개발비가 세계적인 대기업 한 곳과 비슷한 수준”이라고 지적했다.
 
   
▲ 대만의 대표적 반도체 기업 TSMC의 본사 안내 데스크에 직원들에게 기밀 유출에 조심하도록 당부하는 내용의 유인물이 놓여 있다. REUTERS
특허소송의 위험
자오 회장의 계획대로라면 칭화유니는 앞으로 5년 동안 반도체 분야에 3700억위안(약 60조원)을 투입해야 한다. 우한 외에 난징과 청두에 메모리반도체 공장을 건설하기로 해 모두 1800억위안이 필요하다. 충칭시와도 공동 투자로 자본금 1천억 규모의 반도체 기업을 설립하기로 합의했다. 자오 회장은 “적어도 900억위안 부채를 감당할 여력이 있다”고 말했다. 그는 이런 투자를 바탕으로 5년 뒤 집적회로 분야에서 자리를 잡고, 10년 뒤 성과를 거둘 수 있기를 기대했다.
 
시장에서는 칭화유니의 투자를 우려하는 목소리가 있다. 게다가 YMTC를 비롯한 중국 기업에 가장 큰 위협은 특허소송이다. 특허소송은 대부분 몇 년 동안 지속되는데 소송이 진행되는 동안 서구 기업은 논란이 되는 제품을 구매하지 않는다. 2017년 12월 미국 반도체기업 마이크론이 캘리포니아에서 대만 위탄생산업체 UMC(聯華電子)와 푸젠푸화(福建普華)집적회로유한공사를 상대로 소송을 제기했다. 마이크론 대만지사에 근무하던 직원이 이직하면서 마이크론의 기술 자료 일부를 UMC에 넘겼고, UMC 협력사인 푸젠푸화와 자료를 공유함으로써 상업 기밀을 훔쳤다는 게 소송 이유였다.
 
푸젠푸화는 허페이창신(合肥長鑫), YMTC과 함께 중국 메모리반도체를 이끄는 ‘삼두마차’다. YMTC와 달리 푸젠푸화와 허페이창신은 D램 반도체를 공략한다. 2018년 1월 푸젠푸화와 UMC는 푸저우 중급인민법원에 마이크론을 상대로 소송을 제기했다. 7월 법원은 마이크론의 일부 제품이 푸젠푸화 특허를 침해했다고 판정해 제품 판매를 금지했다. 성링하이 가트너 연구 부사장은 푸젠푸화가 마이크론과 화해를 위해 소송을 제기했을 것이라고 말했다. 2017년 4월 미국 전자설비 제조업체 비코가 뉴욕에서 독일 반도체 공급업체 SGL이 반도체설비 제조사 AMEC에 제공한 웨이퍼캐리어가 특허를 침해했다며 두 회사를 상대로 소송을 냈다. 같은 해 7월 AMEC는 푸젠성 고급인민법원에 비코상하이의 제품이 자신의 특허를 침해했다고 제소했다. AMEC와 비코는 중국과 미국 법원에서 각각 한 번씩 승소한 뒤, 2018년 2월 화해해 소송을 마무리지었다.
 
자오웨이궈 회장은 특허 문제에선 자신이 있었다. “지난 5년 동안 스프레드트럼부터 YMTC에 이르기까지 지식재산권 문제를 거론한 외국 기업이 없었다. 그만큼 문제가 없기 때문이다.” 하지만 본격적으로 메모리 칩 양산을 앞두고 있는 지금부터가 특허기술 검증의 시작이다. 신설된 국가시장감독관리총국은 5월31일 마이크론과 삼성, 하이닉스 사무실을 방문해 현장 조사를 벌였다. 가격 담합과 시장독점 정황을 조사한다는 취지였다. 이런 조처는 중국 정부가 자국 기업을 위해 경쟁 환경을 조성하겠다는 의도로 해석됐다.
 
   
▲ 2018년 5월17~20일 중국에서 열린 제21회 베이징국제 하이테크엑스포(CHITEC)에서 관람객이 칭화유니그룹 창강메모리의 반도체 제품을 들여다보고 있다. 연합뉴스
독점 타파를 위한 선택
“지금처럼 화웨이와 스프레드트럼 같은 대기업만 반도체칩을 만들 수 있는 것은 아니다. 앞으로는 서너 명이 모여 서너 달 만에 시장 경쟁력을 갖춘 칩을 설계할 수 있다.” 바오윈강 중국과학원 선진컴퓨터시스템연구센터 주임은 믿기 힘든 전망을 내놓았다. 그는 오픈소스 기반 RISC-V를 활용한 반도체칩이 중국의 새로운 기회라고 말했다.
 
2010년 미국 캘리포니아대학 버클리캠퍼스 연구진은 연구 과정에서 프로세서 명령어 집합을 선택해야 했다. ARM·MIPS·SPARC·X86 등을 조사한 결과, 복잡한 설계와 지식재산권이 문제였다. 그래서 이들이 구성원 4명의 팀을 급조해 새로 개발한 게 RISC-V다. 2011년 5월 공식 발표한 명령어 집합은 아주 간단했다. 기본 명령어와 확장 명령어 방식을 채택했는데, 기본 명령어는 50개 정도였다. 이들은 RISC-V 명령어 집합을 무료로 개방했고, 사용자가 오픈소스 코드를 수정해 발표하고 상업적 목적으로 이용하도록 허용했다.
 
기업이 오픈소스 소프트웨어를 채택하면 개발·응용 문턱이 낮아진다. 그런데 하드웨어 분야에는 명령어 집합의 개방된 표준이 없다. 인텔이나 ARM 등 대기업이 주도하는 독립적인 체계다.
 
ARM 명령어 집합을 사용하려면 억위안 단위의 비용을 내야 한다. 퀄컴, 화웨이, 삼성, 애플 같은 세계적 대기업만 감당할 수 있다. 이는 하드웨어 개발의 첫 번째 관문에 불과하다. 전자설계자동화소프트웨어(EDA)는 반도체 칩셋 설계를 위한 필수품이다. 이 분야는 케이던스, 시놉시스, 멘토그래픽스 등 미국 3사가 독점하고 있다. 바오윈강 주임은 10나노급 반도체를 개발하려면 EDA를 비롯해 필요 장비를 갖추는 데만 수천만~1억위안이 필요하다고 했다. 반도체칩 설계의 문턱이 얼마나 높은지 잘 보여준다.
 
반도체 제조사는 통용 솔루션만 제공할 수 있는데 수요가 다양해지자 오픈소스 기반 반도체칩에 기회가 돌아왔다. 소규모 개발팀이 특정 수요를 겨냥해 오픈소스 플랫폼을 기반으로 신속하게 칩셋을 개발할 수 있다. 애플과 구글이 직접 모든 애플리케이션을 개발하지 않고 개발자들을 위해 편리한 개발 환경을 만들어준 것처럼 오픈소스 플랫폼도 비슷한 환경을 제공한다. 
 
RISC-V 개방은 산업계 관심을 불러왔다. 2015년 비영리조직 RISC-V재단이 설립됐다. 전세계의 힘을 모아 개방된 커뮤니티를 만들려는 취지였다. 지금까지 100여 개 기관이 참여했다. 구글·화웨이·IBM·알리바바·엔비디아·퀄컴·삼성 등의 기업과 캘리포니아대학 버클리캠퍼스, 매사추세츠공과대학(MIT), 프린스턴대학, 중국과학원 컴퓨팅연구소 등 학술기관이 포함됐다. 6월30일 RISC-V재단이 상하이 푸단대학에서 개최한 ‘RISC-V의 날’ 행사에는 웨스턴디지털과 하이실리콘, NXP반도체 등 다양한 기업이 참가했다. 7월20일 상하이시 경제정보화위원회는 2018년도 2차 상하이시 소프트웨어·집적회로 산업발전전용기금에서 RISC-V 명령어 집합에 기반한 프로세서 칩셋 사업 신청을 받을 것이라고 밝혔다.
 
경쟁사의 공격도 시작됐다. 사물인터넷 하드웨어를 주도하는 ARM은 RISC-V의 결함을 지적하는 사이트를 만들었다. 하드웨어 개발에는 생태계 지원이 필요한데 RISC-V는 아직 초기 단계라거나, 오픈소스 명령어 집합은 개발자가 임의로 수정할 수 있어 소프트웨어 호환이 어렵고 새로 개발한 칩셋은 안전성 검증을 받지 못했다는 주장 등이 제기됐다. ARM의 이런 주장은 오픈소스 커뮤니티의 반발을 불렀고, 자사 직원들도 반대 의견을 내놓았다. 결국 ARM은 얼마 지나지 않아 이 사이트를 폐쇄했다.
 
중국에서 개발하는 프로세서는 ARM, MIPS, 파워PC, X86 등 다양한 명령어 집합을 채택했다. 아직 초기 단계인 RISC-V에 대해 바오윈강 주임은 선택권을 하나 더 늘려준 것이라며 중국의 반도체산업 생태계는 대기업 지배를 받기 쉽다고 말했다.          
 
중국 정부 움직임
‘ZTE 사건 이후’ 업계에선 더 많은 자본이 반도체산업에 몰릴 것으로 예상했다. 중앙정부 차원에서도 공업정보화부가 주도하는 제2기 국가집적회로 산업투자기금 모집에 들어갔다. 그 규모는 1500억위안이 넘을 것으로 예상된다. 알리바바를 비롯한 인터넷 대기업부터 인공지능 분야 스타트업까지 다양한 기업이 반도체 개발에 나섰다. 에어컨으로 유명한 가전제조사 그리(格力電器)의 둥밍주 회장도 500억위안을 투입해 반도체칩을 개발하겠다고 밝혔다.
 
일본과 한국, 대만도 과거 한때 반도체산업에 대규모로 투자했다. 일본은 1976년 ‘초대형 집적회로(VLSI) 기술연구조합’을 결성해, 정부가 주도하고 민간 기업과 연구소가 참여해 업계 공동기술을 개발했다. 이를 통해 일본 기업이 반도체 생산 장비와 메모리 분야에서 미국을 따라잡을 수 있었다. 1980년대 후반부터 미국이 일본 반도체산업을 견제하자 한국의 삼성, LG, 현대가 기회를 잡았다. 메모리반도체 분야에 투자하거나 실리콘밸리에 기업을 세우고 일본 기업과 협력해 외국 기술을 흡수했다. 서구 반도체 기업이 설계 능력만 자국에 남기고 웨이퍼 가공(집적회로 제조) 업무를 대만으로 이전하자 대만 정부는 TSMC, UMC를 비롯한 ‘IC 시범 대기업’을 지원했다.
 
이들 나라에 비해, 중국 반도체산업은 많은 우여곡절을 겪었다. 1996년 체결된 바세나르협약에 따라 서방국가들은 군사용으로 쓸 수 있는 물품과 기술의 중국 수출을 제한했다. 중국 기업은 반도체 기술과 장비를 수입할 수 없었다. 
 
이런 장벽을 뚫기 위해 중국 정부는 2000년 ‘18호 문건’으로 알려진 ‘소프트웨어 산업과 집적회로 산업 발전을 위한 정책’을 발표했다. 외국 기업이 합자 또는 독자 형태의 집적회로 생산 기업을 중국에 설립하도록 장려하고, 반도체 기업의 부가가치세를 3%까지 내린다는 게 뼈대다. 2006년에는 ‘국가 중장기 과학기술 발전 요강(2006~2020)’에 핵심 전자부품, 첨단 반도체 칩셋, 기초 소프트웨어를 주요 산업으로 지정해 포함하고, 요건에 부합하는 기업에 전용기금을 지원했다.
 
2000년 이후 정부 지원 정책은 반도체 분야의 창업으로 이어졌다. SMIC와 VIMICRO(中國微電子)가 이 시기에 성장했다. 하지만 투자 규모가 큰 반면 성과가 느리게 나타나고 실패 확율이 높은 반도체산업 특징으로 지방정부가 섣불리 나서지는 못했다. 정부가 지속적으로 투자하지 못하고 민간자본은 투자 위험을 걱정하는 바람에 중국 반도체 기업들은 지금까지 큰 성과를 얻지 못하고 있다. 
 
정책적 과제
웨이샤오쥔 소장은 “당시 정부는 시장의 자원 배분 기능을 통해 집적회로 산업을 발전할 수 있다고 생각했지만 현실적으로는 불가능했다”며 “시장을 통한 자원 배분 자체는 맞는 말이지만 기업들이 오랜 기간 적자에 시달려서 계속 투자할 여력이 없었다”고 말했다.
 
장쑤양 볼캐닉스벤처 파트너는 2018년 4월에 열린 포럼에서 반도체 투자는 리스크가 너무 커 성공하지 못하면 실패한다고 말했다. 그에 따르면, 반도체 분야에선 인터넷 기업처럼 잘못된 길이라고 판단해 다시 방향을 틀 수가 없다. 반도체 투자 기업이 줄어들 수밖에 없고, 결국 정부가 주도해야 한다. 주징 부장은 “정부 투자도 분야를 구별해야 한다”고 지적했다. “메모리 등 기술이 어렵고 자금 수요가 막대하며 투자 주기가 긴 분야는 정부가 지속적으로 투자하는 한편, 블루투스 칩 같은 세부 영역은 시장이 주도하도록 해야 한다.”
 
중국 정부도 집적회로 분야는 정부가 주도해야 민간자본이 따라온다는 현실을 깨달았다. 2014년 6월 ‘국가 집적회로산업 발전 추진 요강’을 발표하고 대규모 기금을 조성해 시장 방식으로 운영함으로써 집적회로산업의 발전을 촉진했다. 1기 기금을 운영하는 딩원우 사장은 2017년 말까지 67개 사업에 투자했다고 밝혔다. 모집 자금의 86%인 1188억위안에 대해 투자 약속을 했고, 61%인 818억위안은 이미 투입했다는 것이다. 
 
자문업체 칩스앤미디어의 구원쥔 수석분석가는 “1기 기금을 성공적으로 운영해 산업 발전을 촉진했다”고 평가했다. 그는 “더 많은 자본이 반도체 업계로 유입될수록 ‘균등 분배’의 유혹을 경계해야 한다. 지방정부가 대기업에서 독립한 신생기업을 지원하는 것은 위험하다”고 지적했다.
 
바오윈강 중국과학원 선진컴퓨팅과학연구센터 주임은 중국의 주요 대학에서 개설한 반도체칩 시스템 설계 과정의 사례를 들면서 첫해 학생이 10명이었는데 다음해는 5명, 그다음 해는 3명으로 줄더니, 4년차에는 학생을 모집하지 못했다고 말했다. 학생들이 더 인기 있는 인공지능 분야로 몰렸기 때문이다. 바오윈강 주임은 “ZTE 사건이 여러 분야가 힘을 모으는 기폭제 구실을 했다”며 다음과 같이 주장했다. “과거에는 학계에서 항공우주를 비롯한 전략적 수요에만 집중하고 산업에는 비중을 두지 않았으며, 기업과 대학이 서로 무시하는 경향이 있었다. 지금이 기회이자 전환점이라고 생각해 산업과 대학, 연구기관이 더 광범위한 협력 체계를 수립해야 한다.”  
 
*2018년 10월호 종이잡지 45쪽에 실렸습니다.

ⓒ 財新週刊 2018년 제30호
中國“芯”事
번역 유인영 위원

 

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