두즈항 杜知航 류페이린 劉沛林 <차이신주간> 기자

▲ 19개 일본 기업이 공동출자해 만든 반도체 업체 르네사스의 시바타 히데토시 최고경영자가 인쇄회로기판(PCB)을 보여주고 있다. 일본 정부는 6170억엔 규모의 반도체 기금을 조성해 첨단 반도체 제조에 투자하기로 했다. REUTERS

반도체는 디지털경제의 기반이다. 미래 과학기술 경쟁에서 반도체의 역할을 무시할 수 있는 나라는 없다. 미국이 새 정책을 내놓는 사이 유럽연합(EU)과 일본, 한국도 자국의 반도체 역량을 강화했다.

반도체 국가전략 수립
일본 정부는 2021년 3월부터 반도체·디지털산업 전략회의를 정기적으로 열어 각국의 반도체산업 정책을 분석하고 일본 현실에 맞는 정책을 수립했다. 이 회의는 2021년 6월 ‘일본 반도체·디지털산업 전략’을 발표해 반도체산업을 국가전략의 범위에 포함했다.
1980년대에는 일본 반도체가 세계시장의 절반을 차지했다. 하지만 1986년 ‘미-일 반도체협정’ 체결 뒤 공급망이 외국으로 옮겨갔고 일본 반도체산업은 선두 지위를 잃었다. 일본은 2030년까지 반도체산업의 연간 매출액을 2020년의 3배인 13조엔으로 늘린다는 목표를 담은 전략을 제시했다. 이 전략은 또 “미국과 중국의 경쟁이 치열해지면서 여러 국가가 제조업을 본국으로 불러들였다. 외국 반도체 기업이 일본을 떠날 수 있으므로 대책을 마련해야 한다. 이들 기업이 일본 현지 기업과 협력해 일본에 공장을 짓도록 만들어야 한다”고 강조했다.
2021년 11월 일본 정부는 7740억엔(약 7조5200억원) 규모의 특별내각예산을 편성했다. 그중 6170억엔으로 반도체 기금을 조성해 첨단 반도체 제조에 투자하기로 결정했다. 470억엔은 아날로그 반도체, 1100억엔은 나머지 반도체와 전력원 관리 모듈 분야에 투자한다. 이 계획은 2022년 3월부터 시행됐다.
일본 정부의 지원을 받는다는 전제 아래 TSMC는 소니와 함께 12인치 웨이퍼 공장을 일본에 짓기로 결정했다. 이 웨이퍼 공장은 22~28나노 공정을 채택했다. 2022년 공사를 시작해 2024년 말부터 달마다 12인치 웨이퍼 4만5천 장을 생산할 계획이다. 2022년 6월 TSMC의 합자 공장이 일본 정부의 보조금 수급 자격을 인증받았다. 최대 4760억엔을 지원받을 수 있다. 이 사업은 일본 정부가 자금 지원을 약속한 첫 사례였다. 7월 말 웨스턴디지털과 키옥시아(KIOXIA)의 합자 공장도 보조금 929억엔을 받았다.
한국은 메모리반도체와 디스플레이 분야가 강점이다. 시스템반도체, 소재, 장비 분야는 약하다. 2019년 7월 일본이 포토레지스트(PR)와 고순도 불화수소(에칭가스) 등 반도체 제조에 필요한 원재료 수출을 제한하자 한국은 자체 반도체산업 가치사슬을 강화했다.
한국 정부는 ‘시스템반도체 비전과 전략’(2019년 4월), ‘케이(K)-반도체 전략’(2021년 5월)을 발표하고 감세와 보조금 정책으로 핵심 분야의 약점을 보완하고 반도체 강국으로 성장하도록 지원하겠다고 밝혔다. K-반도체 전략에 따라 한국 정부와 기업의 반도체 분야 투자가 2030년까지 510조원에 이를 전망이다. 2022년 7월 산업통상자원부는 반도체·배터리·백신 등 첨단 과학기술 분야의 외국인투자 유치를 늘리기 위해 ‘현금지원제도 운영 요령’을 개정했다.
반도체 분야 선두 기업인 삼성전자도 자국 투자를 늘렸다. 5월24일 삼성그룹은 5년 동안 450조원을 투자해 반도체와 바이오의약 분야의 성장 속도를 앞당기겠다고 밝혔다. 그중 80%를 한국 국내에 투자한다. 2021년 5월 삼성전자는 PLD(Programmable Logic Device·프로그램 가능 논리 소자)와 웨이퍼 제조 공정에 2030년까지 171조원을 투자하겠다고 밝혔다. 2019년에 발표한 계획보다 30% 늘어난 금액이다.

▲ 2021년 5월 문재인 대통령을 비롯한 정·재계 인사들이 삼성전자 경기도 평택단지 3라인 건설 현장에 마련된 야외무대에서 케이(K)-반도체 전략 보고 행사를 마친 뒤 기념사진을 찍고 있다. 연합뉴스

대기업 현지화 추진
유럽연합(EU)은 더욱 구체적인 목표를 제시했다. 2022년 2월8일 EU 집행위원회는 ‘유럽 반도체법’ (European Chips Act) 초안을 발표했다. 430억유로(약 59조8천억원)의 공공·민간 자금을 동원하고 공급망의 긴급상황 대응 체계를 구축해 2030년 세계 반도체 시장점유율을 20%까지 올리겠다는 내용이다. 2021년 3월 EU가 발표한 ‘2030 디지털 컴퍼스’(Digital Compass) 계획에서 처음 제시했던 목표다. 현재 법 초안은 EU 의회와 회원국의 검토를 기다리고 있다. EU는 법이 통과되는 즉시 회원국들이 법을 시행해 다가올 변화를 준비하도록 제안했다.
미국반도체산업협회(SIA)에 따르면 2020년 세계 반도체 시장에서 유럽 기업의 비중은 10%였다. 1위 미국 기업이 47%, 2위 한국 기업이 20%를 차지했다. 반도체산업 분석기관 IC인사이츠가 2020년 12월 발표한 자료에서 반도체 제조 분야만 보면 유럽의 반도체 생산능력의 비중은 5.7%에 불과했다. 1위 대만이 21.4%, 2위 한국이 20.4%였다.
하지만 반도체 설계와 제조 분야에서 유럽은 NXP반도체와 인피니온테크놀로지스(Infineon Technologies), ST마이크로일렉트로닉스(ST Micro electronics) 등 유명 기업을 보유하고 있다. 유럽은 산업용과 자동차 반도체 분야에 집중했다. 유럽에는 반도체산업 가치사슬에서 중요한 반도체 설계 기업 ARM과 노광장비 제조사 ASML이 있다.
우르줄라 폰데어라이엔 EU 집행위원장은 2022년 2월 세계경제포럼에서 “유럽 반도체법을 통해 유럽이 반도체 공급망에서 특정 분야에만 집중하지 않고 더욱 중요한 역할을 수행할 것”이라고 말했다. “다른 지역과의 관계에서 균형을 유지하고 신뢰할 수 있는 공급망을 만들겠다.”
EU는 인피니온과 TSMC 등 대기업의 현지화를 적극 추진하고 있다. 2022년 3월 인피니온은 10년 안에 EU 역내에서 반도체 개발과 제조에 800억유로를 투자하겠다고 밝혔다. 독일에 170억유로를 투자해 첨단 반도체 공장을 설립할 계획이다. 프랑스에선 연구센터와 설계센터를 설립하고, 아일랜드·이탈리아·폴란드·스페인에선 연구개발과 제조, 위탁생산 서비스에 투자하기로 했다. TSMC도 독일에 공장을 설립하겠다고 밝힌 바 있다. 그러나 6월 열린 주주총회에서 류더인 TSMC 회장은 “유럽에 공장을 설립할 구체적인 계획이 없다”고 말했다.
반도체산업 애널리스트들은 유럽의 반도체 제조 현지화를 낙관하지 않는다. 유럽은 제조업 원가가 너무 높기 때문이다. 고용제도가 다른 지역만큼 유연하지 않고 수도·전기·교통 등 기반시설도 훌륭한 편이 아니다. 게다가 유럽에는 미국과 아시아처럼 반도체 설계 회사가 많지 않아 반도체산업 전체의 성장을 이끌기 어렵다. 인피니온과 TSMC가 유럽에 공장을 짓는다고 해도 현지에서 주문을 얼마나 받을지 의문이다.
유럽의 반도체 수요는 주로 성숙공정에 집중됐다. 그런데 왜 선진공정 반도체 공장을 유치하려고 할까? 독일무역투자진흥처 반도체 전문가 막스 밀브레트는 “미래를 봐야 한다”고 말했다. “지금은 자동차에 16나노 또는 28나노 반도체가 필요하다. 하지만 미래에 자율주행은 자동차산업의 분수령이 될 것이다. 5년 뒤에는 자동차가 지능화되고 이런저런 보조 기능이 많아질 텐데 그런 변화를 따라가지 못하는 자동차를 누가 사겠는가?” EU는 미래에 대비하기 위해 선진공정 반도체에 주목했다.
밀브레트에 따르면 테슬라의 첫 번째 (전기자동차) 유럽 공장이 2022년 3월 독일에서 생산을 시작했다. 테슬라는 삼성전자와 5나노 반도체를 개발하고 있다. 폴크스바겐도 반도체 설계사를 영입해 전문 분야를 개척할 계획이다. 제이슨 폼페이 피치레이팅스 수석이사는 “한 국가나 지역이 완벽한 반도체산업 가치사슬을 갖는 것은 매우 좋은 생각이지만 실천하기 어렵다”며 “미국은 10년 가까운 시간이 걸리고 다른 지역은 더 긴 시간이 필요할 텐데 이성적인 쪽이 마지막에 유리한 고지에 오를 것”이라고 말했다.
중국 세관 통계를 보면 2022년 상반기 반도체 집적회로 수입금액이 1조3500억위안(약 270조원)이다. 석유를 뛰어넘어 중국의 최대 수입품목이 됐다. 지금까지 중국은 거대한 시장과 외국기업의 투자를 맞바꿔 외국기업이 중국에 공장을 짓도록 만들었다. 최근 지정학적 환경이 급변하고 반세계화 풍조가 퍼지면서 중국 반도체산업의 안전이 위협받고 있다. 중국 기업은 자력으로 기술을 개발해 봉쇄를 뚫어야 한다.

▲ 오스트리아 필라흐에 있는 독일 반도체 업체 인피니온의 파워칩 생산공장. 2022년 3월 인피니온은 10년 안에 유럽연합(EU) 역내에서 반도체 개발과 제조에 800억유로를 투자하겠다고 밝혔다. REUTERS

중국의 고군분투
펑진펑 상하이집적회로산업협회 부사무국장에 따르면 지난 20년 동안 세계 각국은 중국 반도체 산업에 ‘+2’ 전략을 유지했다. 중국에 건설한 반도체 제조공장에 세계 최고 수준보다 2세대 이상 낮은 공정을 적용했다. TSMC의 쑹장공장과 난징공장이 그랬다. 노광기를 비롯한 반도체 제조 장비도 세계 최고 수준에서 2세대 이상 낮은 제품이었다. 최근에는 ‘+2’ 전략이 ‘극자외선(EUV) 노광기를 판매하지 않는’ 전략으로 격상됐다. 세계 반도체 업체들이 전진할 때 중국 업체에는 강제로 ‘일시중지’ 단추가 눌러졌다. 중국 기업은 다른 길을 탐색해 격차가 벌어지지 않도록 노력하는 수밖에 없다.
반도체 기기 분야 관계자는 “미국의 수출 통제에 따라 2020년 5월부터 일부 중국 기업이 미국 기술과 장비를 사용하지 않는 28나노 생산라인을 개발하기 시작했다”고 말했다. 2021년 5월 미국 반도체 업계 관계자는 인터뷰에서 중국이 소프트웨어와 장비, 소재까지 전부 국산화하는 데 40나노 생산라인은 2~3년, 28나노 생산라인은 5년이 걸릴 것으로 예상했다. 중국의 노광기 제조 기술이 뒤처졌기 때문이다. 중국 기업이 반도체 생산의 필수 장비인 노광기를 국산화해 양산하려면 아직도 2~3년은 더 걸릴 것으로 예상된다.
중국 반도체 업계 관계자에 따르면 10여 개 중국 기업이 노광기를 개발하고 있다. 대부분 실험실에서 연구하는 단계다. 일부 기업은 양산 단계에 이르렀지만 선진공정이 아니거나 웨이퍼 제조에 사용하지 않는 장비다. “지금 속도라면 ASML의 현재 기술 수준에 도달하는 데 10년이 걸린다고 하는 것도 낙관적인 예측이다. 그사이 ASML의 기술은 계속 발전할 것이다.”
ASML은 세계에서 몇 안 되는 반도체 노광장비 제조사다. 특히 극자외선 노광기는 ASML만 생산할 수 있다. 이 장비는 7나노 이하 선진공정에 쓰인다. 미국의 수출제한으로 ASML은 중국에 극자외선 노광기를 수출할 수 없다. 중국 국내에서는 90나노 노광기를 양산하고 있다.
반도체 업계 관계자는 “국산 28나노 생산라인을 만들 수는 있지만 많은 부분을 개선하고 최적화해야 한다”며 “일부 핵심 장비와 소재, 산업용 소프트웨어는 외국 제품을 써야 한다”고 말했다. 그는 완전 국산화를 실현하고 외국과 같은 수준에 도달하려면 적어도 5년은 걸릴 것으로 전망했다. 창쥔펑 선전반도체산업협회 사무국장은 “중국이 가장 완벽한 반도체산업 가치사슬을 갖췄지만 여러 해 동안 형성된 국제 분업과 산업 가치사슬의 다원화로 각 분야 국내 기업의 수준 차이가 크다”고 말했다.

▲ 2021년 10월 말레이시아 페락주 이포에 있는 반도체 패키징·테스트 업체 유니셈 공장에서 직원들이 모니터링 작업을 하고 있다. 말레이시아는 세계 반도체 패키징· 테스트 시장에서 13%를 차지한다. REUTERS

말레이시아 모델
중국 반도체산업이 특히 약한 분야는 첨단 반도체 제품, 선진 제조공정, 반도체 장비와 소재, 산업용 소프트웨어다. 반도체 장비와 소재, 산업용 소프트웨어는 제조업의 기반이다. 창쥔펑 사무국장에 따르면 반도체 핵심 소재가 100여 종인데 일본이 약 50%를 점유하고 있다. 중국도 일부 핵심 소재 기술을 개발했다. 하지만 제품의 안전성과 검증기술, 검증주기 등의 이유로 외국산 제품을 완전히 대체하지 못한다.
위안펑 GAC캐피털 이사총경리는 “중국이 선진공정에 필요한 각종 반도체 장비를 직접 개발하려면 10년 넘게 노력해야 한다”며 “그 10년 동안 성숙공정 기술에 집중하면 세계시장에서 발언권을 갖게 될 것”이라고 말했다. “말레이시아는 패키징·테스트(OSAT) 분야에서 완벽한 산업 가치사슬을 구축했다. 중국도 아날로그 반도체의 성숙공정 분야에서 말레이시아처럼 10년 동안 노력한다면 세계시장에서 영향력을 갖게 되지 않을까? 나는 기회가 있다고 생각한다.”
말레이시아에는 50개 넘는 반도체 공장이 있다. 인텔, 마이크론, NXP반도체, 인피니온, 텍사스인스트루먼트 등 유명 반도체 제조사가 패키징·테스트 공장을 설립했다. 세계 반도체 패키징·테스트 분야에서 말레이시아가 차지하는 비중은 13%다. 위안펑 총경리는 “중국의 강점은 각국의 수많은 제품을 중국에서 제조하는 것”이라며 “중국이 세계 반도체 사용량의 60%를 차지한다”고 말했다. “일단 산업 가치사슬을 갖추면 규모의 경제와 저렴한 비용으로 외국기업과 경쟁해 생산설비가 국내에 집중되도록 만들 수 있다.”
중국 기업은 현재 가동 중인 공정을 기반으로 칩렛(Chiplet) 기술을 개발해 선진 기술을 따라잡는 방법을 시도하고 있다. 2022년 3월28일 궈핑 전 화웨이 순회 회장은 2021년도 실적보고회에서 “선진공정을 도입할 수 없고 일부 기술이 한계에 부딪혔지만 적극적으로 돌파구를 찾고 있다”고 밝혔다. 4월26일 왕타오 화웨이 상무이사는 “3차원 적층과 3차원 패키징, 혹은 칩렛이라는 기술을 기반으로 가장 우수한 반도체 또는 시스템을 만들어내기를 기대한다”고 말했다.
칩렛은 반도체 제조 분야에서 최근 주목받는 기술이다. 이종 반도체를 모듈화하고 새로운 설계와 칩렛 간 연결, 패키징 기술을 이용해 조합한다. 제품 하나에 서로 다른 기술과 공정을 사용하며 다른 공장에서 생산한 반도체도 결합할 수 있는 기술이다. 반도체 분야 학자에 따르면 중국의 칩렛 기술은 세계적 수준과 격차가 크지 않다. 처음에는 화웨이가 칩렛 분야에서 가장 앞섰다. 미국의 제재를 받으면서 약간 뒤처졌지만 새로운 기술이어서 지금은 관련 표준을 제정하기 시작하는 단계다. “중국이 서둘러 개발하면 아직 기회가 있다.”
반도체 업계 관계자들은 중국이 두 방향으로 동시에 노력해야 한다고 말했다. 현재 어려움을 겪고 있는 문제 해결에 칩렛 기술을 활용하는 한편, 연구개발에 집중해 산업 가치사슬을 선진공정으로 발전시키는 것이다. 외국의 대기업도 선진공정 제품에 칩렛을 활용하고 있다.
SIA는 2020년 초 발표한 보고서에서 화웨이와 SMIC가 미국 정부의 수출제한 대상으로 지정된 뒤 중국의 반도체 투자가 성숙한 제조기술로 향했다고 지적했다. 2020년 9월~2021년 11월 중국 웨이퍼 제조사의 14나노 이상 공정 생산능력이 매월 50만WPM(웨이퍼 단위) 늘었다. 반면 선진공정의 생산능력은 1만WPM 증가에 그쳤다.
중국의 신규 웨이퍼 생산능력이 세계 전체의 26%를 차지했다. SIA에 따르면 중국의 메모리반도체 기술이 아직 초기 단계지만 메모리반도체 생산량의 연평균 복합성장률은 40~50%에 이른다. 5년 뒤에는 강력한 경쟁력을 갖게 되리라고 예상한다. 중국은 조립과 패키징·테스트 같은 후공정 분야가 발달했다. 중국의 3대 패키징·테스트 기업이 세계시장에서 차지하는 비중이 35%가 넘는다.

ⓒ 財新週刊 2022년 제32호
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번역 유인영 위원