> 뉴스 > 특집
     
반도체 소부장 중심 봉쇄 돌파
중국 IT제품 국산 대체 가속화 ② 실태
[154호] 2023년 02월 01일 (수) 장얼츠 economyinsight@hani.co.kr

 장얼츠 張而馳 류페이린 劉沛林 자이사오후이 翟少輝 친민 覃敏
취윈쉬 屈運栩
<차이신주간> 기자

   
▲ 2021년 7월 세계 최대 그래픽처리장치(GPU) 제조사 엔비디아가 영국에서 가장 강력한 케임브리지-1 슈퍼컴퓨터를 출시했다. 미국 정부는 2022년 8월 엔비디아에 인공지능(AI)용 고성능 반도체 2종을 중국에 수출할 수 없다고 통보했다. REUTERS

지난 3년 동안 중국의 정보혁신 산업 발전을 촉진한 주요 외부 요인은 미국이다. 미국 정부가 반도체를 비롯한 중국 첨단과학기술 분야의 성장을 억제한 것이다. “과거 중국 반도체 산업은 정부가 밀어줬다. 고객사의 반응은 적극적이지 않았다. 국내 반도체 제조사가 수주할 수 있는 물량이 매우 적어 제품의 세대교체를 추진하기 어려웠고 경쟁력이 떨어졌다.” 자오잔샹 윈슈캐피털(雲岫資本) 파트너는 “2018년 미국의 ZTE(중싱통신) 제재를 겪은 뒤 많은 기업이 국산 반도체 제조사에 대한 지원을 늘렸다”며 “반드시 제품을 주문해 기업을 육성해야 한다고 생각했다”고 말했다.
얼마 전 미국은 그래픽처리장치(GPU) 분야를 겨냥했다. 2022년 8월26일 세계 최대 GPU 제조사 엔비디아(NVIDIA)는 인공지능(AI)용 고성능 반도체 2종과 앞으로 개발할 더 높은 성능의 반도체를 중국에 수출할 수 없다는 미국 정부의 통보를 받았다.
GPU는 AI 기업이 연산 속도를 높이기 위해 사용한다. 수출금지가 알려지자 중국산 GPU와 AI 반도체 수요가 갑자기 늘었다. 하지만 대체할 수 있는 중국산 제품은 미숙한 상태였다. 이 분야 관계자들에 따르면 미국이 앞으로 수출금지를 확대할 수 있다. 극단적 상황에서 회사가 생존하려면 중국 공급업체를 찾아야 한다. 과거 제한이 없을 때는 중국 시장에서 미국 반도체 제조사의 경쟁력이 강했다. 미국이 규제를 강화하자 중국 고객사가 중국산을 ‘예비’로 확보할 필요가 생겼다.

앞서가는 하이곤과 룽손
하이곤이 유망 제조업체로 떠올랐다. 반도체업계 관계자들은 “하이곤의 CPU와 DCU(Deep Computing Unit) 제품이 현재 중국산 가운데 가장 유망하다”며 “제일 먼저 슈퍼컴퓨터센터에서 인텔 CPU와 엔비디아 GPU를 대체했다”고 말했다. 중국에서 2018년 완성된 슈퍼컴퓨터 ‘셴다오(先到) 1호’는 하이곤의 CPU+DCU 조합을 채택했다. 현재 하이곤의 CPU는 통신·금융·인터넷·교육·교통 분야에서 폭넓게 쓰이고 있다. 2022년 2월27일 기준 차이나모바일과 차이나텔레콤의 2021~2022년 서버 구매 입찰에서 낙찰된 중국산 구매액이 73억4700만위안이었다. 그중 하이곤 프로세서를 탑재한 서버의 구매액이 37억8400만위안으로 50%에 이른다.
GPU와 CPU는 물론 전원 관리 칩, 오디오·비디오 칩 분야에서도 중국 제조업체가 무시할 수 없는 세력으로 성장했다. CPU를 생산하는 중국 업체로는 자체 개발한 명령어 세트를 채택한 룽손(Loongson, 龍芯中科), 인텔 x86 아키텍처를 사용하는 하이곤과 자오신(Zhaoxin, 兆芯), Arm 아키텍처를 사용하는 파이티움(Phytium, 飛騰信息), 화웨이 쿤펑(鯤鵬) 등이 있다.
룽손의 CPU는 완벽하게 독자적으로 개발한 솔루션이라고 자부한다. 처음에는 미국 팹리스 반도체설계기업 MIPS의 아키텍처를 기반으로 했다. 지식재산권 분쟁을 겪은 뒤 자체 개발한 명령어 세트로 전환했다. 2020년 룽손은 자체 개발한 룽아치(LoongArch) 아키텍처를 공개했다. 독자적인 아키텍처를 사용했다는 것은 생태계를 구축해야 한다는 뜻이다. 2022년 9월 후웨이우 룽손 회장은 “20년 동안 기술을 보완했고 지금은 독자적 생태계를 건설하고 있다”고 말했다. x86, Arm과 경쟁하는 ‘3자 구도’를 형성하는 것이 목표다. “2015~2020년 룽손 CPU 성능이 10배 이상 향상됐다. 성능이 시장의 주류 제품에 ‘근접’했다. 다음 세대 CPU는 주류 제품 수준에 ‘도달’하길 바란다.”
2008년 설립 뒤 지금까지 룽손은 거의 모든 IT 분야 기술혁신 지원사업의 지원을 받았다. 2022년 6월에는 과학기술기업 전용 커촹반에 상장해 국산 CPU 1호 주식이 됐다. 12월15일 현재 룽손의 주가는 발행가보다 50% 가까이 올랐다. 룽손의 제품은 주로 보안장비와 전자정부시스템, 에너지, 교통, 금융, 교육 분야에서 사용된다. 정책성 시장을 공략했다. 후웨이우 회장은 “해마다 수백만 개의 CPU를 내놓아도 인텔 1년 출하량 수억 개에 비하면 격차가 크다”고 말했다.
시스템통합(SI) 업체가 이 시장에 대거 진출하는 바람에 룽손은 당과 정부 시스템 이외의 주문을 수주하기 어려워졌다. 룽손 사업보고서를 보면 2022년 상반기 데스크톱과 서버용을 포함한 정보화 분야 반도체 사업 매출액이 8424만5500위안에 그쳤다. 전년 동기 대비 77.75% 줄었다. 후웨이우 회장은 “CPU 업계는 플랫폼 특징이 있고 생태계 장벽이 높다”며 “룽손의 제품이 개방된 시장에 진입하기 쉽지 않다”고 말했다. 정책성 시장은 사업주기가 있다. 전년도 추진 사업은 종료됐고 신규 사업은 아직이라 규모가 늘지 않았다.
중국 컴퓨터비전기업 관계자는 “현재 룽손과 협력하고 있지만 주로 대학교 교육과정에서 사용한다”고 말했다. 예를 들어 룽손 CPU와 AI 업체가 개발한 전용 반도체칩을 조합해 대학 AI나 로봇대회에서 사용하도록 제공한다.
최근 범용 GPU 분야에서 비런테크(Birentec, 壁仞科技)와 무어스레드(Moore Threads, 摩爾綫程), 일루바타 코어엑스(Iluvatar, 天數智芯), 메타엑스(MetaX, 沐曦), 덩린커지(登臨科技), 이노실리콘(Innosilicon, 芯動科技), 배스트에이아이(Vastai, 翰博半導體) 등 다수의 창업기업이 생겼다. 2019년 설립된 비런테크는 2년 만에 40개가 넘는 투자기관에서 47억위안을 조달했고 100억위안이 넘는 기업가치를 인정받았다.

   
▲ 2021년 6월 스페인 바르셀로나 모바일월드콩그레스(MWC) 행사에서 중국 통신업체 ZTE가 5세대(5G) 티셔츠를 선보였다. 2018년 미국의 ZTE 제재 뒤 많은 중국 기업이 중국산 반도체로 관심을 돌렸다. REUTERS

잇따른 창업
이들은 대부분 이제 막 GPU 제품을 출시 또는 계획하는 단계다. 비교적 일찍 자리잡은 일루바타는 2021년 3월 7나노 공정의 범용 GPU를 공개했고 2022년 3월 말까지 2억위안이 넘는 매출을 달성했다. 8월에는 비런테크도 7나노 공정의 범용 GPU 2종을 출시했다. 고성능의 BR100과 주류 시장을 겨냥한 BR104 모델이다. 이들 제품은 여전히 시장에서 고객사를 찾고 있다. 업계 관계자들에 따르면 알리바바 산하 반도체설계업체 핑터우거(平頭哥, T-Head)는 범용 GPU를 개발했지만 아직 공개하지 않았다.
2021년 하반기 반도체 품귀 현상이 나타났다. 자동차 제조사를 비롯한 많은 기업이 생산을 안정적으로 유지하기 위해 어쩔 수 없이 중국 공급업체를 찾았다. 호라이즌로보틱스(Horizon, 地平綫)와 칩온(ChipON, 芯旺微電子)을 포함한 중국 반도체 기업은 이를 기회로 삼아 자동차 제조사 등 대기업 공급망에 진입했다.
미국은 중국 반도체 산업의 성장을 계속 억눌렀다. 미 상무부 산업안보국(BIS)은 2022년 새로운 수출통제조치, 수출통제명단 추가, 국외직접제품규칙 추가 적용 등을 잇따라 발표했다. 특히 10월7일 조치는 반도체 제품과 장비에 관한 각종 정량적 지표를 동원해 미국 관련 기업의 중국 수출을 통제하는 것이었다. 자오잔샹 윈슈캐피털 파트너는 “GPU 분야에서 대다수 국내기업 제품의 연산능력과 대역폭이 미국의 제한 기준에 미치지 못해 당분간 큰 영향은 없을 것”이라고 말했다.
반면 미국 기업은 발등에 불이 떨어졌다. 중국의 수요가 줄어들어 인텔, TSMC, 엔비디아 등 대기업의 실적과 주가가 타격을 받았다. 엔비디아는 중국 고객사를 붙잡기 위해 2022년 3분기 ‘특별판’인 A800 GPU를 출시했다. A800의 연산능력은 수출이 금지된 A100과 같다. 그러나 데이터전송속도가 A100의 3분의 2인 초당 400기가바이트(GB)다. 미국 정부의 수출제한 기준보다 낮고 프로그래밍 방식으로 그 기준을 초과할 수도 없다. 여러 서버 제조사와 AI 기업 관계자들은 “이 제품이 지금의 수요를 대부분 충족할 수 있다”고 말했다.
중국의 반도체 제조 기술이 선진 미세 공정으로 발전하지 못하도록 미국은 첨단 반도체 제조 장비의 수출도 막았다. 중국산의 단점이 명확한 분야다. 2022년 10월7일 발표한 조치에서 미국 정부는 반도체 제조 장비와 제품의 세 가지 제한 기준을 제시했다. 비평면 트랜지스터 아키텍처를 가진 핀펫(FinFET) 16나노 및 게이트올어라운드(GAAFET) 14나노 이하 로직칩, 하프피치(Half-Pitch, 선폭)가 18나노를 초과하지 않는 D램, 128단 이상 낸드플래시다. 이런 기준은 중국 반도체 제조사가 양산에 돌입한 최신 공정의 다음 단계에 해당한다.

장비 공략
현재 세계 반도체 장비 시장에서 중국 제조사의 비중은 여전히 낮다. 미국, 일본, 유럽 제조사와 격차가 크다. 시장조사업체 가트너 자료를 보면 2021년 세계 10대 ‘웨이퍼 팹 장비’ (WFE) 제조사 가운데 3개가 미국 기업이다. 점유율이 40%를 넘었다. 4개는 일본 기업(점유율 20% 이상)이다. 미국 어플라이드머티어리얼스(Applied Materials)가 점유율 19.2%로 1위다. 네덜란드 노광장비 제조사 ASML(2위) 17.5%, 일본 도쿄일렉트론(TEL) 15.3%, 미국 램리서치(Lam Research) 14.9%, KLA 6.5%로 뒤를 이었다.
최근 중국 장비와 소재 제조사는 기술개발에 주력하고 있다. 미국산 장비와 기술을 배제한 28나노 생산라인을 만들려 애쓴다. 국가 정책과 투자기관의 관심도 점차 기본 장비와 소재로 이동했다. “반도체 설계 투자는 예전처럼 왕성하지 않다. 지금은 장비와 소재, (장비) 부품 분야에 관심이 많다.” 장쓰선 중커촹싱(中科創星, CASSTAR) 이사총경리는 “과거 반도체 투자에서 장비·부품에 관심이 적었던 것은 이런 세부 분야의 시장 규모에 한계가 있고 기업 규모도 작기 때문”이라고 말했다. 일부 부품은 1년 판매액이 수억위안에 그치고, 기업 상장도 추진하기 어렵다. 하지만 2021년 베이징거래소가 문 열면서 이런 기업의 자금 조달과 투자자 자금 회수 경로가 늘었다. 돈이 반도체 산업 가치사슬 상단으로 향하기 시작했다.
반도체 제조 과정에서 확산·증착·식각·노광 공정이 중요하다. 특히 웨이퍼 표면에 회로 패턴을 그리는 노광이 가장 복잡하고 중요한 핵심 공정이다. 노광 공정의 주요 장비인 노광기는 ‘반도체 산업 왕관에 있는 보석’으로 불린다. 전체 반도체 장비 투자액에서 노광기가 약 4분의 1을 차지한다.
중국 장비 제조사 가운데 최근 미국 수출통제명단에 포함된 상하이마이크로(SMEE)는 중국 노광기 분야의 대표 기업이다. 양산 제품의 최고 사양이 90나노급이다. 더 앞선 공정의 제품을 개발하기가 쉽지 않다. 광원, 대물렌즈, 노광, 그레이팅(grating), 트윈 스캔 등 여러 시스템이 필요하고 수만 개의 부품이 사용된다. 어느 한 가지가 부족해도 장비 개발의 발목을 잡을 수 있다.

   
▲ 중국 화웨이 자회사인 하이실리콘은 자체 개발한 칩을 2019년 3월21일 푸젠성 푸저우에서 열린 ‘화웨이 에코파트너 콘퍼런스’에서 선보였다. REUTERS

위탁생산 확대
노광 이외 공정에서는 중국 기업이 여러 성과를 거뒀다. 2004년 설립된 중웨이(中微公司, AMEC)의 강점은 식각장비다. 중웨이의 2022년 상반기 사업보고서를 보면 CCP(용량결합플라즈마) 식각장비가 주요 고객사 생산라인의 30%를 차지했다. ‘국제 유명 제조사’의 선진 공정인 5나노 생산라인에도 투입됐다. 업계는 이 고객사를 대만 TSMC로 보고 있다.
“중웨이 식각장비가 TSMC에 들어갔는데 국내 반도체 공장에 도입하지 않을 이유가 있을까?” 중국 반도체 위탁생산업체 임원은 “장비 구입 뒤 부품 교체와 장비 사용을 위한 교육, 수리까지 국내 제조사가 외국 기업보다 지속적인 서비스를 보장할 수 있다”고 말했다. “우리 업체는 장비 사용 경험이 쌓였다. 국산 장비와 부품 산업도 발전해 선택지가 늘었다. 미국의 압박과 중국 정부의 지원 덕분에 회사가 국산 장비 도입을 단호하게 결정할 수 있었다.” 그는 “반도체 공장을 설립하려면 국가발전개혁위원회의 심사를 통과해야 한다”며 “국산 장비를 도입해 공급망의 보안과 통제력을 개선하고 사업 리스크를 낮추는 것이 사업 심사의 가장 중요한 평가 항목”이라고 말했다.
중국 반도체 위탁생산 업계가 확장 주기에 진입한 것도 중국 장비의 시장 진입을 촉진했다. 국제반도체산업협회(SEMI) 통계에 따르면 2021년 세계 반도체 장비 판매액이 1026억달러로 역대 최고를 기록했다. 전년 동기 대비 44% 늘었다. 중국 시장 판매액은 58% 늘어난 296억달러였다. 2년 연속 세계 최대 반도체 제조 장비 시장이 됐다.
“국산 장비 사용률이 올라간 것은 반도체 위탁생산업체가 생산능력을 확장한 덕분이다.” 업계 관계자는 “회사가 앞으로 3년 동안 생산능력을 2배로 늘릴 계획”이라고 밝혔다. 지금과 비슷한 규모의 장비를 구매해야 한다는 뜻이다. “신규 생산라인 장비의 국산화 비율을 30~40%로 끌어올리는 것이 목표다.”
전반적으로 중국산 장비의 도입 속도가 빨라졌다. 더방증권(德邦證券)이 중국 반도체 위탁생산업체의 입찰을 분석한 결과 2022년 상반기 낙찰된 장비의 국산화율이 32%로 2021년(21%)보다 크게 올랐다. GTA(積塔)와 화훙(華虹) 등 28나노 이상의 성숙 공정 위주 반도체 기업이 장비를 구매했기 때문이다.
반도체 소재의 국산화 비율은 더 빠르게 상승했다. 업계 관계자는 “원재료가 대부분 국산”이라며 “대체 비율이 50%가 넘었고, 일부는 80% 이상”이라고 말했다. 그러나 대형 웨이퍼와 포토레지스트 등은 중국산 비율이 10% 미만이다. 중국 업체가 대형 웨이퍼를 공급할 수 있다. 하지만 대부분 테스트나 모니터 웨이퍼로 사용한다. 양산용은 일본과 독일 업체의 제품을 쓴다.

국제적 협력의 중요성
반도체 설계와 제조에 사용하는 설계자동화프로그램(EDA) 도구에서는 시놉시스(Synopsys), 케이던스(Cadence), 지멘스EDA 등 유럽과 미국 기업이 주도한다. 중국 기업은 여전히 취약하다. 업계 관계자에 따르면 중국 EDA 업계를 선도하는 엠피리언(華大九天科技)도 미국 기업과 격차가 크다. EDA 기술을 개발하려면 선진 공정에 적용하면서 조율해야 한다. 하지만 중국의 선진 공정은 14나노에 머물러 있다. 국외 반도체 기업과 협력할 기회를 얻기 힘들어 한계가 명확하다.
반도체 업계는 세계화를 여전히 강조한다. 반도체 업계 관계자는 “반도체 산업의 가치사슬은 수많은 공정으로 구성돼 어느 하나가 부족해도 안 된다”며 “어느 한 곳이 막히면 생산라인 전체를 가동할 수 없다”고 지적했다. “고도로 분화된 산업에서 어떤 국가도 모든 것을 혼자 처리할 수 없다. 중국도 세계화를 계속 추진해야 한다.”
반도체 물리기상 증착(PVD) 장비 엔지니어는 “국내기업은 사양이 낮은 장비를 대체할 수 있다”며 “하지만 수만 개 부품이 들어가는 기기에는 국내에서 만들지 못하는 엔진도 있고, 일부 소모품이 미국산일 수도 있다”고 말했다. 업계 관계자는 국내외 공급업체의 균형을 강조했다. “지금 우리는 외국 공급업체 장비를 다시는 구매하지 않을 것처럼 말한다. 하지만 외국 업체의 지원이 있어야 기업이 계속 생존할 수 있다. 이것이 가장 기본이다.”

ⓒ 財新週刊 2022년 제49호
國產替代提速:IT產業鏈的背水之戰
번역 유인영 위원

정기구독자는 과거 기사 전체와 2016년 6월 이후 온라인 기사 전체를,
온라인 회원은 과거 기사 일부와 2016년 6월 이후 온라인 기사 전체를 보실 수 있습니다.

  

장얼츠의 다른기사 보기  
ⓒ Economy Insight(http://www.economyinsight.co.kr) 무단전재 및 재배포금지 | 저작권문의  

     
전체 기사의견(0)  
 
   * 300자까지 쓰실 수 있습니다. (현재 0 byte/최대 600byte)
   * 욕설이나 인신공격성 글은 삭제합니다. [운영원칙]
매체소개 구독신청 구독문의기사문의개인정보취급방침청소년보호정책 이메일무단수집거부찾아오시는 길
한겨레신문(주) | 제호 : 이코노미 인사이트 | 등록번호 : 서울 아 01706 | 등록일자 : 2011년 07월 19일 | 발행인 : 김현대 | 편집인 : 강대성
발행주소 : 서울특별시 마포구 효창목길 6 (공덕동, 한겨레신문사) | 한겨레 고객센터 1566-9595 | 청소년보호 책임자 : 백기철
Copyright 2010 Hankyoreh. All rights reserved.