반도체 산업은 민간기업의 비지니스에서 최근 국가 간의 기술 패권 경쟁과 안보 문제로 직결되어 연일 언론에 등장하고 있다. 많은 국민적 관심에도 불구하고 반도체로 통칭되는 관련 산업은 분야가 매우 광범위하고 품목도 다양하기 때문에 전문적인 배경지식 없이는 최근 ‘왜 반도체가 크게 이슈화되는지’ 이해하는 것에 한계가 있다. 반도체는 우리나라의 일등 수출 품목이며, 향후 다른 산업분야로의 응용 가능성 및 파급효과가 무궁무진하기 때문에 현재 국내외 반도체 산업의 동향과 주요 쟁점을 이해하는 것은 매우 중요하다. 이번 스페셜이슈 시리즈에서는 반도체 산업구조와 글로벌 동향을 파악하고, 국가 선도 기술을 확보하기 위한 정책 및 기술적 전략에 대해 살펴보고자 한다. 최근 신정부에서 추진하는 반도체 인력확보가 왜 중요한지와 지속적인 초격차 확보를 위한 산학연 차원의 대비책도 살펴보고자 한다.
국내 기업들이 본격적으로 반도체 산업을 시작한 것은 1970년대 후반으로 당시 미국과 일본이 전 세계 시장을 점유하던 시기이다. 조롱거리에 불과했던 대한민국의 반도체 산업은 현재 10%의 시장 점유율을 밑도는 일본을 제치고 반도체 강국이 되었고, 반도체 소자를 만드는 초미세화 공정에서 타의 추종을 불허하는 초격차 기술을 보유하게 되었다. 특히, DRAM과 낸드플래시의 상용 메모리는 전 세계 시장의 70% 가까운 점유율을 유지할 만큼 압도적인 기술우위를 가지고 있다. 정보를 저장하는 역할을 하는 메모리 반도체는 소품종 대량생산의 특성을 가지고 있기 때문에 한정된 산업 규모와 인적 역량을 가진 우리나라에 유리한 분야라고 할 수 있다.
반면, 다품종 소량생산으로 대변되는 시스템반도체는 메모리 시장의 두 배 이상임에도 불구하고 우리나라의 점유율은 5%를 밑돌고 있다. 정보 처리와 연산을 담당하는 CPU와 스마트폰의 AP는 설계 기술에서 압도적 우위를 가진 미국이 기술을 주도하는 분야이다. 이에 우리나라는 메모리 일등강국의 지위를 유지하면서 시스템반도체 분야에서도 미래 먹거리를 확보하기 위한 전략이 필요하다. 인공지능은 모든 사회경제적 논의의 중심에 있다. 기업과 정부는 물론 일반인의 일상에도 깊숙이 들어와 있는 인공지능은 그 어떤 기술보다도 급속도로 발전하고 있다. 하지만 진정한 인공지능 시대의 개막을 위해서는 여전히 해결되어야 할 과제가 있다.
지난 60년간의 반도체 산업은 트랜지스터라는 반도체 소자를 작게 만드는 미세화 공정 기술을 통해 발전을 거듭하였고, 최근 국내 기업이 3nm급 GAA(gate-all-around) 기술을 적용한 세계 최초의 양산에 성공하는 놀라운 성과를 발표하였다. 최근 반도체 기술의 트렌드 변화 주기는 2~3년으로 짧아지고 매우 역동적인 발전 속도를 보이고 있다. 특히, 2016년 알파고의 바둑 대국 이후 더욱 주목받고 있는 인공지능은 시스템반도체의 새로운 분야로 기존 정보처리용 기술을 대체할 기세로 발전을 거듭하고 있다. 글로벌 반도체 기업들은 초고속과 초고지능의 인공지능 특화용 반도체를 만들고 자사의 비즈니스에 활용하기 시작했다. 구글의 TPU(Tensor Processing Unit)는 자사 데이터센터 서버에 탑재되어 번역, 사진, 검색 등 인공지능 기능서비스를 제공하고 있다. 한편, 테슬라는 자율주행(FSD, full self driving) 칩을 자사의 자동차에 탑재하여 사용하고 있다. 신정부의 10대 국가 필수 전략기술 중에 첫 번째로 꼽히는 인공지능은 더 스마트해 지는 동시에 소모 전력을 획기적으로 절감하는 기술 개발이 필수적인 당면 과제이다. 인간의 두뇌와 같은 에너지 효율성으로 복잡한 대량의 정보를 빠르게 처리할 수 있는 뉴로모픽(neuromorphic) 반도체 기술은 인공지능 시대의 진정한 승자로 게임체인저가 될 절호의 기회가 될 것이다.
반도체 산업은 이제 민간기업의 영역을 넘어서 국가 간의 첨예한 경쟁 기술이 되었다. 글로벌 반도체 기업들이 각자의 영역을 지키면서 공생하던 시대는 가고, 합병인수(M&A)를 통해 반도체 기업의 역량을 키우는 것이 대표 전략이 되었다. 반도체 시장이 급격한 성장을 하면서 주도권 선점을 위한 반도체 기업의 각축전이 치열해지고, 과감한 투자로 신사업에 조기 진출하여 성장 동력을 확보하고자 하는 기업의 전략은 기술 전쟁에 가깝다. 최근 심화되는 기술 민족주의(techno-nationalism)는 자국의 이익을 위해서 우방 동맹국의 희생을 강요하고 경쟁국에게 총성 없는 선전포고가 되었다.
경제와 인적 규모에서 한정된 재원을 가진 우리나라가 모든 반도체 분야에 투자를 함으로써 강점을 가질 수는 없다. 지금까지 반도체는 민간기업이 주도하여 성장하였지만, 미래의 반도체 일등강국이 되기 위해서는 새로운 생태계 조성이 절실하다. 중국의 반도체 굴기는 글로벌 견제에도 불구하고 여전히 진행 중이며 중국의 반도체 투자 규모와 기술 수준은 미국과 대등한 수준에 도달할 정도로 위협적이다. 일본의 소재·부품·장비 수출규제는 일부 극복되었다고는 하지만 글로벌 공급망 이슈에서 자유롭지 못한 실정이다. 최근의 양상은 우수한 기술력만으로는 글로벌 경쟁력을 확보하는 것이 불가능하다는 기조로 흘러간다. 특히, 반도체 산업은 높은 기술력과 막대한 기술 개발 투자로 후발주자의 시장 진입을 불허하는 승자독식 시장임을 분명히 보여주고 있다. 메모리 반도체 업계에 있었던 세 차례의 치킨게임은 제조원가 이하의 극단적인 가격 인하 조치로 경쟁기업들이 파산하고 현재의 빅3가 호황기를 누리고 있다.
대한민국은 이미 반도체 미세화와 메모리 최첨단 기술을 보유한 세계 최고의 기업이 있고, 이를 자율주행과 전장에 활용할 준비가 되어 있는 자동차 기업이 포진하고 있다. 게다가 5G 초고속 통신 네트워크가 전국적으로 견고히 구축되어 있으며, 인공지능의 즉각적인 실현을 가능케 하는 가전과 포털 업체가 있다. 전 세계적으로 유례가 없는 인프라 환경이 이미 구축되어 있는 상황에서 반도체 신성 장동력 발굴을 위한 국가적 역량 결집이 절실하다.
