K 반도체 대전략

권순용 지음

위즈덤하우스 2024년 01월 17일 출간 종이책 : 2024년 01월 17일 출간

작품소개

책소개

정부출연연구기관인 한국생산기술연구원 출신으로, 66만 명의 구독자(누적 조회수 1억 5600만 뷰)에게 사랑받는 공학 유튜버 ‘에스오디(SOD)’ 권순용의 신간이다.
반도체 산업의 최전선에서 벌어지는 일을 한발 앞서 소개해온 저자는 이 책에서 K 반도체의 발목을 잡는 위기와 아직 드러나지 않은 기회를 모두 짚는다.
미·중 반도체 전쟁의 전황부터 한국 반도체 스타트업들의 활약까지, 책이 펼쳐놓는 흥미로운 이야기를 따라가다 보면, 위기를 기회로 바꿀 ‘K 반도체 대전략’과 만나게 될 것이다.

“2024년, K 반도체의 업턴을 기대하라!”
─
요동치는 글로벌 반도체 산업의 최전선에서
대한민국의 생존 전략을 모색하다!
격화되는 패권 경쟁부터 예정된 슈퍼사이클까지,
혼란한 시기에 길을 밝혀줄 명쾌한 로드맵

반도체 산업의 최신 소식을 쉽고 빠르게 소개해온 공학 유튜버 권순용의 신간이다. 세계적인 학술지들에 발표된 논문과 각종 경제 보고서, 지난 5년여간 진행한 산업계와 학계 전문가 인터뷰를 망라해 반도체 산업의 향방을 가늠한다. 특히 한국 반도체 산업의 위기와 기회를 모두 짚어보고, 도약에 필요한 로드맵을 그린다.

최근 2년여간 반도체 산업은 ‘역사적인’ 불황을 겪었다. 전 세계 반도체 시장은 2022년에 전혀 성장하지 못했고, 2023년에는 -10% 이상의 역성장을 기록했다(168쪽). 그 직전의 슈퍼사이클이 워낙 대단했기에, 많은 사람에게 이 한파가 더욱 춥게 느껴졌을 것이다. 이 불황의 원인을 2022년의 러우전쟁이나 2023년의 팬데믹 종식 등에서 찾는 경우가 많지만, 책은 그 전인 2021년부터 은밀하게 진행된 미국의 반도체 전략무기화에 주목한다(8~10쪽). 이처럼 여러 원인이 복잡하게 얽히고설킨 탓에 반도체 산업의 불황은 쉬이 해결되지 않고 있다. 반도체가 전체 수출액의 20% 정도를 차지하는 한국에 이는 큰 ‘위기’다.

하지만 저자가 바라보는 것은 ‘기회’다. 모두가 숨죽인 불황기에도 한국 반도체 산업은 혁신을 멈추지 않았다. 그 결과 매해 35% 이상 성장하는 인공지능 반도체 시장의 핵심 기술, 중국은 물론이고 미국조차 탐내는 가치 사슬 내 독보적 지위, ‘글로벌 스탠더드’ 수준에 이른 산업 정책 등을 갖추는 데 성공했다. 2024년 예상되는 한국 반도체 산업의 ‘업턴’이 어디에서 시작될지, 그 주역은 누구일지 등에 대한 실마리가 모두 그 안에 담겨 있다. 기술과 시장, 패권을 꿰뚫는 ‘기정학(technopolitics)’의 시선으로 ‘K 반도체’ 재도약의 면면을 한발 앞서 포착해낸 이 책에서 독자는 깊은 통찰과 지적 쾌감을 모두 얻을 수 있을 것이다.

목차

머리말│새로운 전쟁과 새로운 전략

1부 위기의 K 반도체

1장 절대 강자 미국의 귀환: 진격의 반도체법
01 기지개 켜는 미국과 최악의 시나리오
중국이 넘볼 수 없는 단 하나, 반도체│역사에서 배우다│잠에서 깬 사자│미국은 어떤 그림을 그리는가
02 반도체법은 무엇을 정조준하는가
반도체법과 인공지능│인공지능 패권│한국에 불똥이 튀다

2장 기술 굴기에 목숨 건 중국: 기술 및 인재 독주
01 중국의 기술 독주는 왜 멈추지 않는가
속도를 높이는 중국의 추격│자연과학 대국
02 중국은 어떻게 인재를 빨아들이는가
천인계획이라는 블랙홀│어떻게 막을 것

3장 순순히 몰락하지 않는 일본: 소부장 국산화의 현실
01 일본은 침몰하고 있는가
시간을 쌓다│TSMC가 일본에 공장을 짓는 이유
02 중소기업이라는 버팀목
악마는 디테일에 있다│반도체 산업의 뿌리

2부 K 반도체의 극점 돌파

1장 기술 초격차
01 미래에도 답은 반도체
새로운 개념을 제시하다│더 빠르게, 더 높게│인공지능 반도체를 설계하다│자유롭게 휘어지는 힘, 유기 소재│10년 후 세상을 바꿀 2차원 소재
02 인공지능이라는 특이점
일상생활에 스며들다│질병 치료의 신기원│컴퓨터와 연결되는 뇌│특이점이 온다

2장 시장 선점
01 로봇과 인공인간의 시대
로봇과 반도체│인공인간은 무엇을 보는가
02 연결되지 않으면 돈이 되지 않는다
클라우드 서비스의 핵심│5G에서 6G로
03 모빌리티 시장에 후발 주자란 없다
세계는 왜 반도체 대란을 겪었나│전장 반도체라는 기회│아날로그 반도체와 화합물 반도체│1조 센서 시대를 준비하라

3부 2035년을 이끌 반도체 기업들

1장 위기에 강한 삼성전자: 반도체의 절대 강자를 꿈꾸다
01 위기, 위기, 위기
삼성전자의 필살기│위기 상황에서 제시하는 새로운 패러다임
02 TSMC를 넘을 수 있을 것인가
삼성 파운드리의 위기│누가 먼저 1나노 반도체에 도달할 것인가
03 다시 불붙은 패키징 전쟁
웨이퍼의 TSMC와 패널의 삼성전자│파운드리를 포기할 수 없는 이유

2장 창조하는 애플: 첨단 기술의 종합예술을 꿈꾸다
01 아이폰을 쓴다는 건 이런 기술을 쓴다는 것
혁신의 애플, 애플의 혁신│자동차 산업에서의 애플다움│특허를 통해 미리 만나보는 애플카
02 메타버스? 애플버스!
초월적인 방식으로 현실을 경험하라│메타버스의 시작

3장 압도하는 구글: 새로운 세계의 신을 꿈꾸다
01 인공지능, 신인가 악마인가
통찰하는 인공지능│인공지능 반도체를 설계하는 인공지능│소통하는 만큼 위험해진다는 역설│유튜브 알고리즘의 세 단계│파격적이거나 파국적이거나
02 양자컴퓨터가 온다
양자컴퓨터라는 필연│완벽한 보안을 제공하다│누가 먼저 상용화에 성공할 것인가

4장 도전하는 테슬라: 지구 넘어 화성을 꿈꾸다
01 바퀴 이후의 혁신
전기자동차 이전에 배터리│배터리 독립을 외치다│테슬라는 왜 인공지능을 개발하는가│7360개 대 3000개│믿음의 힘
02 테슬라가 그리는 인류의 미래
돈이 흐르는 곳│뉴럴링크와 메타의 BCI 경쟁

5장 다크호스: 또 다른 기회를 꿈꾸다
01 반도체 시장을 휘어잡은 슈퍼 을: ASML과 엔비디아
빛을 지배하는 기업, ASML│세상에서 가장 비싼 빛│엔비디아 GPU의 진정한 가치│이유 있는 독주
02 새로운 시대, 새로운 기회: 오픈AI와 세레브라스
LLM과 생성형 인공지능│오픈AI와 마이크로소프트의 역습│상식을 깨다│괴물 같은 크기, 괴물 같은 성능

4부 남겨진 과제

1장 위기와 기회는 공존한다
01 업턴은 가능할 것인가
감산만으로 충분한가│적에게 배우다│한국 반도체 산업의 새로운 기회
02 발목을 잡는 내부의 적
반도체 대신 메스를 잡는 인재들│축소 지향의 정부 지원│과학기술계 카르텔이라는 유령

2장 K 반도체의 활로를 찾아서
01 이인삼각 달리기
패권의 사용법│보조금과 세제 혜택│특혜는 없다
02 반도체 산업의 단순한 진실
SK하이닉스의 HBM│삼성전자의 PIM│K 대전략의 시작

주
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책 속으로

결과적으로 한국 반도체 산업이 따를 ‘대전략’의 퍼즐이 조금씩 맞춰지고 있다. 우선 기업들이 2022년 말부터 시작된 불황기를 오히려 기회 삼아 기술 초격차와 시장 전략을 탄탄히 준비해놓았다. 여기에 정부의 지원까지 더해진 만큼, 두 날개가 모두 준비된 셈이다. 마지막으로 인공지능 시대라는 순풍까지 불고 있으니, 2024년을 기점으로 다시 한번 날아오르리라고 기대해볼 만하다.
_ 12~13쪽 〈머리말〉 중에서

이런 이유 때문에 BIS가 중국의 인공지능 기업들을 정조준한 것이다. 즉 미국의 반도체법은 단순히 반도체 전쟁의 범위를 넘어, 중국의 인공지능 역량(여기에서 파생될 미국에 군사적으로 맞서려는 의지) 자체를 꺾어버리겠다는 더 큰 목표를 가지고 있다. 당분간은 미국의 기조가 쉽게 바뀌지 않을 것으로 보인다. 실제로 BIS의 조치 이후, 엔비디아가 반도체법을 피하고자 성능을 낮춰 지금까지 잘 팔아온 인공지능 반도체인 A800과 H800의 중국 수출이 중단되었다. 이로써 엔비디아는 A800의 2024년 인도분에 해당하는 대금 50억 달러(약 6조 4700억 원)를 날릴 판이다.
_ 47쪽 〈1부 1장 절대 강자 미국의 귀환〉 중에서

리버가 기소된 해에 한국에서도 사건이 터졌다. 40년 가까이 삼성전자에서 일하며 사장까지 올랐던 한 ‘삼성맨’이 중국 반도체 기업의 부회장직을 수락했다가 논란이 되었다. 여론의 질타에 결국 중국행을 철회했지만 삼성전자로서도, 한국으로서도 가슴을 쓸어내려야 했다. (…) 결과적으로 중국의 천인계획은 아주 효과적으로 작동하고 있다. 짧게는 20여 년, 길게는 70여 년간 계속된 인재 영입으로 중국의 반도체 기술은 크게 고도화되었다.
_ 63~64쪽 〈1부 2장 기술 굴기에 목숨 건 중국〉 중에서

우리가 국산화에 성공했다고 자랑하는 불화수소는 냉정하게 말해 수많은 반도체 소재 중 하나일 뿐이다. 반도체를 만들기 위해서는 수백, 수천 개의 소재가 필요하다. 이 모두를 국산화한다는 것은 가능성을 떠나 효율적이지 못하다. 결국 개발에 성공하더라도 그때까지 투입된 시간과 비용을 상쇄하기가 쉽지 않기 때문이다. 공급망을 다변화하는 것도 문제다. 일본산 소재는 오랜 기간 사용해보며 자연스레 품질 검증을 마쳤다. 그런데 갑자기 다른 나라에서 수입한 소재를 쓰면 어떤 문제가 발생할지 모른다. 더군다나 반도체는 생산 과정에서 먼지 한 톨 허락하지 않는 섬세한 제품이다. 당신이 반도체 기업을 운영한다면 이러한 위험을 굳이 감수하겠는가.
_ 78~79쪽 〈1부 3장 순순히 몰락하지 않는 일본〉 중에서

삼성전자와 SK하이닉스는 앞서 살펴본 HBM은 물론이고, PIM과 관련해서도 독보적인 기술력을 갖춘 상태다. 개발될 때만 해도 너무 고성능이라 오히려 외면받은 두 반도체지만, 인공지능 시대가 도래하며 드디어 빛을 발하고 있다. 지금 당장 HBM과 PIM을 구하려면 삼성전자와 SK하이닉스의 문을 두드릴 수밖에 없다. 반도체 시장에서 다시 ‘한국의 시간’이 오고 있는 것이다.
_ 91쪽 〈2부 1장 기술 초격차〉 중에서

모뎀 시장에서도 한국은 실수를 반복하는 중이다. 좋은 기술을 시장에 제대로 적용하지 못하는 실수 말이다. 앞으로 계속해서 커질 모뎀 시장에서 반전을 꾀하려면 어떻게 해야 할까. 결국 다시 기술 초격차에서 시작하는 수밖에 없다. 2023년 3월 삼성전자는 ‘엑시노스 모뎀 5300’이라는 새 5G 모뎀을 공개했다. 4나노 공정이 적용된 이 모뎀은 1초당 10기가바이트의 데이터를 다운로드하고, 역시 1초당 3.87기가바이트의 데이터를 업로드할 수 있는 최대 속도를 자랑한다. 이는 퀄컴의 최신 5G 모뎀인 ‘스냅드래곤 X75’를 살짝 앞서는 정도인데, 시장 격변이 기대된다.
_ 133쪽 〈2부 2장 시장 선점〉 중에서

결국 이때도 기술 초격차가 해답이다. 즉 TSMC보다 먼저 2나노 이하 반도체 양산에 성공하면 된다. GAA 개발로 증명했듯이, 삼성전자는 차세대 반도체 양산 역량에서T SMC를 한발 앞선 상태다. 2022년 6월 세계 최초로 3나노 반도체를 양산하며 GAA를 적용한 삼성전자는 2025년부터 2나노 반도체를 양산할 계획이다. 삼성전자는 자신들이 양산한 2나노 반도체가 3나노 반도체 대비 성능은 12퍼센트, 전력 효율은 25퍼센트 향상되고, 면적은 5퍼센트 감소할 것으로 자신하고 있다.
_ 173쪽 〈3부 1장 위기에 강한 삼성전자〉 중에서

지금 이 순간에도 애플카는 우리와 점점 가까워지고 있다. 2022년에 애플은 본인들이 개발한 자율주행 시스템을 실제 자동차 69대에 탑재해 미국 전역에서 시험 주행을 해보았다. 일단은 기존의 자동차 기업에서 만든 전기자동차나 자율주행 자동차를 활용했다고 한다. 하지만 일정표상으로 2024년이 지나기 전에 애플이 직접 디자인한 애플카를 볼 수 있을 전망이다. 그리고 계획대로라면 2026년이나 2027년이면 애플카가 드디어 출시될 것이다. 그때는 테슬라의 첫 번째 전기자동차 로드스터(Roadster)가 공개된 2008년과 더불어 자동차 산업에 한 획을 그은 해로 기억되지 않을까.
_ 204쪽 〈3부 2장 창조하는 애플〉 중에서

그때가 되면 분명 인류 문명은 새로운 전환점을 맞을 것이다. 이렇게 거창하게 말하는 것은 단지 양자컴퓨터의 성능이 뛰어나기 때문이 아니다. 양자컴퓨터가 여전히 베일에 싸여 있기 때문이다. 실제로 전문가들조차 연산 능력이 초월적이라는 것 외에 양자컴퓨터로 정확히 무엇을 할 수 있을지 아직 알지 못한다. 이제 막 하나둘씩 시도해보고 있을 뿐이다. 생각해보라. 1943년의 콜로서스(Colossus), 1944년의 하버드 마크 I(Harvard Mark I), 1946년의 에니악(ENIAC), 1951년의 유니박(UNIVAC) 같은 거대한 계산기를 보며 100년도 채 지나지 않아 컴퓨터가 이렇게나 많은 일을 하게 될 것이라고 상상한 사람이 과연 몇이나 되었겠는가. 오늘날 우리도 마찬가지다. 양자컴퓨터가 가는 길은 인류가 최초로 가는 길이다. 그 선봉에 구글이 있다. 구글이 새로운 세계를 만들고 있다.
_ 247쪽 〈3부 3장 압도하는 구글〉 중에서

테슬라는 지금 이 순간에도 또 다른 한계에 도전하고 있다. 가장 최근의 도전은 매우 철학적이고 윤리적인 성격을 띠기도 한다. 인간 존재의 기본 조건인 필멸성에 대한 도전이기 때문이다. 즉 테슬라는 영생을 꿈꾼다.
_ 264쪽 〈3부 4장 도전하는 테슬라〉 중에서

ASML을 한마디로 정의하면 ‘빛의 마술사’다. 빛 하나로 지금의 자리에 올랐다고 해도 과언이 아니다. 특히 7나노 이하 반도체를 양산하기 위해서는 ASML의 전매특허인 EUV 노광 장비가 필수다. ‘전매특허’라는 표현은 과장이나 비유가 아니다. 반도체 제조 장비 기업 중에 EUV라는 특수한 빛을 다룰 수 있는 곳은 ASML밖에 없다. 말 그대로 독점인 셈이다. 이런 이유로 전 세계 반도체 제조 장비 시장에서 2000년대에 일본의 캐논과 니콘을, 2010년대에 미국의 어플라이드 머티리얼스를 꺾은 이후 지금까지 절대 강자로 군림하고 있다.
_ 278쪽 〈3부 5장 다크호스〉 중에서

적어도 당분간은 엔비디아의 독주가 멈출 것 같지 않다. 점점 더 많은 연산을 요구하는 암호화폐 채굴, 점점 더 현실과 구분되지 않는 컴퓨터게임과 VR 기술, 점점 더 사람을 닮아가는 인공지능 등 GPU의 쓸모가 점점 더 많아지고 있기 때문이다. 실제로 많은 전문가가 엔비디아의 장기 집권을 예상한다. 현재 엔비디아는 전체 GPU 시장의 70퍼센트, GPU를 기반으로 한 인공지능 반도체 시장의 90퍼센트를 차지하고 있는데, 이보다 더 늘어나리라는 분석이 있을 정도다.
_ 290쪽 〈3부 5장 다크호스〉 중에서

오늘날 우리는 인공지능을 피부로 느끼는 시대를 살고 있다. 특히 LLM과 생성형 인공지능은 SF 영화 속에나 있던 인공지능을 바로 우리 곁으로 불러냈다. 그 개발 속도가 워낙 빨라 1, 2년 뒤를 예측하기조차 힘들지만, 생성형 인공지능 분야를 선점한 오픈AI와 마이크로소프트가 당분간 앞서 나갈 것으로 보인다. 반도체 기업들도 함께 재미를 보고 있다. 챗GPT 개발에 A100이 쓰인 것으로 확인되자 엔비디아의 주가가 두 배나 급등하기도 했다. 연장선에서 생성형 인공지능의 고도화는 HBM과 PIM을 꽉 쥐고 있는 삼성전자와 SK하이닉스에도 호재다. 이 정도면 인공지능 시대를 거부할 이유가 없어 보인다.
_ 302~303쪽 〈3부 5장 다크호스〉 중에서

세레브라스가 2019년 8월 공개한 WSE의 성능을 보면 이러한 기대가 분명 근거 있음을 알게 된다. TSMC의 16나노 공정으로 생산된 WSE에는 1조 2000억 개의 트랜지스터가 집적되어 있다. 앞서 소개한 엔비디아의 최신 인공지능 반도체인 GH200의 경우 집적된 트랜지스터의 수가 2000억 개 안팎으로 알려졌다. 무려 여섯 배 차이인데, 4년의 시차를 생각하면 더욱 놀랍다. 물론 WSE의 크기를 생각하면 당연한 결과일 수 있다. 하지만 세레브라스만이 그 당연한 결과를 내놓았다. 세레브라스의 설립자이자 CEO인 앤드루 펠드먼(Andrew Feldman)은 어느 인터뷰에서 “세레브라스의 거대한 반도체가 경쟁자들의 것보다 나은가?”라는 질문에 “경쟁자가 없다”라고 답했다.
_ 305~306쪽 〈3부 5장 다크호스〉 중에서

지금까지 살펴본 것처럼 최근 10년간 빅테크 기업들은 어디 한 곳 빠지지 않고 인공지능 반도체에 손을 댔다. (…) 오픈AI를 필두로 인공지능의 상업화가 첫발을 뗀 만큼 이러한 흐름은 해가 갈수록 강해질 것이고, 당연히 관련 반도체 수요가 폭발적으로 증가할 것이다. 전 세계 인공지능 반도체 시장은 2022년 기준 442억 달러(약 56조 1000억 원)에서 2023년에는 534억 달러(약 69조 1300억 원)로, 2024년에는 671억 달러(약 86조 8600억 원)로, 2027년에는 1194억 달러(약 154조 5700억 원)로 가파르게 성장할 전망이다.
_ 318~319쪽 〈4부 1장 위기와 기회는 공존한다.〉 중에서

이쯤 되면 진짜 비효율이 무엇인지 보이지 않는가. 정부는 연구·개발 예산을 삭감하며 ‘비효율’을 바로잡고, ‘과학기술계 카르텔’을 뿌리 뽑겠다고 했다. 나도 정부의 말 자체에는 동의한다. 다만 조준을 엉뚱한 곳에 하는 듯해 우려스럽다. 묵묵히 새로운 기회를 찾아 미래를 개척해나가는 한국 반도체 산업의 발목을 잡는 결과가 나오지 않기만을 바랄 뿐이다.
_ 337쪽 〈4부 1장 위기와 기회는 공존한다〉 중에서

한국의 반도체 기업들은 이미 세계 최고 수준이다. 그렇다면 정부 또한 반도체 강국이라는 타이틀에 걸맞은 세계 최고 수준의 지원을 보장해줄 필요가 있다. 그래야만 점점 치열해지는 반도체 전쟁에서 살아남을 수 있다. 반갑게도 2023년 12월 더욱 강력한 내용을 담은 두 번째 K칩스법이 발의되었다는 소식이 전해졌다. 이러한 노력이 계속된다면 한국 정부와 반도체 기업들의 이인삼각 달리기가 세계를 놀라게 할 순간이 다시 한번 찾아올 것이다.
_ 352쪽 〈4부 2장 K 반도체의 활로를 찾아서〉 중에서

동시에 이러한 인공지능을 좀 더 가까이에, 바로 손안에 두려는 시도가 본격화하고 있다. 도시 괴담처럼 손목에 반도체를 이식하는 것은 물론 아니다. 대신 스마트폰에 인공지능을 이식하는데, 이를 ‘온디바이스(On-Device) AI’라고 한다. 우리가 지금 바로 쓸 수 있는 대부분의 생성형 인공지능 서비스는 클라우드 기반으로, 네트워크 연결이 필수다. (…) 그런데 이를 독립된 전자 제품 홀로 담당할 수 있다면? 무선전화기 개발에 버금가는 혁신이 될 것이다. 바로 이것이 온디바이스 AI인데, 삼성전자는 2024년 출시할 갤럭시 S24에 이 기능을 탑재할 예정이다. 실제로 이를 지원할 차세대 AP인 엑시노스 2400은 인공지능 연산에 뛰어난 것으로 알려졌다. 애플의 경우 공식적으로 발표하지는 않았지만, 많은 전문가가 2024년에 출시될 아이폰 16 또한 온디바이스 AI를 지원할 것으로 예측하고 있다.
_ 365쪽 〈4부 2장 K 반도체의 활로를 찾아서〉 중에서

출판사 서평

“위기에 강하다”
K 반도체의 독보적인 위상
저자는 지난 10여 년간 대학원에서 정부출연연구기관으로, 이후 국내 최고의 공학 유튜브 채널로 자리를 옮기며 한국 반도체 산업의 행보를 추적해왔다. 정부 부처부터 기업까지 반도체 산업과 관련된 여러 플레이어와 협업한 경험은 기술뿐 아니라 시장과 정책까지 아우르는 시야를 갖출 기회가 되었다. 그런 저자가 보기에 2024년은 매우 중요한 해다. 한국 반도체 산업이 ① ‘미·중 반도체 전쟁의 2차전’이라는 위기와 ② ‘인공지능 시대’라는 기회를 모두 경험하는 해가 될 것이기 때문이다.
미·중 반도체 전쟁은 2021년 8월 미국이 RAMP-C 프로젝트라는 군사 작전을 전격 발동하며 시작되었다. 미군이 쓸 첨단 반도체는 미국 기업에서만 공급받겠다는 조치로(8~10쪽), 그 연장선에서 등장한 것이 1년 뒤 발효된 ‘반도체법’이다. 반도체법은 2800억 달러(약 366조 원)에 달하는 막대한 보조금과 세제 혜택으로 미국 반도체 산업을 지원하고, 중국 반도체 산업을 고립시키는 중이다. 실제로 설계와 생산, 소재 및 제조 장비 공급 등 반도체 산업의 핵심 영역을 담당하는 국가들이 모두 미국과 손잡았다(35~40, 332~333쪽). 세계 최고 수준의 파운드리를 보유한 한국도 예외는 아니어서, 2022년 12월 미국(설계), 타이완(생산), 일본(소재)과 뭉쳐 ‘칩4 동맹’을 완성했다(166~167쪽).
▶ 당분간 한국 반도체 산업이 중국이라는 거대한 시장과 멀어지리라는 것은 자명하다. 지금까지 한국의 반도체 수출액 중 40% 안팎이 중국에서 발생했으니, 이는 분명 큰 위기다. 미국이 유예 기간을 늘려주고 있지만, 상황 자체가 바뀔 여지는 점점 더 줄어들고 있다(40~41쪽). 반도체 전쟁이 끝나기는커녕 새로운 충돌로 이어지고 있기 때문이다. 중국은 2023년 9월 자국 기업들을 위해 3000억 위안(약 56조 원)의 보조금을 추가 조성할 정도로 의지를 불태우고 있고(333쪽), 이에 미국은 대중 반도체 제재의 수준을 높이며 전선을 확대하고 있다(44~46쪽). 삼성전자와 SK하이닉스 두 기업이 여태 중국에 투자한 금액만 68조 원에 달한다(38쪽). 반도체 전쟁의 2차전이 발발한다면 이는 모두 매몰 비용이 될 가능성이 크다. 그간 한국 반도체 산업은 미국과 중국 모두에 반도체를 공급하는 독보적인 위상 덕분에, 어떤 위기에도 강한 면모를 보여왔다. 하지만 지금은 두 강대국 사이에 끼고 말았으니, 한국 반도체 산업은 이 위기를 어떻게 돌파할 수 있을까?

“10년을 기다린 기회”
반도체 전쟁의 최후 승자가 될 K 인공지능 반도체
저자는 인공지능 반도체에서 위기 탈출의 가능성을 찾는다. ① 초고성능 메모리 반도체인 HBM(High Bandwidth Memory), ② 연산과 기록을 동시에 수행하는 새로운 차원의 반도체인 PIM(Processing In Memory)이 그 주인공이다. 인공지능을 개발하고 고도화하기 위해서는 HBM과 PIM이 필수인데, 10여 년간 기술을 갈고닦아온 삼성전자와 SK하이닉스가 해당 시장의 90%를 차지하고 있다(359~362쪽).
오늘날 인공지능은 단순한 고객 응대부터 금융 자산 관리까지 다양한 비즈니스 영역으로 빠르게 확산하는 중이다. 한마디로 “인공지능은 돈이 된다”(295~298쪽). 실제로 전 세계 인공지능 시장은 매해 35% 이상 폭발적으로 성장 중이다. 2030년에는 1조 3500억 달러(약 1741조 원)에 달할 것으로 전망된다(107~109쪽). 이것이 강력한 모멘텀으로 작용해 반도체 시장 또한 2030년에는 1조 달러(약 1300조 원)를 넘어선다는 것이 업계의 일반적인 관측이다. 그중 3분의 1을 인공지능 반도체가 담당할 것으로 보인다(184~186쪽).

▶ 그렇다면 인공지능 반도체의 대명사인 HBM과 PIM의 미래는 어떠할까? 저자에 따르면 이를 “예상할 수 있는 사람은 아무도 없다.” 상상 이상의 성과를 내고 있다는 뜻으로, 생성형 인공지능이 등장한 2020년대 들어 그 수요가 기하급수적으로 늘고 있다. 2023년의 전 세계 HBM 시장은 전년 대비 두 배 가까이 커졌다. SK하이닉스는 2023년이 다 지나기도 전에 2024년분 주문을 마감했다. 무엇보다 HBM은 일반적인 D램과 비교해 수익성이 10배에 달한다(359~362쪽). 이는 한국 반도체 산업을 떠받치는 삼성전자와 SK하이닉스에 크나큰 기회다. 두 기업이 지배하는 “메모리 반도체 시장 자체를 키울 수” 있을뿐더러, 기술 수준이 10년은 앞서 있어 다른 경쟁자가 존재하지도 않는다. 저자가 2024년을 한국 반도체 산업의 업턴이 시작되는 원년으로 보는 이유다.

테슬라와 엔비디아를 지탱하는
삼성전자와 SK하이닉스
한국 반도체 산업은 인공지능 반도체로 ‘슈퍼 을’의 지위를 차지했다. ① 테슬라와 삼성전자, ② 엔비디아와 SK하이닉스의 관계가 대표적이다. 그 외에도 애플, 구글, 아마존, ASML, 오픈AI(마이크로소프트) 등 인공지능 개발과 직간접적으로 연결된 빅테크 기업들이 한국 반도체 산업에 끊임없이 ‘러브콜’을 보내고 있다.
▶ 우선 테슬라의 자율주행 시스템인 오토파일럿(Autopilot)은 삼성전자의 지분이 매우 크다. 오토파일럿은 사방에 빛(레이저)을 쏘아 반사시키는 전통적인 방식 대신, 사람처럼 눈(카메라)으로만 보고 주변 상황을 파악한다. 따라서 시스템의 핵심인 인공지능 반도체부터 달라야 했는데, 그 개발에 삼성전자가 큰 도움을 주었다. 테슬라는 삼성전자의 AP(스마트폰용 CPU)인 엑시노트를 바탕으로 자신들의 인공지능 반도체인 FSD(Full Self-Driving)를 완성했다. 삼성전자는 FSD 1세대와 2024년 공개될 3세대의 양산을 모두 맡았다(257~260쪽).

▶ 2023년 5월 시가총액 1조 달러를 돌파한 엔비디아의 행보는 더욱 눈여겨볼 만하다. 오늘날 인공지능은 GPU 없이 개발할 수 없다. 막대한 데이터를 반복 학습하는 인공지능의 특성상 CPU보다는 여러 데이터를 동시에 처리하는 GPU가 더 적절하기 때문이다. 이 작업에 가장 특화된 GPU를 생산하는 기업이 바로 엔비디아다. 그런데 엔비디아의 GPU를 살펴보면 SK하이닉스가 생산한 HBM이 잔뜩 박혀 있다. GPU의 성능을 극대화하고자 HBM을 사용한 것이다. 실제로 SK하이닉스는 2023년까지 엔비디아에 HBM을 독점 공급해왔다. 2024년에는 삼성전자 또한 일부를 공급할 예정이다(356~358쪽). 저자는 이러한 상황을 ‘K 반도체 대전략’의 핵심으로 꼽는다. 즉 엔비디아의 GPU를 중심으로 돌아가는 빅테크 기업들의 인공지능 개발 열기가 뜨거워질수록, 그 혜택은 자동적으로 삼성전자와 SK하이닉스가 누리게 된다는 것이다(362~367쪽). 한마디로 “슈퍼 을은 아무도 막을 수 없다.”

파운드리의 오랜 강국인 동시에
팹리스의 신생 강국
① 파운드리(생산)와 ② 팹리스(설계) 모두를 아우를 만큼 생태계가 성숙해진 것도 한국 반도체 산업에 큰 기회가 된다.
▶ 한국은 타이완과 파운드리 강국의 지위를 놓고 치열하게 경쟁 중이다. 그 최전선에서 있는 두 기업이 삼성전자와 TSMC다. TSMC는 파운드리 시장의 57.9%을 차지하는 절대 강자다. 그들은 위탁 생산에만 집중하는 전략으로 지적재산권에 민감한 고객사들을 끌어모으는 데 성공했다. 이 네트워크는 VCA(Value Chain Aggregator)라는 이름의 협력체로 똘똘 뭉쳐 있다(168~172쪽). 삼성전자는 기술 초격차로 그 틈을 파고드는 중이다. 실제로 반도체 미세화 로드맵에서 삼성전자는 TSMC를 반년 정도 앞서며 시장 점유율을 12.4%까지 높인 상태다. 2022년 6월에는 GAA(Gate-All-Around)라는 패키징 기술을 활용해 세계 최초로 3나노 반도체를 양산했다(160~162쪽). TSMC에 비해 불안정하다고 평가받았던 수율도 비슷한 수준까지 끌어올린 상태다(169쪽). 유기 소재부터 2차원 소재까지, 반도체의 성능을 획기적으로 높일 소재 개발에서도 두각을 드러내는 중이다(99~104쪽).

▶ 팹리스 스타트업들은 한국의 반도체 생태계를 완성하고 있다. 책은 그 대표 주자로 리벨리온과 퓨리오사AI를 소개한다. 이들이 설계한 시스템 반도체는 세계적으로 인정받으며 엔비디아와 함께 언급될 정도다. 특히 리벨리온은 KT와 JP모건 등 여러 고객사에 제품을 납품하며 8000억 원의 기업 가치를 인정받은 상태다(96~99, 323~326쪽).
이처럼 위용을 갖춰가는 생태계 덕분에 한국 반도체 산업은 다른 산업들과 더욱 폭넓게 연결되고 있다. 특히 자동차에 쓰이는 전장 반도체 시장과 무선통신망 구축에 쓰이는 모뎀 시장에 발빠르게 진출 중이다. 한국의 반도체 기업들은 현대자동차나 KT 같은 ‘아군’의 도움을 얻어 빠른 시일 내에 관련 기술을 고도화하고 상품화할 것으로 보인다. 무엇보다 두 시장은 매해 각각 10%와 30% 이상 성장하고 있다(133, 140쪽). 이처럼 큰 시장을 놓칠 수 없다. 이재용 삼성전자 회장이 2024년 신년 메시지를 발표하는 대신에 6G 모뎀 개발 현장을 방문한 것도 그러한 의지를 드러낸다.

K칩스법부터 반도체 동맹까지
기업과 정부의 이인삼각 달리기
마지막으로 저자가 강조하는 것은 정부의 역할이다. 그 행보에 따라 정부는 한국 반도체 산업에 위기가 될 수도, 기회가 될 수도 있다. ① 산업 단지 지원 미비, 연구·개발 예산 삭감 등이 전자에 속한다면, ② K칩스법 제정, 반도체 동맹 결성 등은 후자에 속한다.
▶ 반도체 산업이 원활히 굴러가려면 복잡하게 얽히고설킨 이해관계를 조정해야 하는데, 이 부분에서 정부의 의지와 지원이 필수다. SK하이닉스가 120조 원을 투자하는 용인 반도체 클러스터의 경우, 2019년 2월에 부지가 정해졌는데도, 공업용수 공급, 환경영향평가, 토지 보상 등의 문제 때문에 아직 착공도 못 하고 있는 실정이다. 정부와 협의해 시작된 프로젝트인데도 그렇다. TSMC가 마음껏 전기를 쓸 수 있도록 전용 댐을 지어준 타이완 정부의 행보와 비교되는 지점이다(350~352쪽).

▶ 연장선에서 정부가 2024년 예산안을 짜며 연구·개발 예산을 삭감한 것 또한 매우 아쉬운 대목이다. 반도체 기술은 많은 부분이 기초과학과 연결되므로, 이는 한국 반도체 산업의 경쟁력을 흔들 수 있는 문제다. 더욱 의아한 것은 반도체 산업을 적극적으로 지원한다면서도, 팹리스 관련 연구·개발 예산의 90% 이상을 삭감한 점이다(334~337쪽).

▶ 반면에 기대할 점도 있다. 우선 2023년 3월 K칩스법이 국회 문턱을 넘었다. 반도체 기업들에 최대 25~30%의 세제 혜택을 제공하는 안으로 결정되며 ‘글로벌 스탠더드’를 충족했다(347~349쪽). 아울러 K칩스법은 인재 육성부터 산업 단지 조성까지 다양한 지원안을 담고 있는데, 그 효과가 곧바로 나타나는 중이다. 삼성전자가 300조 원을 투자하는 또 다른 용인 반도체 클러스터가 좋은 예다. K칩스법 통과에 맞춰 시작된 이 프로젝트는 예비타당성 조사를 면제받는 등 매우 빠르게 진행 중이다(350~352쪽).

▶ 한국과 네덜란드가 맺은 반도체 동맹도 주목할 만하다. 네덜란드에는 세계 최고의 반도체 제조 장비 기업인 ASML이 있다. 오늘날 7나노 이하 반도체를 생산하려면 ASML밖에는 선택지가 없을 정도다. 파운드리 강국인 한국이 네덜란드를 반드시 붙잡아야 하는 이유다. 두 국가는 2016년 ‘포괄적 미래지향적 동반자 관계’를 수립했고, 2021년 정상회담에서 반도체 동맹의 운을 띄웠다. 그리고 2023년 12월 해당 내용을 명문화했다. 연장선에서 ASML이 삼성전자와는 한국에 연구·개발 시설을 공동 설립하기로, SK하이닉스와는 반도체 제조 기술을 공동 개발하기로 결정했다(284~285쪽).

한마디로 반도체 산업은 기업과 정부의 “이인삼각 달리기”다. 한국의 반도체 기업들이 세계 최고 수준이라면, 정부의 지원도 그에 발맞춰야 한다. “그래야만 점점 치열해지는 반도체 전쟁에서 살아남을 수 있다.” 이 책은 기술과 시장, 기업과 정부, 한국과 세계를 넘나들며 넓디넓은 반도체의 세계를 정밀하게 집적해낸다. 흔들리지 않을 투자처를 고민하는 독자에게도, 한국 반도체 산업의 다음 행보가 궁금한 독자에게도 최고의 로드맵이 될 것이다.

작가정보

저자(글) 권순용

성균관대학교에서 전장 반도체와 반도체 접합 연구로 석사학위를 받고, 한국생산기술연구원(KITECH)에서 반도체 패키징 소재를 연구했다. 현재 과학기술 뉴미디어 ‘하이젠버그’의 대표이자, 66만 명의 구독자를 열광케 한 유튜브 채널 〈에스오디 SOD〉를 운영 중이다. 과학기술과 공학, 산업과 시장을 아우르며 반도체와 관련된 흥미로운 이야기를 대중의 눈높이에 맞춰 풀어내고 있다. 누구보다 한발 앞서 가장 최신의 정보를 제공하는 만큼, “에스오디에 사서 슈카에 팔아라”라는 유행어가 생길 정도로 투자자들에게도 사랑받고 있다.
지금까지 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 고용노동부, 한국과학창의재단 등의 정부 기관, 한국과학기술원(KAIST), 한국과학기술연구원(KIST), 한국과학기술한림원(KAST), 기초과학연구원(IBS) 등의 연구 기관과 협업해 여러 프로젝트를 진행했다. 또한 한국을 대표하는 반도체 기업인 삼성전자와 SK하이닉스, 리벨리온과 퓨리오사AI를 비롯해 엔비디아, IBM, 퀄컴, ASML 등의 산업 내 핵심 플레이어들과 활발히 협업 중이다.
반도체가 바꿀 인류의 미래를 담아낸 첫 책 《반도체, 넥스트 시나리오》(2021)가 TSMC의 나라 타이완에서 출간되며 현지 독자들에게도 이름을 알리고 있다.