생생한 반도체 이야기 - 중국의 반도체 굴기를 어떻게 이해하면 좋을까요?

안녕하세요. capincau입니다.
친한 동생의 소개로 steemit을 알게 되었고 눈팅만 하다가 처음으로 글을 써봅니다. 처음 해보는 일이라서 조금 긴장도 됩니다만, 가볍고 재미있게 읽을 수 있 글이 되기를 바랍니다.

시작하기에 앞서

세상의 일들은 우연에서 비롯된 것들이 많다고 생각합니다. ‘자고 일어났더니 부자가 되어 있더라’는 어떤 이의 이야기가 있습니다만, 저도 공학을 전공하고 어쩌다 보니 반도체 산업의 한 분야를 직업으로 삼게 되었고, 엔지니어로 꽤 오랫동안 경력을 쌓았습니다. 반도체 기술을 웹사이트에서 검색하면 CMOS와 같은 소자의 기본원리나 특성, 그리고 수십 년 전에 발견되어 정립된 이론들이 넘쳐납니다. 물론 이런 자료들은 반도체를 이해하는데 꼭 필요한 것들입니다. 그러나 현장에서 얻은 경험들을 재미있게 풀어서 곁들일 수 있다면 반도체에 관심을 갖고 제대로 이해하는 사람들이 더욱 많아질 것이고, 욕심일지 모르겠지만 반도체 산업에서 겪고 있는 이공계 전문인력의 부족현상을 해소하는데도 도움이 되지 않을까 하는 막연한 기대까지 품게 되네요.

자, 그럼 첫번째 이야기를 시작하겠습니다.
주제를 정하는 게 참 어렵습니다. 기술적인 것들을 먼저 꺼내기도 그렇고... 그래서 언론에 많이 나오는 중국과 관련한 이야기를 꺼내 보겠습니다.

메모리 반도체 분야에서 중국 기업의 도전

많은 분야에서 중국은 한국을 이미 추월했거나 무섭게 추격하고 있습니다. 화학공업이 그랬고 이견이 있긴 하지만 조선도 수주나 건조 규모는 중국이 우리나라보다 큽니다. 철강도 국유기업이긴 합니다만 세계 10위권에 이름을 올리고 있고 디스플레이는 중국이 우리나라를 이미 앞선다는 평가를 하고 있습니다. ‘~~굴기’라는 이름으로 산업의 전 방위에서 벌어지고 있는 중국의 움직임은 반도체도 예외가 아닙니다. 이미 시스템 반도체 분야에서 1,000개가 넘는 팹리스 반도체 회사를 보유하고 있고, 팹리스 반도체 회사의 시장점유율은 10% 정도 차지하고 있습니다. 물론 반도체 산업은 설계 뿐만 아니라 생산도 매우 중요하기 때문에 중국의 팹리스 반도체 회사만 가지고 중국의 반도체 산업진출을 두려워할 필요는 없습니다만, 한국의 시장 점유율이 1% 수준에 불과하므로 중국의 설계 기술력을 눈여겨볼 필요는 있다고 생각합니다.

2015년에 중국은 2025년까지 우리 돈으로 약 180조 원을 투자하여 반도체 산업을 육성하겠다고 선언했습니다. 반도체 산업은 기술집약적인 산업이면서 어마어마한 장치산업이기 때문에 팹 하나를 건설하고 장비를 설치하여 생산에 필요한 준비를 하는데 10조 원이 넘는 투자가 필요합니다. 중국이 2025년까지 투자하겠다고 하는 180조 원은 반도체 산업의 특성을 고려했을 때 그렇게 큰 금액이라는 생각은 들지 않습니다만, 단일 산업에 이만큼의 자금을 투자하겠다는 중국의 계획은 아마도 공산당이 생긴 이후로 처음인 것 같습니다. 그러면 왜 중국은 ‘반도체 굴기’를 선언하고 한번도 제대로 해보지 못한 사업에 천문학적인 비용을 투자하겠다고 하는 것일까요?

중국은 전 세계 반도체 생산량의 60%를 소비하고 매년 2200억 달러, 우리 돈 250조 원에 달하는 금액을 반도체 수입에 사용하고 있지만 반도체 자급률은 20% 수준이라고 합니다. 단일 품목으로 수입액이 원유보다 많으며, 수입액 기준으로 1위를 차지하고 있습니다. 반도체 굴기의 첫번째 이유는 막대한 수입액이며, 4차 산업혁명이 시작되면서 더 많은 반도체 수요가 생길 것이라는 예상이 두번째 이유입니다.

중국의 산업육성 과정

혹시 ‘중국 특색 사회주의’ 또는 ‘중국식 사회주의’라는 용어를 들어보신 적이 있습니까?

중국의 경제사 이야기를 잠깐 해야 하는데, 1966년부터 1976년까지 지속되었던 문화대혁명 이후, 중국은 정치, 경제, 사회의 전반적인 상황이 좋지 않았습니다. 경기는 점점 침체되어갔고 경제발전에 대한 요구가 커지고 있었습니다. 몇 가지 정치적인 사건 이후 덩샤오핑이 지도자가 되면서 1970년대 후반의 개혁, 개방이 진행됩니다. 정치적으로는 사회주의, 경제적으로는 공산주의를 기반으로 하던 중국은 개인의 소유를 인정하고 자본주의 경제체제를 도입하기 시작합니다. 덩샤오핑의 ‘흑묘백묘’가 개혁, 개방을 설명하는 대표적인 표현인데, 덩샤오핑은 인민들이 잘먹고 잘살게 하는데 시장경제가 필요하면 받아들일 수 있다고 주장합니다. 그러나 오랜 문화대혁명의 여파로 지식인과 기술자 뿐만 아니라 고등교육을 받은 사람의 숫자가 매우 부족하였기 때문에 자력으로 키울 수 있는 산업이 없었습니다. 잘 아시는 것처럼 외국 기업들에게 부동산 임대료나 법인세와 같은 각종 세제혜택, 그리고 기반시설 등을 제공하여 외국 기업들이 중국에 공장을 짓고 생산을 할 수 있도록 유도하였습니다. 대신, 외국 기업이 중국에 투자할 때 중국 기업과 합작하는 형태를 조건으로 내걸어 중국 기업이 관련 기술을 배울 수 있도록 하였습니다. ‘짝퉁’과 ‘세계의 공장’이라는 이미지는 바로 외국 기업의 투자를 유치하면 자국 기업의 기술경쟁력을 확보하려는 시기에 생긴 것입니다.

1980년대부터 2000년대에 이르기까지 이러한 전략은 기술확보에 효과적이었고, 이때 얻은 기술로 산업분야를 단계적으로 공략하기 시작합니다. 중국 기업의 비교우위를 극대화하는 첫번째 단계는 엄청나게 큰 내수시장에서 중국 기업의 영향력을 키우는 것이었습니다. 중국 기업이 기술을 확보하면 정부 차원의 막대한 보조금 지원으로 중국 기업이 가격경쟁력을 확보할 수 있도록 하는 한편, 외국 기업에게는 투자를 유치할 때 제공하였던 혜택들을 없애고 임금 인상과 각종 규제를 적용하여 경쟁력을 잃게 만들었습니다. 두번째 단계는 값싼 노동력을 기반으로, 해외 어느 기업보다도 뛰어난 가격경쟁력을 무기로 세계 시장에서의 영향력을 키우는 것이었습니다. 내수 시장과 저가 시장에 쌓은 자금력으로 인수합병을 통해 몸집을 키우고 기술개발을 통한 경쟁력 확보로 경쟁 기업을 무력화하여 세계 1위의 제조 기업을 만들 수 있었는데, 석유화학제품 분야에서 이러한 일들이 벌어지고 있고 우리나라 석유화학 기업 중 한국카프로락탐은 그 대표적인 사례라고 할 수 있겠습니다.

중국의 반도체 산업 현황

앞서 잠시 언급을 했습니다만, 반도체 산업은 설계기술과 생산기술 모두 중요합니다. 우리나라와 중국만 놓고 본다면, 중국의 반도체 설계기술은 이미 우리나라보다 훨씬 앞서 있다고 할 수 있습니다. 단순히 시장점유율만 봐도 중국이 우리나라보다 점유율이 높고, 화웨이 같은 통신회사는 ‘하이실리콘 반도체’라는 반도체 설계회사를 자회사로 두고 있어서 AP와 같은 첨단부품도 자력으로 설계가 가능한 수준입니다.

최근의 기사를 보면, 중국은 올해 28나노급의 2Gb DRAM과 32단의 3D NAND를 연내 생산할 계획이라고 합니다. 구체적으로 어떤 제품을 생산할 것인지 명시한 것을 보면 개발은 성공했을 것 같습니다만, 수익을 기대할 수 있는 수준은 아닌 것 같습니다. 아마도 메모리 반도체를 생산하고 수익을 낼 수 있는 수준이라면 연말에 생산하겠다고 몇 줄의 기사가 나오는 정도로 끝내지는 않았을 겁니다.

삼성전자와 SK하이닉스의 메모리 반도체 연혁

아래의 표는 삼성전자와 SK하이닉스의 메모리 반도체 개발 또는 양산시기를 정리한 것입니다. 각 사의 웹사이트에 공시된 정보를 바탕으로 작성했고, 중국에서 올해 생산하겠다고 하는 제품이 우리나라 기업은 언제 생산했는지 비교해보시면 중국의 기술수준을 가늠할 수 있을 것입니다.

중국 반도체 산업의 한계

2015에 반도체 굴기를 선언하면서 10년 간 180조 원에 달하는 투자를 이야기했을 때, 사람들은 그전까지 중국이 각 산업분야에서 이뤘던 성과를 반도체에서도 이룰 수 있을 것이라고 예상했습니다. 언론에서도 중국의 반도체 산업 진출이 우리나라의 메모리 산업 경쟁력을 약화시키고 머지않아 주도권을 빼앗길 것처럼 기사를 쓰기도 했었지요. 사실, 가능성이 전혀 없는 이야기는 아닙니다. 높은 수준의 반도체 설계기술을 보유한 중국 회사가 원가경쟁력을 확보한다면 중국이 반도체 분야에서 1위가 되는 것은 시간의 문제일 뿐이니까요.

반도체 산업에 오랫동안 종사했던 사람으로서, 중국의 반도체 기업이 갖는 한계를 이야기해보고 합니다. 어디까지나 주관적인 것이니 동의하기 어려우면 ‘이런 관점도 있구나’ 정도로 넘어가셔도 좋을 것 같습니다.

첫번째 이유로 꼽고 싶은 것은 빈약한 제조 기술입니다.
삼성전자와 SK하이닉스는 10나노급의 DRAM과 5세대의 3D NAND 제품을 양산하고 있습니다. ‘양산한다’의 의미는 꽤 높은 수준의 수율을 확보해야 가능합니다. 원형인 한 장의 웨이퍼에는 칩의 크기에 따라서 수십 개부터 수백, 수천 개의 칩이 가공되는데, 모든 칩이 양품이면 ‘수율 100%’라고 이야기 합니다. 수율에 상관없이 웨이퍼 한 장을 가공하는데 동일한 비용이 들어가므로 수율이 높으면 그만큼 원가 경쟁력이 있다고 이야기할 수 있습니다. 중국이 DRAM은 28나노 제품, 3D NAND는 32단 제품을 연말에 생산하겠다고 하는 것을 보면 아직은 개발단계에 와있는 것 같습니다. 아직은 수율이 매우 낮을 것으로 예상되며, 더군다나 폭발적인 메모리 반도체 수요의 증가로 인해 원자재의 가격상승이 지속되고 있어서 중국 기업의 원가경쟁력은 더욱 나빠질 것으로 예상됩니다.

두번째는 낮은 반도체 장비 구매력입니다.
앞서 설명한 것과 같이 반도체 산업은 대규모의 장치산업입니다. 어마어마한 규모의 비용이 장비구입에 사용됩니다. 반도체 신규라인 투자와 관련한 언론의 기사를 잘 보면, 우리 돈으로 조 단위가 아닌 것이 없습니다. 바로 며칠 전에는 수십 조 원을 투자하겠다는 기사도 있었는데, 이 금액이 건물과 인력을 충원하는데 필요한 것이라고 생각하는 사람이 있을까요?
대부분의 비용이 반도체 장비를 구매하는데 사용됩니다. 반도체 장비를 만드는 회사의 입장에서 본다면 매출에 영향력이 큰 회사 위주로 사업을 할 수밖에 없습니다. 장비의 가격과 인도 날짜를 결정하는데 아무래도 구매력이 큰 회사가 유리할 것입니다. 이것은 메모리 반도체의 원가에도 영향을 주지만 메모리 제조사가 장비를 안정적으로 운영하는 능력에도 영향을 줍니다.

세번째는 절대적인 고급인력의 부족입니다.
반도체 산업은 대규모의 장치산업이지만 기술집약적인 산업이기도 합니다. 기술은 무형의 자산이므로 사람의 영향을 아주 크게 받습니다. 중국 내 반도체 회사의 개수는 작은 편이 아닙니다. 삼성전자와 SK하이닉스도 중국에 메모리 공장을 가지고 있고, 인텔이나 마이크론도 공장을 운영하고 있습니다. 들리는 소문에 의하면, 2017년에 중국에 건설된 반도체 공장은 10개가 넘는다고 합니다. 그러나 숙련된 고급인력은 우리나라와 비교했을 때 매우 부족한 실정입니다. 저는 그 이유를 두 가지 정도로 생각하고 있는데요, 하나는 외국의 기술자들에게 중국은 그다지 매력적인 근무지가 아니라는 점입니다. 다른 제조업과 달리 반도체 공장은 주변에 큰 도시를 끼고 있는 경우가 많습니다. 우리나라의 반도체 공장들 중 대부분이 서울에서 출퇴근이 가능한 거리에 있고, 미국에 있는 반도체 공장도 소재하는 주의 중심도시에 위치하고 있습니다. 중국은 몇몇 대도시를 제외하면 생활수준이 상대적으로 나쁜 편에 속하는데, 대도시라고 하더라도 환경오염 등의 문제로 기술자들에게 좋은 인상을 주지 못하는 것 같습니다. 중국이 고급 반도체 인력이 부족한 또 다른 이유는, 잦은 이직 탓이 아닌가 생각합니다. 반도체 산업은 기술의 연속성과 경험이 매우 중요합니다. 다른 산업은 이론을 바탕으로 개발과 생산이 이루어지지만 반도체는 경험과 이론이 일치하지 않는 경우가 종종 있습니다. 따라서 오랜 경험을 가진 인력이 많을수록 전문성이 확보된다고도 할 수 있는데, 중국의 근로자들은 한 곳에 오래 일하는 드물다고 합니다. 이러한 분위기에서 경험 많은 기술자는 나오기 어렵습니다.

마무리

중국의 반도체 산업 진출은 한편으로 우리나라가 가지고 있는 반도체 산업의 주도권 유지와 우리나라 반도체 기업의 생존에 위협이 될 거라는 예상은 부인하기 어렵습니다만, 그 위협이 가까운 미래일 것이라는 생각은 들지 않습니다. 상대를 얕잡아보고 있는 것이 아닐까 스스로에 질문도 던져 봅니다만, 훌륭한 인적 자원과 풍부한 경제적 지원을 보유하고도 우리나라 기업들에 추월당한 뒤 한번도 우리 기업들을 극복하지 못했던 일본과 대만의 메모리 반도체 회사들의 사례가 우리나라 회사들에게 희망이 될 것입니다. 반도체 기술에 물리적인 한계가 존재하고 있고 그 한계를 넘는 기술은 어느 기업도 가지지 못했기 때문에 앞으로 어떻게 전개될지는 두고 볼 일이지만, 개인적으로 몇 년 사이에 중국으로 메모리 반도체의 주도권이 넘어가는 그런 상황은 생기지 않을 것으로 예상합니다.

용어설명

시스템 반도체
DRAM과 플래시 메모리와 같은 메모리 반도체를 제외한 나머지(비메모리 반도체)를 의미합니다. 스마트폰이나 태블릿PC에 들어가는 AP 또는 PC에 들어가는 CPU, GPU가 대표적인 시스템 반도체입니다.

팹리스(Fabless)
반도체 사업은 설계와 생산으로 나눌 수 있습니다. 설계와 생산을 모두 하는 회사도 있습니다만, 설계만 하는 회사가 있고 생산만 하는 회사도 있습니다. 그 중 설계만 하고 생산을 하지 않는 회사를 팹리스(Fabless)라고 하고, 위탁생산만 하는 회사를 파운드리(Foundry)라고 합니다. 퀄컴이나 브로드컴 그리고 엔비디아가 대표적인 펩리스 반도체 회사입니다.

Gb(Gigabit)
0 또는 1을 나타내는 한 단위를 bit라고 하고, 십억 bit를 1Gb로 나타낸다. 메모리 반도체의 용량을 나타내는 단위로 사용되는데, 소문자 b를 써서 하드디스크의 용량을 나타내는 가장 작은 단위인 Byte(1 Byte=8 bit)와 구분한다.

수율(YIELD)
반도체는 웨이퍼라고 하는 원형의 실리콘 기판에 수백, 수천 개의 칩을 가공하고 낱개로 잘라내어 패키징 공정을 거쳐서 최종 제품을 만드는데, 웨이퍼 한 장에서 나올 수 있는 최대 개수 중 양품의 개수를 수율이라고 한다. 수율은 원가에 매우 큰 영향을 주는데, 수율이 10% 높으면 같은 가공비용으로 10% 더 많이 생산할 수 있어서 그만큼의 원가를 낮출 수 있게 된다.

참고자료

삼성전자 지속가능경영보고서(2017)
http://www.samsung.com/sec/aboutsamsung/sustainability/report-and-policy/

삼성전자 연혁
http://www.samsung.com/sec/aboutsamsung/company/history/

삼성반도체이야기
http://www.samsungsemiconstory.com/

SK하이닉스 하이라이트
http://blog.skhynix.com/

SK하이닉스 지속가능보고서(2017)
http://www.skhynix.com/kor/sustain/sustainManage.do

SK하이닉스 연혁
http://www.skhynix.com/kor/about/history2010.jsp

반도체 공정
http://www.samsungsemiconstory.com/search/%EB%B0%98%EB%8F%84%EC%B2%B4%208%EB%8C%80%20%EA%B3%B5%EC%A0%95