한국은행 출입기자 공부모임인 'BOK習(복습)'에서 9월 15일 모임을 가졌습니다. 모임 회원인 최정희 이데일리 기자가 정리한 강의 내용을 공유합니다.

□ 주제 : 반도체 위기인가, 기회인가

□ 강사 : 김양팽 한국산업연구원 전문연구원

<복습 회원들이 김양팽 전문연구원의 강의를 듣고 있다.>   

□ 메모리와 시스템 반도체

- 메모리 반도체> 데이터를 저장하는 것, D램과 낸드가 있는데 D램은 전원이 켜졌을 때만 저장 가능해 휘발성 메모리임. 휘발성 메모리는 전기가 켜졌을 때는 빨리 움직여서 PC나 데이터 서버에 사용. 낸드플래시는 속도는 느린데 전원 꺼져도 데이터 저장이 됨. USB가 대표적 낸드플래시 이용한 제품. 지금 낸드 시장이 커지고 있다는 게 다양한 디바이스가 많아진다는 의미임. 노트북에는 D램이 들어감. 그런데 SSD 카드는 낸드가 들어감. 저장 장치로서의 역할을 대체하고 있음. 

- 시스템 반도체> CPU는 컴퓨터에 들어감. AP, 이미지센서, 차량용 반도체, GPU(엔비디아), NPU 등이 있음. 이 영역은 비메모리 반도체라는 단어를 썼었음. 이제는 그냥 시스템 반도체라고 함. 예전에는 비메모리 쓰다가 산업부, 과기부의 알력 싸움, 비메모리가 부정적이라는 느낌이라는 지적이 나옴. 시스템 반도체라는 용어로 통합. 시스템 반도체 산업은 파운드리(반도체 생산, TSMC, 삼성전자), 팹리스(반도체 설계, 엔비디아, 퀄컴)로 나뉨.

□ 반도체 산업의 생태계

- 반도체를 위해선 '팹리스(회로 설계)->제조(파운드리), 포장/검사' 과정인데 메모리는 이것을 한 회사에서 함. 그런데 시스템 반도체는 설계, 제조, 후공정이 분리가 됨. 그러나 보니 팹리스, 파운드리가 어디 속할 때가 없음. 그래서 시스템 반도체로 묶이게 됨.

□ 반도체 8대 제조공정 - 메모리, 시스템 반도체 모두 해당

- 웨이퍼 가공(전 공정), 처리 및 테스트(후 공정)/ 8대 공정 = 웨이퍼 제조->산화공정->포토공정->식각 공정->증착 및 이온주입->금속배선 공정->EDS 공정->패키징 공정// 이온 주입까지 하면 웨이퍼는 전도성을 갖게 됨. 회로에 따라 전기가 통하도록 금속배선 공정을 함. EDS 공정은 전기적 특성검사를 통해 품질 테스트를 하는 과정임. EDS를 통해 수율이 측정됨. 정상 작동과 정상이 아닌아닌 작동 칩의 개수를 비교한 것임. 패키징 공정은 다양한 전자기기에 들어갈 수 있도록 디자인 등을 하는 과정임. 성형 공정 및 제품명 마킹하고 파이널 테스트를 거침. 웨이퍼 속에 네모칸을 잘라서 포장함. 후공정이 많이 중요하다고 말함. 후공정 자체는 간단함. 전 공정이 고도의 기술이 들어가고 후공정은 부가가치가 낮음. 잘라서 포장하니까. 그래서 관심이 없었음. 메모리 반도체는 한 회사에서 처리. 메모리 반도체는 소품종 다량 생산의 체제. 메모리 반도체 업체가 다양한 패키징을 익힐 수가 없음. 그런데 파운드리는 여러 회사에서 주문해서 다양한 반도체 직접 만둚. 거기에 들어가는 패키징 종류도 많음. 단순하고 부가가치가 낮은 것은 외부에 맡김. 후공정 전문 업체들이 함. 파운드리는 고기능 패키징을 함. 대만 패키징 기술이 뛰어난데 우리는 그렇지 않음. 우리나라는 굳이 패키징을 할 필요가 없었기 때문임. 대만 TSMC 등은 외부 기업을 활용하지만 삼성전자는 그럴 필요가 없었음. 삼성전자 후공정은 온양에 있고 천안에도 있음. 삼성전자 내에서 다 해결함.

□ 반도체 수요 

- 반도체 수요는 PC, 스마트폰, 데이터 센터로 크게 구분됨. 시장 비율은 35/30/15~20 정도로 봄. 나머지 기타 수요. 반도체 전망을 어떻게 볼까 하면 각각의 시장을 봐야 함. 그 시장이 좋지 않은데 반도체만 팔린다는 것은 말이 안 됨. 반도체 시장이 안 좋다는 기준은 가격 하락임. 시스템 반도체의 경우에는 금액 단가를 책정하기 어려움. 제품 종류가 다양하고 만드는 회사에 따라 다름. 표준 가격을 정하기가 어려움. 메모리 반도체는 누가 하든 같은 사양 제품은 같은 가격에 판매됨. 2022년부터 올해 7월까지 가격이 쭉 내려옴. 반도체 수출이 크게 줄어듦. 월 평균 90억 달러. 사실 작년 4분기 안 좋았지만 작년 수출 전체로는 우리나라 역대 1위였음. 반도체 수출이 잘 되는 것으로 알고 있는데 1,000억 달러 수출한 게 4번 밖에 없어. 2018년, 2019년, 2021년 작년이었음. 작년 하반기만 좀 안 좋았고 나머지는 좋았음. 16개월 연속 월 100억 달러 수출로 잘 나갔음. 작년이 너무 좋아서 올해는 안 좋음. 올해 9월 10일까지 통계 보면 전년 대비 마이너스 33%임. 작년 9월 꽤 좋았어. 그래도 80억 달러는 무난할 것임. 반도체 경기가 안 좋다. 계속 바닥이라고 했는데 80억 달러 정도가 바닥일 거 같음. 내년에는 무조건 튄다는 게 대부분의 반도체 업체, 장비 업체 사람들의 전망임. 

- 반도체 수요 산업은 PC, 스마트폰, 데이터 센터임. AI용 반도체는 40~50% 올해 성장. 반도체 성장이 좋아진다고 하는데 그것은 하나의 긍정 시그널일 뿐, 시장 전체를 바꾸지는 못함. 세계 반도체 규모가 5,500억~6000억 달러인데 AI용은 400억 달러. 10분의 1이 안 되는 시장이 40% 성장. 전체 시장에 미치는 영향은 3~4%. PC는 워낙 포화 시장이라 성장률 떨어진다 했는데 새롭게 부상한 게 데이터 센터. 재작년, 작년 반도체 수출이 높았던 게 PC랑 스마트폰. 코로나 때 재택하고 아이는 수업하고. PC 2대씩 구매함. 지금 하나 망가져도 하나 있으니 쉽게 PC 수요가 늘지 않음. 우리나라뿐 아니라 세계 경제 자체가 좋지 않음. 세계 인플레, 우크라 전쟁 등 유럽 경기 위기, 소비심리 둔화. 대부분의 사람들이 스마트폰 바꾸는 시기를 길게 잡고 있어. 그리고 기계 자체가 별 차별이 없어. 소비심리 악화. PC, 스마트폰 두 시장이 회복되기 어려움. 데이터센터는 투자가 많이 들어가는 것은 고객들이 해줘야 하고 왕성하게 늘어나야 해. 소비심리 둔화는 어떤 작용이 있느냐면 사람들이 절약하는 순번에서 OTT 콘텐츠를 1번으로 빼기 시작함. 그렇게 고객이 안 늘어나면 그 업체들은 새롭게 장비를 교체하는 게 활성화되기 쉽지 않음. 지금 반도체 주요 시장들이 회복세를 보이지 않음. 반도체 잘 팔린다는 게 말이 되냐는 것이냐. 그래서 단기적 동향을 얘기하면 올해 쉽지 않다. 그러면 좋을 것이라고 하는 사람들은 메모리 반도체 감산을 3~4월, 5월 정도에 했지. 메모리 반도체의 독과점 기업이 생산을 감산하면 그 만큼 출하량이 줄겠지. 재고 감소하겠지. 이 반도체 단가가 재고가 사라지면 당연히 올라가겠지. DDR4 이게 대표 품목이었는데 DDR 5로 D램이 체인지 됨. 단가가 올라감. 낸드플래시는 모바일 DDR 5가 판매 실적이 좋아짐. 일부 제품에서 향상 조짐. 가트너 전문 기관이 3~4분기부터 수요보다 공급이 늘어날 거라고 함. 수요가 공급 초과하면 가격 반등. AI 주변 영향과 함께 고려했을 때 하반기 반도체 시장이 좋아질 것이라고 함. 그것도 틀리지 않았지만 그게 얼마나 회복될 것이냐는 다른 얘기임. 극적으로 올라가길 희망하는 게 산업부에서 발표. 3월부터 다음 달 좋아진다고 했음. 6~7월쯤엔 9월부터 좋아진다고 함. 10월에는 반도체 수출 감소 폭이 줄거나 늘었다고 올 것임. 10월 반도체 수출이 10% 미만으로 나올 것임. 연간 수출액은 1000억 달러 수준으로 보고 있음. 

□ 국가별로 본 반도체 시장 - 역사적 관점

미국 정책에 의해서 반도체 산업이 글로벌화됨. 반도체는 다른 상품과 달리 전수조사해야 함. 웨이퍼 안에서 12인치 웨이퍼 안에서 900개(선폭 따라 다름)가 나오면 일일이 테스트해서 성공 제품만 출하됨. 신발이나 가방은 공산품들은 공장 나오면 한두 개만 뽑아서 불량 아니면 전부 출하하는데 반도체는 일일이 함. 후공정을 동남아에 보내서 함. 우리나라는 1983년 삼성전자가 D램을 만들고부터 우리나라 반도체가 성장했다고 함. 

1960년대 미국의 모토로라 등에서 후공정을 한국으로 가져왔음. 이때부터 반도체가 시작됨. 대만에도 비슷한 시기에 들어옴. 인텔 등의 기술자들이 직접 반도체를 만들기 시작함. 만든다는 것이 제조하는 게 아니라 다양한 반도체 필요한데 직접 설계해서 설계도를 갖고 반도체 공장 갖고, 놀고 있는 기계에서 시스템 구축. 팹리스가 분리가 됨. 반도체 공장, 기업들이 크게 늘어나서 모여진 데가 미국 실리콘밸리임. 팹리스들이 그렇게 클 수 있었던 게 설계가 편해졌다는 것임. 지금 반도체는 너무 복잡해서 손으로 못 그리는데 그 당시에 스위치 1000개만 그리면 됐어. 점점 복잡해져서 EDA라는 툴로 컴퓨터로 그림. 이 시장은 3개 회사가 먹는데 미국 회사임. 1970년대 반도체 설계 툴인 EDA 기업이 탄생. 그래서 이것을 중국 못하게 막자는 얘기가 나오는 것임. 

- 설계를 맡기는 회사가 인텔 등이 있는데 그 회사도 반도체를 만드는 회사. TSMC는 “우리는 고객사와 경쟁하지 않는다”라고 함. 대표인 모리스 창도 미국 TI에 근무했던 사람. 수요를 잘 읽은 것, 대만 정부가 1980년대 UN에서 쫓겨남. 살기 위해 산업 체계 개편하면서 전자 산업을 제일로 내세움. 미국 활약한 동포, 모리스 창을 불렀음. 국책 연구기관의 소장으로 갔음. 여기에서 직원 데리고 TSMC를 차린 것임. 대만 반도체 산업 사례를 볼 때 국가의 적극 지원이 필요함. 물론 우리나라도 지원 많이 함.

- 우리나라는 비슷한 시기 메모리 반도체를 만들기 시작. 후공정 떨어져 나가고 반도체 제조가 대만 중심으로 옮겨가고 메모리 반도체는 1970년대부터 일본쪽으로 많이 넘어감. 한국전쟁, 베트남 전쟁 이후 일본이 미국 전폭 지원을 받아 소니 등, 반도체 직접 만들어. 일본이 우리보다 앞서서 반도체 중심이 됐었음. 

- 칩리스, 반도체 설계할 때 필요한 공통 기능을 함. IP는 지적재산권인데 IP는 공통적 기능을 하는 블록. 레고로 차를 만들 때 바퀴, 모터가 필요, 모터와 바퀴를 따로 구입해서 쓰는데 이를 구분해서 비행기 만들어. 프로펠러, 모터 등은 자동차꺼 써도 됨. 이렇게 공통으로 쓰는 것이 있음. 팹리스 하려면 이 기술까지 해야 함. 그래서 칩리스 업체가 있어. 대표 기업이 ARM임. 최근 IPO 상장함. 실질 국적은 영국.

- 반도체 산업이 하나에서 나눠지면서 여러 지역으로 분산됨. 반도체 산업의 글로벌 공급망이 됨. 2018년 이전까지만 해도 좀 더 분산해서 효율적이고 경제적으로 생산하자는데 초점이 맞춰졌음. 그런데 최근 각자 자기 지역 내에서 만들자고 함. 2018년도 미중 무역분쟁 발발, 코로나19, 우크라이나 사태. 이 세 개가 글로벌 반도체 공급망을 개편하게 만들게 했음. 

□ 반도체 경쟁의 역사 - 미국이 일본을 망하게 함

장비, 소재 미국에서 개발됐으니까 그 나라에 있었음. 반도체의 원료는 모래에서 추출한 규소 등임. 이 구조가 바뀌지 않는 이상 미국이 1위를 놓칠 수 없음… 우리와 대만은 반도체만 대기업 위주. 일본은 전자제품 업체들이 각각 반도체 만들어서 열 몇개 있었음. 잘 나갈 때 톱10 중 7개가 일본. 그래서 소재 장비 업체들이 많았음. 1980년대 잘 나가던 일본 반도체 산업이 왜 망했나. 당시 1980년 중반에 세계 반도체 점유율 1위가 미국에서 일본이 됨. 자기들을 넘어서니 미국이 화가 남. 슈퍼 301조 발동하고 플라자 합의하고 반도체 협정 맺어서 10년간 괴롭힘. 일본이 수요도 많고 자기들이 많이 만드니 수입 안 함. 미국이 일본한테 30%는미국 거 쓰라고 함. 비슷한 시기 대만, 우리나라 반도체 업계 성장. 일본 업체들은 밀려나는 상황이 됨. 그러고 나서 일본 반도체가 지금의 수준임. 그러나 여전히 제조장비와 소재는 강해. 많은 기업들이 있었는데 일본 제조업체들이 망해나가는 그 타이밍에 대만, 우리나라가 성장하니까 갈아타기만 하면 됐어. 일본 제조장비, 소재업체들은 일본 반도체 제조 쇠퇴에도 지금과 같이 성장함. 

□ 한국, 시스템 반도체 키워? 말아?

우리나라 시스템 반도체 키우라고 말이 많아. 10년 가까이 보고 있는데 우리나라 시스템 반도체 육성은 1990년대 후반부터 있었음. 시스템에 집중해야 하나? 시스템 반도체가 60%였고 메모리가 20%였는데 10년 전에도 그랬더라. 시스템이 유망하다고 할 수 있는지 모르겠음. 우리나 메모리에서 시스템에서 전환한다는 발상 자체가 맞는 것인가. 메모리 잘하는 것을 계속 잘하는 게 낫지. 메모리가 우리나라는 대만 TSMC랑 같은 역할이야. 삼전과 SK가 없었다면 이렇게 대접받을 수 있을까. 

□ 중국의 반도체는

중국이라도 남들 반도체 개발 할 때 가만히 있었겠냐. 1978년이었고. 공산 지역에서 했었어. 반도체 제일 큰 수요처는 군대였으니까. 기술적으로 많은 진보가 필요했던 게 실제 전쟁에서의 효율성이 있냐 없냐였는데 승리를 못하고 철수. 미국에서 나온 분석이 다리 하나 폭발하기 위해 500발 폭탄 터뜨렸는데 명중을 못 했음. 이란-이라크 전쟁시 비행기 미사일 쏘면 그대로 꽂힘. 소련이나 중국이 안 할 리가 없었음. 중국이 2001년 WTO 가입했는데 공장 엄청 지어. 중국이 반도체 세계 시장의 50% 수입. 이렇게 많이 쓰는 것은 전자 산업 발달하고 전 세계 PC의 50%, 티비 40%, 스마트폰이 30%임. 반도체 50% 수입하고 원유보다 반도체 더 많이 수입. 원유는 대체할 수 없지만 반도체는 스스로 만들면 그만큼 안 해도 됨. 자기들 무기 개발하는 데 쓰는 것 아니냐고 미국이 공격하는 이유임. 미국이 사실 군대용으로만 보면 첨단 반도체가 필요없음. 여하튼 그것은 미국의 논리임. 중국은 필사적으로 만들려고 하고 미국은 못 만들게 하고/ 미국은 동맹국 이름하에 자기 말 잘 듣는 기업들 공장 지으라고 함. EU 역시 전체 반도체 20%를 역내에서 만들겠다고 함. 올해 4월 유럽에 반도체법 발표했음. 대만 첨단시설 짓고 있고 인도는 반도체 산업 육성하겠다고 전자산업 통신법 발표함. 

신 공급망이라는 단어가 나오기 시작했음. 다른 나라에서 메모리 반도체에 대한 시도는 없었음. 유일한 게 중국이 메모리 하겠다고 했으나 수율이 제대로 나올지는 지켜봐야 함. 낸드플래시는 성공했는데 D램은 아직 성공 못함. DDR 2나 3을 만들었다고 하는데 판매 안 됨. 이 많은 경쟁 속에서도 메모리 반도체는 우리나라밖에 없음. 

SMIC, 화웨이가 어떻게 7나노 공정이 성공했나? 반도체 제조 장비는 어떻게 운용하느냐에 따라서 달라짐. 7나노 제품이 나올 것이라는 것은 이미 발표됨. SMIC에서 DUV 장비 활용해서 10나노 제품 개발에 성공했다고 함. 그 결과물이 화웨이 폰에 들어감. 문제는 수율이 얼마이고 단가는 얼마이고, 경제적으로 뒷받침되느냐임. 하나의 제품은 만들 수는 있으나 시장에서 얼마나 판매될지는 알 수 없음. 사진 1장만 나왔고 샘플은 없는 상황임. 좀더 지켜봐야 함.