반도체가 무엇인지, 왜 중요한지, 어떻게 만들어지는지, 시장 내에 어떤 경쟁자들이 있는지 등을 담은 <반도체 제국의 미래>와 반도체를 두고 벌어지는 국제 경제, 정치 이슈들을 다룬 <반도체 대전 2030>을 통해 반도체 세계에 입문해 볼까요? 오늘의 책 두 권의 일부 내용과 읽기 전 보면 좋을 내용들을 콘텐츠에 담아보았어요. 콘텐츠를 보고 두 책을 순서대로 읽어보시면 솔잎과 함께하는 "반도체 뿌수기" 전혀 어렵지 않으실 거예요! 🦾

일반적으로 '반도체' 하면 많은 분이 컴퓨터를 떠올리실 것 같은데요, 아주 좋은 접근이에요. 반도체는 사실상 컴퓨터를 위해 만들어지는 부품이니까요. 기본적으로 컴퓨터가 좋은 성능을 갖추기 위해서는 많은 전기 신호를 제어할 수 있어야 해요.

초기의 컴퓨터는 진공관이라는 거대한 물체를 통해 전기 신호를 제어했어요. 이를 위해서는 진공관이 더 많이 필요했는데 진공관은 크기도 크고 비효율적이었죠.1) 실제로 1940년대 컴퓨터는 약 2만 개의 진공관이 필요했습니다. 우리가 사용하는 컴퓨터에 백열전구가 2만 개 정도 달려있다고 생각해 보면 정말 끔찍할 겁니다. 그렇게는 우리가 아는 컴퓨터가 이 세상에 나올 수 없었을 거예요.

다행히 이 전기 신호를 제어하기 위한 새로운 장치가 발명됩니다. 바로 '트랜지스터'입니다. 트랜지스터는 진공관이 아닌 전자회로이기 때문에 초당 수억 번 상태를 바꾸는 것이 가능한 효율적인 제어 장치에요. 그런데, 초기의 트랜지스터는 충분히 작지 않았기 때문에 다수의 트랜지스터를 컴퓨터에 넣는 것은 어려웠습니다. 현재 성능의 컴퓨터를 이 트랜지스터로 구현하려면 건물 한 채 정도의 부피가 필요할 것이라고 해요.

이러한 상황에서 1959년 세상을 바꿀 발명이 이루어집니다. 벨 연구소의 강대원 박사와 마틴 모하메드 존 아탈라 박사는 '모스펫(MOSFET)'이라는 트랜지스터를 개발했어요. 모스펫은 납작하고 실리콘 표면에서 만들 수 있다는 특징을 지니는데, 이 덕분에 실리콘 웨이퍼 표면에 수천에서 수만 개의 모스펫을 생성할 수 있게 되었어요. 그리고 노광기의 해상도가 높아지면 크기를 더욱 줄여 같은 면적에 더 많은 모스펫을 생성할 수 있습니다.2) 당연하게도, 많은 전기 신호를 제어할 수 있게 될수록 컴퓨터의 성능은 좋아집니다. 즉, 작은 면적 안에 최대한 많은 트랜지스터를 넣는 것이 중요한 것이죠. 그런 의미에서 모스펫은 무한한 발전 가능성을 지니며 현대 반도체가 엄청난 발전을 거듭할 수 있도록 한 주역입니다.

그래서 반도체가 무엇일까요? 뜻을 살펴보면 반도체란 전기가 통하는 도체와 전기가 통하지 않는 부도체의 중간에 있는 단계의 물질입니다. 반도체를 구성하는 규소는 기본적으로는 전기가 통하지 않지만, 여기에 열이나 빛, 전압, 전류 등을 가하면 상황에 따라 도체나 절연체가 되는 것이죠. 무언가 떠오르지 않으시나요? 네, 맞습니다. 반도체는 전기 신호를 제어하기에 최적의 도구가 될 수 있겠죠. 그렇기에 컴퓨터를 포함한 모든 전자기기에 반도체가 필수적으로 들어가는 것입니다. 참고로, 이때 통상적으로 '반도체'라고 하는 것은 반도체 집적회로로 반도체가 들어간 기기를 제어하거나 정보를 기억하는 일을 합니다.

반도체는 크게 메모리 반도체와 비메모리 반도체 두 가지로 나눌 수 있는데요, 메모리 반도체는 명칭 그대로 기억을 하는 기능, 즉 저장 장치로서의 역할을 해요. 크게 D램, S램, 플래시 메모리, M램, P램 등 여러 종류가 있고 각각의 메모리 반도체는 저마다 다른 특성을 지니고 있기에 용도에 맞게 다르게 활용됩니다. 비메모리 반도체는 시스템 반도체라고도 불리며, 이 반도체는 주로 연산이나 제어 등의 처리 기능을 수행합니다. CPU, GPU, AP 등이 바로 비메모리 반도체에 해당하죠. 특히, 컴퓨터의 두뇌에 해당하는 CPU나 그래픽카드에 들어가는 GPU는 한 번쯤 들어보셨을 거예요. 메모리 반도체와 비메모리 반도체는 용도, 설계 및 제조 방식 등이 달라 산업에서 구조적인 차이를 나타내기도 해요. 책을 읽을 때 이 부분에 유의해서 살펴보시기를 추천 드려요!

반도체는 전자기기의 필수 부품으로서도, 고부가가치 산업으로서도 꾸준히 발전해 왔어요. 이러한 발전 과정에서 반도체는 굵직한 IT 혁신들에 영향을 주기도 하고 받기도 했답니다. 우리 모두 잘 알 만한 굵직한 사건들과 함께 반도체 산업의 흐름을 살펴볼까요?

30년간 컴퓨터 중심으로 성장하던 반도체 산업은 2007년 애플이 아이폰과 함께 불러일으킨 모바일 혁명으로 변화를 겪게 되었어요. 휴대폰이라는 기기가 우리 일상에서 차지하는 영역이 커지며 휴대용 기기의 역할이 시장에서 재정의되기 시작되었고 휴대폰에 대한 수요는 폭증했습니다.

  

그리고 이는 휴대폰 내에 들어가는 부품을 설계하고 만드는 여러 반도체 회사에 새로운 과제를 던져줍니다. 그중 가장 중요한 것은 배터리였습니다. 작은 기기 안에 최대한 큰 용량의 배터리를 확보할 수 있어야 했죠. 이때 과거 30년간 저장소 시장을 꽉 잡고 있던 하드디스크는 몰락하게 되고 낸드3)라는 플래시 메모리가 급부상하게 됩니다.

또한, 스마트폰 시장이 커지며 폰 제조사들은 필요한 AP4)를 찾게 되었으며, 이 시기 퀄컴, 브로드컴, 삼성전자(LSI 사업부5)) 등의 회사들이 이러한 연산용 칩들을 제조하기 시작했습니다. 동시에 오랜 기간 반도체 시장을 거의 독점하다시피 지배해 오던 인텔은 흔들리게 되었습니다. 그뿐만 아니라, 다양한 반도체의 설계와 제조에 대한 높은 필요성에 따라 팹리스와 파운드리6) 기업들이 성장하게 되기도 하였죠. 다수의 이해관계자가 엮여있어 다소 복잡해 보이긴 하지만, 결과적으로 스마트폰의 등장은 이전과 다른 종류의 반도체에 대한 수요를 발생시켰고 이는 여러 반도체 기업들이 성장할 수 있는 기회로 작용했습니다. 이에 더해, 팹리스와 파운드리라는 특징적인 형태의 기업들이 부상하기도 합니다. 여러 반도체 기업의 성장은 자연히 폭발적인 스마트폰 공급과 대중화의 기반이 되었고, 모바일 혁명이 가능했던 것입니다.

2016년 3월, 세상에 또 한 번의 혁신을 가져올 사건이 일어납니다. 구글의 인공지능 알파고가 머신러닝(기계학습)을 통해 세계 정상급 바둑기사 이세돌을 상대로 승리를 거둔 것입니다. 인공지능이 우리 생각보다 더 빠른 속도로 발전하고 있다는 사실을 알려준 사건이었죠. 이후 머신러닝은 세간의 주목을 받으며 곳곳에서 활용되어 왔습니다.

머신러닝은 압도적인 연산량을 통해 특정 자료를 학습시키는 방식을 활용합니다. 예를 들어, 강아지를 구분하는 AI를 만들려면 막대한 양의 강아지 사진과 강아지가 아닌 사진을 투입해야 하는 것이죠. 그리고 이것을 가능케 하려면 용량이 크고 속도가 빠른 메모리가 필요하고 동시에 빠른 데이터 처리가 이루어져야 해요. 이에 따라, 당시 메모리 회사들이 개발하고 있던 HBM7)은 새로운 해결책으로 제시되었고, 자연스럽게 메모리 회사들은 새로운 메모리에 대한 수요가 늘어 수혜를 입었어요. 더불어, 빠른 데이터 처리를 위해 기존에 잘 활용되지 않던 GPU에 대한 수요가 늘게 되며 GPU 제조사들에도 새로운 기회가 열리게 되었습니다.8) 

최근 chatGPT가 또 한 번의 AI 붐을 일으키며, 세계 주요 반도체 및 IT 기업들이 AI 챗봇 투자에 열을 올리는 상황입니다. 기존의 CPU와 GPU가 갖고 있는 한계를 또 한번 극복하기 위해 새롭게 AI 반도체가 등장했는데요, 이 AI 반도체의 시장 규모는 전년 대비 27.8% 성장했으며 자율주행, 보안, 서버 등 사용처도 다양합니다. 흥미롭게도 이 유망한 시장에 몇몇 국내 반도체 팹리스 업체들이 뛰어들었고, 아직 AI 반도체를 확실히 선점한 기업이 없어 국내 스타트업들도 글로벌 대기업들과 경쟁을 하고 있습니다.

사실 실제 반도체 산업 내의 변화는 훨씬 많고 다양해요. 우리에게 익숙한 스마트폰과 AI를 중심으로 아주 간략하게 흐름을 쭉 살펴보았다고 생각하시면 됩니다! 더 자세한 내용은 책을 읽으면서 알아가실 수 있으실 거예요 :)

산업의 쌀로 불리는 반도체는 대부분의 산업에 꼭 필요합니다. 너무 많은 곳에서 필요로 하는데 고도의 기술을 갖춘 기업들만 설계하거나 제조할 수 있기에 공급 부족 현상이 일어나기도 하죠. 그런데 이러한 공급 부족이 산업 내의 경제적인 문제에 그치지 않고 세계 경제와 정치에도 영향을 미치고 있어요. 당연히 우리나라 경제를 주도하는 대기업들도 이 영향에서 자유롭지 못하며, 이는 결과적으로 우리 일상에 또 다른 영향을 미치게 될지도 모릅니다. 그렇기에 반도체는 당연히 중요합니다.

자 그럼 본론으로 넘어가서, 여러분은 혹시 국제 사회의 가장 강한 패권국인 미국과 중국이 반도체를 두고 총성 없는 전쟁을 벌이고 있다는 사실을 알고 계신가요? 성장세를 거듭 이어가고 있는 중국 입장에서 반도체를 직접 자국에서 생산할 수 있게 되는 것은 어마어마한 이익을 가져다줍니다. 2013년 중국의 반도체 수입액은 2,313억 달러로 이는 원유보다도 높은 금액이었습니다. 중국은 2014년 향후 10년 동안 반도체 산업에 1조 위안(약 190조 원)을 투자할 것이며 2025년까지 70%의 반도체 자급률을 달성하겠다고 발표했습니다.

정치적으로도 중국과 대립 관계를 유지하고 있는 미국 입장에서는 중국의 이러한 성장을 가만히 두고 볼 수는 없었겠죠. 미국은 꽤 적극적인 견제를 했는데요, 그중 화웨이에 대한 미국의 제재가 아주 인상적이에요. 2020년 5월 트럼프 행정부는 자국 기업에 반도체를 포함한 141개 제품을 중국의 화웨이에 공급하지 말 것을 지시했어요. 2021년 8월 미국 상무부는 미국 기술이 들어간 모든 반도체를 152개 화웨이 계열사에 판매할 수 없도록 하는 성명을 추가로 발표했어요. 결국 화웨이는 큰 타격을 입게 되었는데요, 세계 스마트폰 출하량 1위였던 화웨이는 2020년 4분기 세계 6위라는 뼈아픈 성적을 기록합니다.8) 중국도 가만히 있지만은 않았습니다. 2021년 6월 서방의 제재에 보복할 수 있는 법적 근거를 포함한 '반외국제재법'을 시행했고, 이에 따라 중국은 특정 기업들을 블랙리스트에 올려 입국 제한이나 중국 내 자산 동결 등의 조치를 취하겠다는 초강수를 두었습니다. 이렇듯, 두 국가 간의 반도체 냉전이 심화되며 국내 대표 반도체 기업인 삼성전자와 SK 하이닉스도 눈치를 봐야 하는 상황입니다.

결과적으로 미국의 제재를 비롯한 반도체 업계 내의 변화들로 중국은 반도체 산업에서 원하던 성과를 이루지는 못했어요. 2025년 반도체 자급률 70%를 목표로 하고 있지만 2021년 16.7%에 그치고 말았고, 전문가들도 2025년까지 목표를 달성하기는 어렵다고 전망합니다. 그러나, 엄청난 자본을 쏟아붓고 있는 만큼 미래에 어떤 일이 벌어질지는 알 수 없습니다.

앞서 살펴본 미국과 중국 간의 반도체 냉전은 두 국가만의 문제가 아닙니다. 우리나라, 대만, 유럽, 일본 등 다른 여러 국가도 반도체 산업의 이해관계자로서 경제적, 정치적 행보를 이어 나가고 있습니다. 사실 반도체의 영향을 받지 않는 국가가 사실상 없는 것이 현실이죠. 특히, 우리나라는 반도체 산업을 주도하는 국가 중 하나로 이 문제가 우리에게는 더욱 크게 다가옵니다. 우리 대부분이 결국 쌀을 삶에서 떼어놓을 수 없듯이, 반도체도 어느새 우리 일상에 녹아들었습니다. 그리고 이 작은 부품이 세계 경제의 흐름을 바꾸고 두 패권국 사이의 경제적 냉전을 만들어 냈습니다. 그렇기에 우리는 반도체와 반도체가 만들어 내는 경제의 흐름에 주목해야 합니다.

<반도체 제국의 미래> 저자 정인성 작가님이 '머니 인사이드' 유튜브 채널에서 한국 반도체에 대한 의견을 말씀 해주셨는데요, 현재 산업의 흐름을 반영해 이야기하셔서 좀 더 와닿는 이야기를 들으실 수 있으실 거예요. 저희 콘텐츠를 읽고 가시면 전반적인 내용을 이해하기에는 어렵지 않으실 겁니다! 🙌

이번 콘텐츠는 어떠셨나요? 내용도 조금 길고 익숙하지 않은 용어들이 있어 이전의 다른 콘텐츠에 비해 어려움을 느끼셨을 수도 있으실 거예요. 조금이라도 관심을 두게 되는 계기가 되었기를 바라요. <반도체 제국의 미래>와 <반도체 대전 2030>에 반도체 산업에 대한 더 자세하고 흥미로운 이야기들이 있으니 관심 있으신 분들은 꼭 한번 읽어보시기를 추천해 드립니다.

이번 콘텐츠를 계기로 우리 모두 반도체 산업에 대해 한 번쯤은 살펴보면 좋겠다는 생각이 듭니다. 어떤 산업이든 조금씩 알고 있으면 경제를 이해하는 데 도움이 되기도 하고, 반도체는 이번 콘텐츠의 제목과 같이 '산업의 쌀'로 불리고도 하니까요! 물론, 산업의 흐름을 모른다고 살아가며 큰 어려움을 겪지는 않겠죠. 그러나, 어디로 갈지도 모른 채 파도에 휩쓸려 있는 것보다는 배 위에서 이곳저곳 둘러보며 앞으로 어디에 다다를지 고민해 보는 게 더 낫지 않을까요? 앞으로도 저희 솔잎과 함께 더 큰 배를 만들며 항해하시면 좋겠습니다.

참고로, 5월에는 이미 4회 뉴스레터가 모두 발송되어 다음 주 월요일은 뉴스레터가 따로 발송되지 않습니다! 그럼, 6월에 또 다른 책으로 찾아뵙겠습니다. 오늘도 좋은 하루 보내세요 🍃