반도체 산업 ()
• 본 항목의 내용은 해당 분야 전문가의 추천을 통해 선정된 집필자의 학술적 견해로 한국학중앙연구원의 공식입장과 다를 수 있습니다.
내용 요약
반도체산업은 정보를 저장하거나 논리적으로 계산하여 처리하도록 설계된 부품을 생산하는 산업이다. 우리나라 메모리반도체 산업은 1983년 삼성 등 대기업의 디램 투자로 본격적으로 시작되었으며, 현재 세계 최고의 메모리반도체 산업국으로 자리매김하고 있다. 그러나 반도체 시장의 큰 부분을 차지하는 시스템반도체 분야 및 파운드리 시장의 경쟁력은 낮은 상황이다. 최근 디지털 전환이 가속화되는 상황에서 반도체산업의 중요성은 더욱 커지고 있어 반도체산업의 경쟁력 유지, 강화 및 기술 선도를 위한 정부 지원 및 산업계의 노력이 한층 요구되고 있다.
정의
정보를 저장하거나 논리적으로 계산하여 처리하도록 설계된 부품을 생산하는 산업.
연원 및 변천
한국 반도체산업은 1965년 미국의 코미사가 트랜지스터 조립을 위해 국내에 합작회사를 설립하면서 처음 시작되었다. 당시 외국 기업은 국내의 풍부한 양질의 저임금 노동력을 활용하기 위한 목적으로 조립가공 분야에 진출하였다. 첨단기술 개발을 통한 고부가가치형 하이테크산업으로의 변신이 요구되는 상황에서 전자산업에서 차지하는 반도체의 중요성을 인식한 당시 삼성, 금성[현 LG], 현대전자 등 국내 대기업은 1983년부터 메모리반도체 분야인 디램(DRAM)에 본격적인 투자를 시작하였다. 그리고 불과 10년 만에 삼성전자는 메모리 분야 1등 기업으로 올라선 후 지금까지 메모리 분야의 선두 기업으로 자리 잡고 있다.
1997년 IMF 이후 국내 반도체 기업은 심한 구조조정 과정을 거치면서 현재 삼성전자와 SK하이닉스가 메모리반도체를 생산하고 있다. 우리가 반도체산업의 중요성을 인식하고 사업을 본격적으로 전개할 당시에는 미국과 일본이 반도체 시장의 대부분을 점유하고 있었지만, 오늘날 우리나라는 메모리 분야에서 세계 최고의 반도체산업국으로 자리매김하면서 세계시장을 선도하고 있다. 그 결과 반도체는 우리나라 최대 수출 품목으로서 전체 수출의 약 20% 정도를 차지하며 우리 경제와 산업의 성장을 선도하고 있다. 그러나 반도체 시장의 약 3/4을 차지하고 있는 시스템반도체 분야, 그리고 팹리스(fabless) 시장 발전에 따른 파운드리(foundry) 분야에서는 아직 경쟁력이 취약한 상황이다.
현재 우리나라 반도체산업은 설계 전문 기업, 소자/파운드리 기업, 조립 기업, 소재 기업, 장비 제조기업, 외국 기업, 기타 지원 기업 등 330여 개의 반도체 관련 전후방 기업들이 다양하게 포진되어 생태계를 형성하고 있다. 주요 반도체 제조기업으로는 종합 반도체 기업[IDM: Integrated Device Manufacturer][^1]인 삼성전자, SK하이닉스가 있다. 파운드리 주2으로는 삼성전자, DB하이텍, SK하이닉스시스템IC, 키파운드리 등이 있다. 주요 장비 기업으로는 세메스, 원익 IPS, SFA, 유진테크, 테스, 한미반도체 등이 있다. 소재 기업으로는 SK실트론, SK머티리얼즈, 하나머티리얼즈, 솔브레인 등이 있다.
현황
반도체의 활용 범위가 확대되면서 다양한 시스템반도체가 요구되고 반도체 투자를 위한 자금 규모가 크게 확대되고 제조공정의 미세화가 대폭 진전되면서 현재 세계 반도체산업은 설계, 제조, 테스트 및 패키지, 유통 및 판매를 각기 전담하는 분업 체계가 형성되어 있다. 이에 따라 반도체산업의 분업 구조는 종합 반도체 기업[IDM], 칩리스(Chipless) 주3, 팹리스 주4, 디자인 하우스(Design 주5, 파운드리 기업, OSAT[Outsourced Semiconductor Assembly and Test] 주6, 완제품 반도체를 소비자에게 전달하기 위한 판매 기업이나 유통 기업 등으로 구성되어 있다.
대표적인 IDM으로는 삼성전자, 인텔, SK하이닉스, 마이크론 등이 있으며, 인텔을 제외하면 대부분 메모리반도체 기업이다. 대표적인 IP 기업으로는 전 세계 모바일 애플리케이션프로세서(Application Processor)[스마트폰용 중앙처리장치] 시장의 90~95%를 장악하고 있는 주7, 시놉시스(Synopsis), 케이던스(Cadence)가 있다. 대표적인 팹리스 기업으로는 통신용 반도체 분야의 강자인 퀄컴, 인공지능[AI: Artificial Intelligence] 시대를 선도하고 있는 GPU[Graphic Processing Unit][^8]를 전문으로 설계하는 기업인 엔비디아(NVIDIA), 통신용 칩을 전문으로 설계하는 브로드컴, 대만의 대표적인 팹리스 기업인 미디어텍, CPU 시장에서 인텔의 유일한 경쟁사인 AMD 등이 있다.
대표적인 파운드리 기업은 TSMC, 삼성전자, UMC, 글로벌파운드리스, SMIC, 인텔 등이 있다. 1987년 설립된 TSMC[Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.]는 반도체 파운드리 사업을 최초로 시작한 기업으로 세계 1위의 독보적인 기업이고 현재 반도체산업의 분업 구조인 설계와 생산의 분리가 공고화되면서 그 위상이 계속 높아지고 있다. 이처럼 파운드리 기업의 중요성이 커지는 이유는 팹리스 기업의 수가 증가하여, 반도체 생산을 위해 필요한 막대한 자금을 투자할 수 있고 반도체 미세 공정의 경쟁력을 확보한 제조기업의 수가 많지 않기 때문이다. 한편, 애플, 구글, 아마존, 마이크로소프트, 테슬라 등 굵직한 빅테크기업들은 자체 칩을 개발하고 있는 팹리스다.
나라별 현황을 보면 미국은 폭발적인 디지털 기술의 혁신이 이루어지는 4차 산업혁명의 시기에 반도체 패권 유지를 위해 노력하고 있다. 특히 미국 내 자체 제조 기반 및 기술경쟁력 확보를 위해 「반도체 지원법」 제정 및 보조금 지원 등의 전폭적 정부 지원을 하고 있다. 대만은 TSMC의 강력한 경쟁력을 바탕으로 구축된 설계-생산-관리 등 반도체산업의 선순환 생태계에 기반하여 지속적인 제조 기반 우위 유지 및 기술 우위 선점을 위한 정부 지원을 확대하고 있다.
반도체산업의 경쟁력 회복에 주력하고 있는 일본은 제조 기반 확보를 위해 해외 기업 유치, 생산시설 정비, 민관 공동 사업체 구축 등의 발전 전략을 추진하고 있으며, 일본이 경쟁력을 보유한 부품 · 소재 · 장비 · 산업의 핵심 기술력 강화를 위해 노력하고 있다. 중국은 반도체 굴기를 목표로 미국의 반도체 수출제한 조치에 맞서 대규모 내수시장을 활용한 대규모 팹 구축, 공정 장비 국산화, 설계 자산 확보 등 반도체 자립을 위한 정부 지원을 확대하고 있다.
의의 및 평가
지금까지 반도체 기술의 발전 과정은 소형화, 고집적화, 고성능화, 저전력화 등으로 특징지을 수 있다. 최근 들어 반도체 제조공정의 미세화가 거의 한계에 도달하면서 반도체의 고성능화, 소형화의 물리적 한계를 극복하기 위해 3차원 구조의 반도체 설계, 패키징 공정의 혁신, 신소재 개발 등의 다양한 기술적 해법이 모색되고 있다.
한편, 사람의 뇌 구조와 기능을 모방하여 연산, 저장, 통신 기능을 융합한 뉴로모픽(Neuromorphic) 반도체 등의 신기술도 등장하고 있다. 특히 최근 인공지능이 반도체의 주요 시장으로 부각되면서 여러 개의 디램을 수직으로 연결해 기존 디램보다 데이터 처리 속도를 획기적으로 끌어올린 고부가가치 메모리 제품인 고대역메모리[HBM: High Bandwidth Memory], 메모리반도체에 연산 기능을 더해 인공지능과 빅데이터 처리 분야에서 데이터 이동 정체 문제를 해결할 수 있는 차세대 기술인 PIM[Processing in Memory] 등의 메모리 신기술이 핵심 메모리칩으로 부상하고 있다.
우리나라는 1983년부터 메모리반도체인 디램을 자체 기술로 본격 개발하기 시작하여, 현재 세계 1위의 메모리반도체 공급국으로 발돋움하였다. 앞으로도 우리가 반도체산업에서 지속적인 성장을 이루기 위해서는 우리가 선두를 달리고 있는 메모리반도체의 기술 경쟁력을 유지함과 동시에 우리의 약점 분야인 시스템반도체 및 파운드리의 경쟁력 제고를 위한 노력이 병행되어야 한다. 이를 위해 기술 경쟁력 제고를 위한 꾸준한 연구개발 투자 확대, 설계 역량강화를 위한 인재 확보, 팹리스와 파운드리 기업 간 연계 강화, 생산시설 투자를 통한 파운드리 생산능력 강화 등 시스템반도체 및 파운드리 경쟁력 제고를 위한 정부 지원 및 기업 역량 제고 노력이 강화되어야 한다. 여기에 더해 우리의 취약점이라 할 수 있는 소재, 부품, 장비에 대한 연구개발과 국내 생산 확대가 함께 이루어져야 할 것이다.
참고문헌
단행본
박진성, 『진짜 하루만에 이해하는 반도체산업』(티더블유아이지, 2023)
권석준, 『반도체 삼국지』(뿌리와 이파리, 2022)
최리노, 『최리노의 한권으로 끝내는 반도체이야기』(양문, 2022)
권순용, 『반도체 넥스트 시나리오』(위즈덤하우스, 2021)
권영화, 『4차 산업혁명 시대의 반도체 비즈니스』(도서출판 답게, 2021)
송성수, 『한국의 산업화와 기술발전』(들녘, 2021)
인터넷 자료
주석
