전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_2022.6 (20~31)

반도체 공급망 강화 전략
식량, 석유, 그리고 반도체. 21세기의 반도체는 전략 물자

대량의 데이터 분석 능력이 기업이나 국가 경쟁력과 직결되는 지금, 고성능 반도체가 없으면 고도의 데이터 분석도 할 수 없으며 과학기술의 발전도 기대할 수 없다. 한편, 미중 갈등과 우크라이나 위기, 대규모 재해 등 반도체 공급망에 큰 타격을 주는 사태들이 최근 잇따라 발생하고 있다. 국가의 존망을 걸고 세계 각국이 최첨단 반도체 확보에 나서기 시작했다.

Part1. 일본 동향
TSMC 구마모토 유치는 초석 다지기, 3D 구현 및 광전(光電) 융합으로 승부

일본의 반도체 분야에서의 쇠퇴가 이어지고 있는 가운데, 경제산업성이 반도체 재건에 나섰다. 그 첫 행보가 구마모토(熊本) 현으로의 유치에 성공한 대만 TSMC(台湾積体電路製造)의 반도체 신공장 건설 건이다. 무어의 법칙이 한계에 직면한 이후 중요해진 3D 패키징 기술 및 광전 융합 기술의 선행 개발을 통해 게임 체인지를 노린다는 전략이다.

경제산업성은 이번 대만 TSMC의 신공장 유치를 계기로 일본 반도체 산업 재건을 도모하고 있다. 경제산업성의 주된 유치 목적은 2가지로, 반도체의 국내 확보와 미래의 반도체 인재 육성이다.

TSMC는 구마모토 현 기쿠요쵸(菊陽町)에 신공장을 마련해 22/28nm 프로세스를 중심으로 생산을 개시할 예정이다. “5nm와 같은 최첨단 프로세스가 아닌 이유는 국내 수요를 충족시키기 위해서이다” (경제산업성 상무정보정책국 디바이스·반도체의 오기노(荻野) 전략실장).

최첨단 프로세스는 하이엔드 스마트폰 등에 사용되지만 미국과 달리 일본 반도체 업체에서의 수요는 거의 없다. 한편, 22nm와 같은 프로세스는 이미지 센서용 로직반도체 등에 사용되며 차량 탑재용으로도 중요하다.
이미지센서 대기업인 소니 그룹과 같은 국내 기업들에게는 “22/28nm 프로세스의 안정된 조달이 매우 중요하다”(소니의 요시다(吉田) 회장 겸 CEO). 이 때문에 소니그룹 과 덴소 등은 구마모토 공장을 운영하는 TSMC의 신회사인 JASM에 출자하고 있다.

한편, 국내의 반도체 인력 부족은 심각한 문제이다. 전성기로 불리는 1980년대와 비교해 쇠퇴한 일본의 반도체 산업에 남아 있는 인재는 매우 적다. 고령화로 업계를 떠나려는 인재도 많아 남아 있는 시간은 한정되어 있다. 아직 반도체 인력이 국내에 머물러 있는 동안에 TSMC와 같은 해외 파운드리의 도움을 받아 새로운 인재에게 기술을 전수할 수 있는 환경을 조성하겠다는 것이 정부의 생각이다.

경제산업성은 신공장 설립에 약 1,500명의 반도체 인재가 고용될 것으로 전망하고 있다. 이에 구마모토 현은 산관학의 인재육성 컨소시엄을 구성해 인재를 공급하고, 첨단 반도체 생산에 대한 노하우를 습득할 수 있도록 함으로써 미래 반도체 업계를 책임질 인재로 성장시켜 나갈 계획이다.

문부과학성도 이러한 흐름에 대응하기 위해 국내 주요 대학에 반도체 연구개발 거점을 구축할 예정이다. 문부과학성은 올 4월 22일, 차세대 반도체의 인재육성 등을 위한 전략 파트너로 도쿄대학과 도호쿠(東北)대학, 도쿄공업대학 등 3곳의 대학을 채택했다. ‘차세대 X-nics반도체 창생(創生)거점 형성사업'으로 명명하고, 2040년경에 사회에 필요한 반도체 기술의 연구개발 거점을 구축할 방침이다.

해당 사업에서는 반도체 재료의 탐구부터 설계와 시작(試作), 평가에 이르기까지 일관된 연구개발 체제를 구축. 차세대 반도체 구상 및 제조 프로세스의 폭넓은 지식을 갖춘 인재 육성을 목표로 하고 있다.

TSMC의 신공장 유치와 반도체 인재 육성은 일본이 다시 경쟁의 출발선에 서기까지의 포석일 뿐이다. 과거의 반성을 발판으로 삼아 일본정부가 향후 어떻게 추진해야 할지에 대해 경제산업성의 오기노 전략실장에게 물었다.

-- ‘국내 반도체 기반을 되찾겠다’, 과거의 반성을 반영한 3단계 계획 --
Q. 올 3월에는 2022년도 경제산업성 관련 예산이 성립되었다.'반도체 산업의 기반 강화'를 위해 2021년도의 추경과 합치면 총 8,000억엔을 투자한 것으로 알고 있다.

A. 우리의 목표는 ‘국내 반도체 기반을 되찾는 것’이며, 이 큰 목표를 향해 필요한 대책을 계속 수립해 나갈 계획이다.

약 8,000억엔이라고 하는 예산액은 제 1탄에 지나지 않는다. 2030년에는 그 3배의 규모 정도가 필요하다. 3배라고 해도 반도체 수요에서 생각하면 적은 금액이다. 2030년에는 세계 반도체 매출이 현재의 2배인 약 120조엔이 될 전망이기 때문이다.

경제 안전 보장 등의 관점에서 볼 때 전세계적으로 기술 관련 마찰이 심화되고 있다. 제품의 생산지가 중요하지 않았던 기존 상황에서 '어디에서 만들어지는 것인지'가 중요해진 것이다. 이러한 가운데, 경제 안보 상 중요한 반도체 기술 및 제조 거점이 국내에 있어야 된다는 의견이 나오고 있다.

반도체 제조 기반을 국내에 구축해 안정적으로 공급할 수 있도록 해야 하는 것이 포인트이다. 일본 기업의 경쟁력 강화가 중점이 아니기 때문에 외국계 기업이라도 상관없다.

Q. 반도체 기반을 정비하기 위해 일본은 어떤 수단을 강구하고 있는가?
A. 경제산업성은 3가지 단계를 구축하고 있다. (1)반도체 공장의 공급망 강화, (2)반도체 프로세스의 세밀화 및 3D 실장, (3)광전융합 기술 구현이다.

우선 첫 번째 단계로, 국내에 반도체 공장을 새롭게 만들어 갈 예정이다. 2021년도 추경에서는 첨단반도체의 국내 생산 거점 확보에 6,170억엔을 투자했다. 그 한 예가 TSMC의 국내 유치이다. 이 단계를 현재 진행하고 있으며, 2020년대 비교적 빠른 시기에 완료할 예정이다.

TSMC 유치는 긴급 조치이다. 일본에서 40nm 프로세스부터 정체된 반도체 기술을 한 층 더 발전시킬 계획이다. 처음에는 구마모토 현의 제조 거점에 공장 1개 동을 마련하지만, 앞으로 어느 정도 규모를 확대할 수 있을지는 경제산업성의 노력에 달려 있다고 할 수 있다. TSMC는 다른 나라의 진출 사례를 볼 때 한 곳에 1개 동의 공장으로 끝나지 않았다. 2개에서 3개, 4개 동까지 늘려나가고 있다. 주변에 여러 개 동의 공장을 만들지 않으면 파운드리로서의 매력을 느끼지 못할 것이다.

경제산업성의 입장에선 이 1개 동을 확실히 성공시킬 수 있는 환경 정비에 임하는 것이 중요한 방침 중 하나이다. 구체적으로는 인력이나 에너지의 안정적 공급, 반도체 제조에 대량으로 필요한 수자원 등이 있다. 그리고 2동, 3 동에 대한 투자를 검토하며 결정하기 쉬운 상황을 만들어 간다는 전략이다.

두 번째 단계인 3D 실장 기술은 세밀화 경쟁 이후의 경쟁축이 될 것으로 알려진 기술이다. 2020년대 중반에서 후반을 내다본 연구개발이 추진될 것이다. 국내에서 연구 거점이 되는 곳으로는 도쿄대학의 구로다(黒田) 교수가 주도하는 반도체 기술 거점인 ‘첨단시스템기술연구조합(RaaS)’, 이바라키(茨城)현 쓰쿠바 시에 신설된 ‘TSMC재팬3DIC 연구개발센터’ 등을 들 수 있다.

3D 실장 기술 분야에서 활약하는 국내 주요 기업은 RaaS의 가맹기업 및 패키징 공정을 담당하는 관련 기업들이다. 예를 들어, 패키지 기판에서 세계 점유율을 차지하는 이비덴(IBIDEN)이나 신광전기공업(新光電気工業) 등이 있다. 인텔이나 TSMC도 양 사의 기판이 없으면 사업 자체가 성립되지 않을 정도로 매우 중요한 비중을 차지하는 기업들이다. 이뿐만 아니라, 패키지 기판의 코어 부품을 제조하는 쇼와전공(昭和電工) 등 일본에도 잠재력이 있는 기업들이 존재한다.

과거의 반도체 전략 실패로부터 얻은 정부의 방침은 일본 기업만으로 모든 것을 조달하지 않는다는 것이다. 일본 기업을 통해 중요한 부품 개발은 확보하면서 해외 기업의 힘을 최대한으로 이용해나갈 것이다.

세 번째 단계인 광전융합 기술은 NTT가 중심이 되어 개발하는 기술이다. NTT가 2030년의 실현을 목표로 하는 차세대 정보통신 기반 구상 ‘IOWN’의 요소 기술로, 광신호와 전기신호를 불가분으로 융합함으로써 정보처리 등에 드는 소비전력을 크게 낮출 수 있다. 경제산업성은2030년 이후를 내다보고 대책을 추진하고 있다.

Q. TSMC의 신공장을 설립하기 위한 설비 투자에는 총 1조엔이 소요된다고 들었다. 약 6,000억엔이라는 국가의 예산액을 감안할 때 건설 비용의 절반 정도를 출자한다는 뜻인가?
A. 구체적인 금액은 추후 신청을 거쳐 결정될 것이다. 하지만 해외 반도체 공장의 유치 사례를 봤을 때, 절반 정도의 보조 금액이 주류이다.

Q. TSMC측의 목적에 대해서는 어떻게 생각하나?
A. 개인적인 추측이지만, 일본에는 반도체와 관련된 부소재(部素材) 기반이 갖춰져 있다. TSMC가 향후 3D 구현에 필수적인 이러한 기술을 도입하려고 할 경우 일본이 선택지에 오를 것이다. 이러한 이유로 TSMC는 이바라키 현에 3DIC 연구개발센터를 신설했을 것이다.

Q. 일본이 반도체 거점을 확보하는데 있어서 주요 타깃이 되는 산업은 어디인가?
A. 자동차 산업이나 IoT, 데이터센터이다.
향후 전기자동차(EV)의 보급이 진전되는 가운데 그 두뇌가 되는 반도체는 고도화될 것이다. 일본이 강점을 갖고 있는 파워반도체나, 운전자와의 인터페이스 부분에 사용되는 아날로그 반도체에도 수요가 있다.

IoT는 반도체와 센서와의 조합으로, 일본의 기술은 아직 우세하다. 데이터센터의 경우 현재의 일본이 강점을 갖고 있는 분야는 아니지만, 향후 타깃이 될 영역이다. 지금 당장 일본이 이 분야에 본격적으로 나서는 것은 어렵지만, 광전융합과 같은 기술이 실현되는 전환기를 위해 어떻게 대응해야 할 지가 중요하다.

Q. 한편, 일본에는 3D실장을 포함한 첨단 프로세스의 반도체 유저가 없다.
A. 그렇다. TSMC의 반도체 공장 유치와 같은 단계에서는 일본에 확실한 유저가 있다. 반면, 3D 실장이나 광전융합은 애매하다. 수요나 유저의 표면화가 필요하다. 이 부분에서는 GAFA와 같이 자체적으로 수요와 니즈를 창출해 나가야 한다. 그것은 일본이 지금까지 못하고 있던 부분이기도 하다.

Q. 일본이 향후 반도체를 재건하는 목표에 있어 강점을 살릴 수 있는 분야는 어디인가?
A. 세계 반도체 공급망 중에서 일본이 공급을 책임지고 있는 것은 웨이퍼나 최첨단 부소재 기판이다. 특히 부소재 기판은 일본에서만 만들고 있기 때문에 공급의 책임감은 매우 무겁다.

반도체 분야에서의 노하우도 강점 중 하나이다. 수 십 년 이상 반도체 관련 분야에서 연구개발을 지속하고 있는 곳은 일본과 미국, 유럽 정도. 기술 인재 축적은 상당한 강점이며, 향후 이 부분을 제대로 활용해나가지 않으면 안 된다.

반도체 분야에서 세계에 존재감을 발휘하기 위해서는 벨기에의imec처럼 산업기술종합연구소의 글로벌 거점화도 필요하다. 산업기술종합연구소의 세계화는 향후 필수 요건이다. 산업기술종합연구소가 자비로 모두 추진하는 것이 아니라 정부 차원에서 생각할 필요가 있다.

일본은 과거에 일본 기업만의 연합으로서 반도체 전략을 추진했지만, 해외에서는 오픈 이노베이션으로서 국제적 연구 거점이 정비되어왔다. 언어나 근무시간 등도 과제이다. 산업기술종합연구소는 최소한 영어로 대응할 수 있고 24시간/1주간 풀가동되지 않으면 안 된다.

세계화를 위해 경제 안전 보장의 관점에서 어느 나라와 손을 잡을 것인지에 대한 전략도 필요하다. 실제로 그러한 판단을 할 수 있는 체제로 만들어나갈 필요가 있다. 실현 장벽은 높지만 향후 반도체 전략을 생각한다면 반드시 필요하다고 할 수 있다.

Part 2. 구미(歐美) 동향
정부 주도로 반도체 제조 재건, 전(前)공정 유치만으로는 부족한가?

미국과 유럽이 각각 반도체 공급망 강화를 위한 법안을 내놓고 대책을 추진 중이다. 그 배경에는 반도체 부족과 함께 미중 갈등과 우크라이나 침공 등 사회 정세가 불안정해지면서 반도체 생산 대부분이 아시아 지역에 편재되어 있는 것에 대한 위기감이 있다. 최첨단 전공정 공장 건설을 유치하면서 5조엔 이상의 재정 지원 등으로 부활을 노리고 있는 구미의 동향을 살펴본다.

‘반도체 공장 투자에 가장 적합하다고 여겨졌던 20년 전 이후, 지금이 두 번째 최적의 시기라고 말할 수 있다. 반도체업체들이 칩 수요의 급격한 확대에 대응하기 위해 대규모 투자를 계획하고 있고, 여러 국가들이 우대 정책을 통해 공장을 유치하고 있기 때문이다. 우리는 CHIPS법안에 대한 투자를 포함한 ‘미국 이노베이션 경쟁법’을 성립시키지 않으면 안 된다’.

미국상무부(DOC)는 4월 6일, DOC 장관 등이 반도체 지원 법안 ‘CHIPS for America Ac’t의 조기 통과를 위해 의회 의원들을 대상으로 브리핑하는 것에 맞춰 보도자료를 전달하고 위와 같은 메시지를 발표했다. CHIPS법은 미국 내 반도체 연구개발과 설계, 제조 등에 대한 투자에 대해 총액 520억 달러(약 6조7,600억엔)의 재정 지원을 하는 법안이다.

DOC의 분석에 따르면 2021년 미국 내 반도체 수요는 2019년보다 17% 상승했지만, 공급 부족으로 미국의 GDP는 2,400억 달러(약 31조2,000억엔) 낮아졌다.
 
미국에는 세계를 대표하는 팹리스(Fabless)나 IDM(수직통합형 디바이스 제조사) 등이 존재해 반도체의 선진국임에는 의심의 여지가 없다. 그러나 생산이라는 누락 요소가 있기 때문에 이와 같은 손실이 초래된 것으로 DOC는 분석한다. 실제로 현재 세계 반도체의 70% 이상이 아시아 지역에서 생산되고 있으며, 미국의 점유율은 1990년 37%에서 12%까지 떨어진 것으로 알려졌다.

이와 같은 공급망의 구멍은 미중 갈등과 반도체 부족으로 드러나게 되었다. DOC는 이번 보도자료에서 ‘미국은 경제 번영과 국방에 매우 중요한 반도체를 자국 내에서 만들 수 있다는 것을 확실히 보여야 한다’고 밝혔다.

-- CHIPS법을 보완하는 투자감세 법안도 --
CHIPS법은 2020년 6월, 미국의 초당파 의원 그룹이 제안했다. 미 상원에서 2021년 6월에 가결된 ‘미국 이노베이션 경쟁법(United States Innovation and Competition Act)’, 미 하원에서 올 2월에 가결된 ‘미국 경쟁법(America COMPETES Act)’이라고 하는 각각의 정책 패키지에 포함되어 성립을 목표로 심의 중에 있다.

현재는 이 두 가지 방안의 상이점 등에 대해 조율 중이며, 앞으로 단일화된 최종 법안이 만들어져 심의될 예정이다. CHIPS법으로 거출하는 520억 달러의 주된 지출 처는 반도체 설비 투자 보조금에 390억 달러(약 5조1,000억엔), 국립반도체기술센터(NSTC)와 선진 패키징 제조 프로그램 연구개발에 105억 달러(약 1조3,700억엔)라고 한다.

또한, CHIPS법을 보완할 투자 감세 법안으로서 ‘미국산 반도체촉진법(FABS, Facilitating American-Built Semiconductors)’이 제안되고 있으며, 최종 법안 안에서 검토될 전망이다. FABS 법안은 미국 내 반도체 및 반도체 제조장치를 생산하는 시설과 설비의 신설 확장에 대해 25%의 세액공제 제도를 신설하는 방안이다.

미국 내에서는 이르면 올 5월 말, 현실적으로는 7월 말경에 법안이 통과될 것이라는 관측이 많다. 하지만, 만일 성립이 늦어지면 11월의 중간선거의 영향이 커져 그 후의 예정은 예측하기 어려울 것이다.

-- 2030년에 생산 점유율 20%를 목표로 --
“이 법안은 유럽 국제 경쟁력의 게임 체인저가 될 것이다. 단기적으로는 지역 내 반도체 공급망의 붕괴를 막을 수 있고, 중기적으로는 유럽을 업계의 리더로 이끄는데 큰 역할을 할 것이다”. 올 2월 8일, 유럽위원회는 EU내 첨단 반도체의 에코 시스템 확립을 목표로 하는 ‘유럽 반도체 법안’과 그 정책 문서를 발표. 폰데어라이엔 EU집행위원장은 이 법안의 의의를 이렇게 말했다.

유럽위원회는 2021년 3월, ‘2030 디지털 컴퍼스(Digital Compass)’를 발표. IT 플랫폼이 미국에 편중되고 있는 가운데 유럽의 디지털 주권을 확립하기 위해 향후 10년을 ‘디지털화의 10년(Digital Decade)’으로 규정하고 목표 등을 정했다. 그 가운데 차세대 반도체에 대해 EU 내 생산 점유율을 현재의 10%에서 2030년까지 20%로 확대한다고 한다. 여기서 ‘차세대 반도체’란 5 nm 이하의 프로세스로 제조된 것을 가리킨다.

폰데어라이엔 EU집행위원장은 2021년 9월, 일반교서연설에서 유럽의 테크놀로지 분야에서의 자립이 중요하다고 언급하며, 특히 반도체 공급 측면에서 아시아 의존도가 높다는 점을 지적. 반도체의 EU 내 공급을 강화할 것을 거듭 밝혔다. 이를 구현하기 위한 버팀목이 되는 것이 유럽 반도체 법안이다.

반도체 산업에서 있어 유럽의 입장은 미국과 크게 다르다. 벨기에의 연구기관 imec 등 연구개발에서는 최고 수준의 것도 있지만, 산업에서 차지하는 비중은 낮다. 실제로 IC Insights의 조사에 따르면 21년의 IC매출액에 있어서의 세계 점유율은 6%밖에 되지 않는다.

이번 정책 문서에서는 (1)연구개발·설계·양산의 각 단계의 능력 강화, (2)인력부족 대책, (3)반도체 공급망의 감시와 위기 대응을 전략 목표로 설정. EU와 가맹국들의 공적 지원에 민간 투자를 더해 2030년까지 총430억유로(약 5조8,900억엔) 이상의 투자를 전망한다고 제시했다.

유럽반도체법안은 3가지 핵심으로 구성된다. (1)‘반도체를 위한 유럽 이니셔티브(Chips for Europe Initiative)’ 설치, (2)반도체의 안정적인 공급을 위한 지원 틀 설정, (3)반도체의 안정적 공급을 위한 모니터링과 위기 대응 기능 구축이다. (1)에서는 이번 투자를 활용해 차세대 반도 기술개발 및 시작(試作) 생산라인 등을 강화한다.

(2)에서는 현시점에서 EU내에 존재하지 않거나 건설이 예정되어 있지 않은 ‘지역 내 최초(first-of-a-kind)’의 반도체 생산시설의 기준을 설정. 이러한 시설의 설치를 향후 예정하는 사업자는 유럽위원회의 승인을 받아 우대 조치를 받을 수 있다.

향후에는 유럽의회와 EU이사회가 각각 심의한 후 쌍방의 합의를 거쳐 각각 채택해 성립된다. “법안의 내용에 따라 다르지만, 성립까지는 평균적으로 2년 정도가 걸릴 것이다”(일본무역진흥기구(제트로)의 야스다(安田) 브뤼셀사무소 차장)라고 한다.

-- 공급망 강화 효과에 의문 --
하지만 공급망 강화라는 목표 실현을 위해 구미의 이 같은 법안들이 얼마나 효과가 있을지에 대해 의심의 목소리가 많다. 정치인의 관심과 투자의 중점이 첨단 전공정 공장 유치에 집중되는 경향이 강하기 때문이다.

예를 들면, 미국의 정책에 대해 반도체 업계에 정통한 액센츄어 비즈니스컨설팅 본부 컨설팅그룹의 무라이(村井) 디렉터는 “첨단 전공정 공장 유치에 포커스가 맞춰져 있는 것으로 보인다. 실제로 미국에는 후공정 공장이 적기 때문에, 이러한 정책만으로 미국 내에서 패키지 공정까지 마친 반도체가 대량으로 생산될 수 있는 것은 아니다. 자국의 경제 안보에 얼마나 효과가 있을지에 대해서도 의문이다”라고 말한다.


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