일본의 반도체 산업 부활 도전

(CNBC, Aug/12/2024)

 

톰 치티:

지금쯤이면 반도체의 중요성에 대해 잘 알고 있을 것이다. 반도체는 스마트폰부터 운동화까지 모든 것에 들어가며, 차세대 인공지능 개발에 있어서 중요한 구성 요소이다. 하지만 1980년대에 일본이 세계 반도체 시장의 절반 이상을 차지했다는 사실은 모를 수도 있다. 그 이후로 다른 나라들이 칩 공급망을 확보하기 위해 앞서 나섰다. 이제 일본은 정부와 기업의 지원을 받아 반도체 산업을 부활시키고, 세계에서 가장 진보된 마이크로칩을 개발하기 위한 도전을 시작했다. 이번 주의 게스트는 이코노미스트 인텔리전스 유닛의 선임 분석가이다. 1946년에 설립된 EIU는 이코노미스트 그룹의 연구 및 분석 부서로, 이코노미스트 신문의 자매 회사이다. 그는 동북아시아를 중심으로 경제 발전, 공공 정책, 국제 관계에 대한 예측과 분석을 제공한다. 페이 쉬에, 비욘드 더 밸리에 참여해 주셔서 감사하다.

페이 쉬에:

감사하다. 오늘 이 자리에 오게 되어 기쁘다.

톰 치티:

그럼 본격적으로 시작해 보겠다. 내가 시작 부분에서 언급했지만, 반도체가 얼마나 중요한지 요약해 줄 수 있겠는가? 오늘 우리가 이야기할 주제에 대해 사람들이 왜 관심을 가져야 하는지 이해를 돕기 위해서다.

페이 쉬에:

본질적으로 반도체는 이제 일종의 상품처럼 되어 있다. 이 작은 부품을 전자 기기뿐만 아니라 운동화와 같은 곳에서도 사용하고 있다. 현재는 운동화에 측정 기능을 위해 반도체를 사용하고 있다. 결국, 세계가 모든 것을 연결하려는 방향으로 나아가고 있기 때문에, 이를 실현하기 위해 반도체가 필요하다. 반도체는 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 로직 칩이고, 다른 하나는 메모리 칩이다. 로직 칩은 우리가 프로세서라고 부르는 것이고, 메모리 칩은 데이터를 저장하는 곳이다. 이 두 가지가 반도체 시장에서 가장 큰 부문을 차지하며, 각 부문에는 지배적인 강자가 있다.

톰 치티:

그럼 이제 일본에 대해 구체적으로 이야기해 보자. 일본의 반도체 산업에 대한 배경을 간단히 설명해 줄 수 있겠는가?

페이 쉬에:

일본은 한때 글로벌 반도체 연구 및 개발의 선두주자였다. 1980년대 말에는 일본 기업들이 전 세계 반도체 시장의 약 51%를 차지했다. 왜 그런 일이 일어났는가? 1980년, 일본 기업들의 컨소시엄이 전자빔 리소그래피 기술을 개발하여 반도체를 더 쉽고 저렴하게 만들 수 있는 돌파구를 마련했기 때문이다. 또한, 국가 자금 및 금융 지원의 도움으로 이들은 빠르게 글로벌 반도체 시장의 대부분을 차지하며 그 분야에서 강국이 되었다. 그러나 1980년대 후반부터 1990년대 초까지 시장 점유율은 급격히 하락했고, 현재는 전 세계 시장 점유율이 10% 미만이다. 일본에서 제조되는 대부분의 반도체는 자동차 산업과 관련된 특수 반도체이거나, 28나노미터 이상의 구식 반도체이다.

아르준 카르팔:

페이, 일본이 리더십을 잃게 된 변화는 무엇이었는가? 내가 알기로는 일부는 정치적인 이유였던 것 같은데, 미국 레이건 행정부 시절 일본의 메모리 반도체에 매우 큰 관세가 부과된 적이 있지 않은가? 이것이 큰 타격을 준 것으로 알고 있다. 다른 이유도 있었는가?

 

페이 쉬에:

두 가지 큰 이유가 있다. 첫 번째는 정치적인 이유로 미국이 부과한 100% 반도체 관세이다. 또한, 1986년에 미국과 일본이 체결한 미일 반도체 협정도 있다. 이 협정은 기본적으로 일본산 반도체의 미국 내 판매 가격에 하한선을 설정했으며, 동시에 일본 시장에서 외국산 반도체의 점유율을 강제로 증가시켰다.

 

이로 인해 일본 반도체 제조업체의 글로벌 시장에서의 경쟁력이 약화되었고, 일본 반도체 시장이 외국 기업에 개방되면서 미국, 한국, 대만에 기회가 생겼다.

 

특히 후자의 두 나라, 즉 한국과 대만에 대해 말하자면, 1990년대에 반도체 개발 분야에서 세대적인 진화가 일어났고, 산업 내 전문화가 이루어졌다. 전통적으로는 한 대기업이 칩 설계와 제조를 모두 책임지는 일본식 모델이 주류였지만, 1990년대부터는 전문화가 이루어져 한 기업이 칩 설계에만 집중할 수 있게 되었다. 이는 미국 기업들에게 강점이 되는 부분이었다.

 

또한 일부 기업들은 제조에만 집중하기 시작했다. 이를 통해 대만의 TSMC와 같은 반도체 제조업체는 단순한 계약 제조사로서, 다른 기업들이 설계한 반도체를 제조하는 데 집중할 수 있었고, 이로 인해 특정 부문이나 산업에 대규모 투자를 한 기업들이 일본 기업을 뛰어넘을 기회를 얻게 되었다. 동시에 일본 반도체 제조업체들은 막대한 고정 투자와 정부의 산업 지원 감소로 인해 따라잡지 못하게 되었다. 그래서 일본 반도체 제조업체들이 점차 글로벌 시장에서 경쟁력을 잃게 된 것이다.

아르준 카르팔:

정리하자면, 여러 가지 요인이 있었지만, 정치적인 이유, 투자 감소, 외국 경쟁자들의 시장 진입으로 인한 경쟁력 증가, 그리고 가장 큰 변화 중 하나로 팹리스(fabless) 모델의 부상이 있었다. 

 

현재 세계 최대의 반도체 제조업체인 대만의 TSMC가 이 모델의 큰 수혜자다. 많은 기업들이 자체적으로 칩을 제조하는 대신, 설계만 하고 제조는 TSMC와 같은 업체에 아웃소싱하기를 원했다. 그렇다면, 페이, 지금 일본이 자국의 반도체 산업을 부활시키기 위해 무엇을 하고 있는가?

페이 쉬에:

일본은 매우 종합적인 접근 방식을 채택하고 있다. 다시 말해, 국가 주도의 이니셔티브로 민간 부문의 자원과 개발 역량을 결집하고 있다. 한편으로는 미국 IBM과의 협력 프로그램을 통해 칩 설계 부문에 진출하려 하고 있으며, 다른 한편으로는 반도체 제조나 칩 제조와 관련된 국제 투자를 유치하여 일본 내에 공장을 설립하려 하고 있다. 

 

초기 단계에서 어느 정도 성공을 거두었으며, TSMC를 구마모토 현의 규슈 섬에 공장을 설립하도록 유치하는 데 성공했다. TSMC는 이미 그곳에 두 번째 공장을 설립할 것이라고 밝혔다. 또한, 일본의 8개 전자 기업들이 자원을 아 'Rapidus'라는 컨소시엄을 만들었으며, 이는 국가 자금 지원을 받아 2027년까지 가장 첨단의 2나노미터 반도체를 제조하는 것을 목표로 하고 있다.

 

톰 치티:

우리 청취자 중 2나노미터와 3나노미터의 차이를 잘 모르는 분들을 위해 설명해 줄 수 있겠는가? 현재 일본의 반도체 산업은 최고 성능의 마이크로칩을 생산하는 데 있어서 40나노미터 정도에 머물러 있는 것으로 알고 있다. 하지만 선도적인 마이크로칩은 3나노미터이다. 누군가 2나노미터라고 하면, 1나노미터 더 작은 것이라고 생각할 수 있지만, 그 차이는 엄청나지 않은가?

페이 쉬에:

맞다. 반도체를 소형화하는 어려움은 세대가 지날수록 기하급수적으로 증가한다. 이는 막대한 투자와 연구 개발이 필요하며, 매우 어려운 작업이다. 게다가 Rapidus의 최신 계획에 따르면, 2027년까지 2나노미터 반도체를 만들 수 있게 된다 하더라도, 그 시점에서 이미 가장 첨단의 반도체 기술에 뒤처지게 될 것이다. 왜냐하면 TSMC와 삼성은 이미 2026년까지 1.5나노미터 반도체를 만들 계획을 가지고 있기 때문이다. 또 하나 중요한 점은, 일부 일본 기업들이 이 기술을 우회하려고 시도하고 있다는 것이다. 칩 패키징, 특히 고급 칩 패키징 분야에서 칩을 겹겹이 쌓거나 다양한 종류의 칩을 결합하여 프로세서의 성능을 향상시키는 기술을 사용하려고 한다. 따라서 일본은 한편으로는 가장 첨단의 소형 반도체를 만들려고 하지만, 다른 한편으로는 칩의 성능을 향상시키기 위한 다른 접근법을 적극적으로 모색하고 있다.

아르준 카르팔:

왜 우리는 나노미터 단위에서 점점 더 작아져야 하는가?

페이 쉬에:

그 이유는 반도체의 사용성 또는 유용성을 증가시키고, 동시에 프로세서의 성능을 자동으로 향상시킬 수 있기 때문이다.

아르준 카르팔:

또 하나 흥미로운 점은 Rapidus가 2027년에 2나노미터를 상용화할 수 있다 해도, 여전히 TSMC와 삼성 등 선두주자들에게 뒤처지게 될 것이라는 점이다. 이것이 바로 많은 국가들이 겪는 어려움이다. 국내 산업을 강화하고 싶어 하지만, 여전히 TSMC와 삼성의 생산에 크게 의존해야 하는 상황이다. 이는 자연스럽게 이들 기업이 수년에 걸쳐 연구 개발에 막대한 투자를 했을 뿐만 아니라, 상당한 선행 이점을 가지고 있기 때문이다.

페이 쉬에:

그렇다, 맞다. 하지만 공정하게 말하자면, 일본 기업들은 따라잡기 역할을 하고 있는 것이다. 반드시 가장 첨단의 반도체를 만들어야 하는 것은 아니며, 기존의 반도체에도 큰 시장이 있을 것이다. 또한, 이들이 만드는 칩들은 국내 수요를 충족시킬 수 있으며, 이는 그들에게 탐색할 수 있는 거대한 시장이 될 것이다. 또 하나의 문제는, TSMC와 삼성이 2026년까지 1.5나노미터 반도체를 만들 수 있다 해도, 그들의 생산 능력이 수요를 따라잡지 못할 것이다. 따라서 2나노미터 반도체에 대한 수요도 여전히 클 것이다.

아르준 카르팔:

현재 첨단 반도체들은 대부분 고급 스마트폰에 들어가고 있지 않은가? 애플이나 삼성의 스마트폰, 또는 Nvidia의 GPU 같은 경우도 더 진보된 노드를 사용하고 있다고 생각한다. 그러나 여전히 기존 노드에 대한 큰 시장이 존재하고 있다. 예를 들어 자동차와 같은 다양한 분야에서는 반드시 3나노미터 칩이 필요한 것은 아니지 않은가?

 

페이 쉬에:

반드시 그런 것은 아니다. 현재 많은 자동차용 특수 반도체의 경우, 28나노미터 정도면 충분하다.

톰 치티:

앞서 정부 주도로 이 부활이 이루어졌다고 언급했는데, 주로 기업의 지원을 받고 있다고 하셨다. 이 부활이 단순히 산업 성장을 이끌기 위한 것인지, 아니면 국가 안보 문제도 고려된 것인지 궁금하다.

페이 쉬에:

네, 좋은 질문이다. 이 정부 주도 이니셔티브는 단순히 경제 성장을 목표로 한 것이 아니다. 물론 반도체 산업을 부활시킴으로써 일본 정부는 지원 산업과 기술의 발전을 촉진하여 국가에 또 다른 경제 성장의 원천을 제공하려 한다. 그러나 앞서 말했듯이, 반도체는 이미 글로벌 시장에서 상품화되었으며, 인공지능, 다양한 전자기기, 심지어 전기차(EV)와 같은 많은 첨단 기술 분야에서 매우 중요한 요소가 되었다. 

 

반도체는 글로벌 기술 경쟁의 필수적인 부분이며, 많은 국가들이 이 틈새 시장에서 입지를 확보하려고 하며, 외국 기업에 너무 의존하지 않으려 한다. 따라서 국내 기업을 설립하여 적어도 자국에서 사용할 반도체를 설계하고 제조할 수 있도록 하려는 것이다. 현재로서는 가장 첨단의 반도체 중 90%가 TSMC와 같은 대만 기업들에 의해 제조되고 있다. 나머지는 한국의 삼성과 소수의 미국 기업들이 제조하고 있다. 따라서 일본 기업들이 이 첨단 반도체를 필요로 할 때 외국 공급업체에 의존해야 한다는 점은 국가 안보 문제로 간주될 수 있다.

아르준 카르팔:

페이, 지난 몇 년간 반도체가 지정학적 문제에 깊이 연관되었고, 특히 미국과 중국 사이에서 다양한 일들이 일어났다. 많은 주요 반도체 플레이어들이 이 지정학적 혼란에 휘말리게 되었다. 미국은 세 가지 전략을 추진하고 있는 것처럼 보인다. 

 

첫째는 중국의 중요한 도구와 첨단 반도체 접근을 차단하려는 시도이다. 둘째는 칩법(Chips Act)을 통해 자국의 반도체 산업에 투자하려는 것이다. 셋째는 일본, 한국 등 동맹국들과의 협력을 강화하여 공급망을 확보하고 반도체 분야에서 협력하려는 것이다. 

 

하지만 최근에는 미국이 외국 직접 제품 규칙(Foreign Direct Product Rule)이라는 규칙을 통해 중국에 대한 제재를 확대할 수 있다는 보고가 나왔다. 이 규칙에 따르면 일본 기업이나 네덜란드 기업들이 중국으로 반도체 장비를 수출하는 것이 어려워질 수 있다. 그래서 미국과 중국 간의 반도체 전쟁에서 일본을 포함한 많은 국가들이 어려운 상황에 처하게 될 가능성이 있다. 동시에 이들 국가는 미국과의 동맹을 유지하려고 하고 있다. 일본과 같은 국가는 이러한 지정학적 어려움을 어떻게 헤쳐나가고 있는가?

 

페이 쉬에:

반도체 산업에 있어서 지정학적 문제가 항상 우려가 된다. 사실, 미국이 부과한 제재는 이미 지난해부터 시행 중이며, 현재 일본 기업들은 최첨단 반도체나 반도체 제조 장비를 중국 기업에 판매할 수 없다. 흥미롭게도, 제재가 시행되기 전에 일본의 대중국 수출, 특히 반도체 제조 장비의 수출이 급증한 적이 있다. 이는 중국 기업들이 제재로 인한 비용을 피하려 했고, 자국의 반도체 산업을 구축하여 자급자족을 이루려는 노력이 있었기 때문이다. 

 

그러나 일본으로 돌아와 보자. 일본 정부는 이미 비우호적인 외국에 대한 반도체 수출에 대한 일련의 제재를 도입했다. 이는 칩 제조 과정에서 중요한 25가지 이상의 구성 요소와 재료를 포함하고 있으며, 미국과 중국 간의 지정학적 경쟁, 기술 전쟁, 무역 갈등으로 인해 일본 기업들이 일부 시장을 잃을 것이다. 그러나 다른 시장을 적극적으로 탐색할 것이다. 특히 많은 국가들이 자국 내에서 반도체 제조 능력을 재구축하거나 친숙한 국가 내에서 이를 설립하려는 노력을 기울이고 있으며, 이는 반도체와 반도체 제조 장비에 대한 수요를 증가시킬 것이다. 게다가 인공지능, 전기차, 데이터 센터에서의 지속적인 기술 발전은 이러한 수요를 더욱 증폭시킬 것이다.

톰 치티:

그렇다면 AI에 대해 이야기해 보자. 일본이 생성형 AI 분야에서 선두에 서기 위한 긴박한 필요성도 이 부활의 이유 중 하나인가?

페이 쉬에:

일본의 반도체 분야에서 AI는 두 가지 종류의 반도체를 필요로 한다. 기본으로 돌아가자면, 하나는 로직 칩으로, 현재 Nvidia가 설계한 프로세서 같은 것이다. 불행히도 일본 기업들은 현재 이러한 칩을 제조할 수 있는 능력이 없다. 그러나 이들은 2020년대말까지 이러한 칩을 제조할 수 있기를 바라며, AI 수요의 증가로부터 혜택을 받으려 한다.

 

다른 한편으로, AI 개발과 클라우드 컴퓨팅은 대용량의 데이터 센터가 필요하며, 이는 대량의 메모리 칩을 필요로 한다. 일본 기업들은 자체 용량을 개발하려고 할 뿐만 아니라, 외국 기업들이 일본에 공장을 설립하도록 유치하려고 하고 있다. 예를 들어, 미국의 반도체 제조업체인 마이크론(Micron)과 삼성은 일본에 연구소나 공장을 설립하여 첨단 메모리 칩을 제조할 계획을 이미 세웠다. 따라서 일본 기업들의 계획은 이 분야에서 점진적으로 따라잡는 것이다.

아르준 카르팔:

일본의 반도체 산업 부활 시도와 관련된 가장 흥미로운 이야기 중 하나는 일본의 가장 오래된 전통적인 기업 중 하나인 캐논(Canon)이 관련되어 있다는 점이다. 캐논은 프린터와 카메라로 유명하지만, 작년에 ASML에 맞서기 위해 나노 임프린트 리소그래피 시스템을 개발하려고 한다고 밝혔다. 우리는 이전 팟캐스트에서 ASML과 그들의 극자외선 리소그래피 기계에 대해 많이 이야기했는데, 이들은 이 분야에서 사실상 독점적인 위치에 있다. 캐논의 이야기는 매우 흥미롭다. 일본의 가장 오래된 기술 기업 중 하나가 스스로를 재창조하려는 시도이다. 이 시도가 성공할 가능성이 얼마나 되는가? 그리고 더 전통적인 일본 기업들이 이와 유사한 시도를 할 가능성이 있는가? 일본은 기술 혁신에 있어서 매우 풍부한 역사를 가지고 있다. 오늘날에도 소니, 닌텐도, 캐논과 같은 브랜드가 살아남아 있다. 이 분야에서 어떤 일이 벌어지고 있는가?

페이 쉬에:

맞다. 일본은 여전히 반도체 분야의 여러 틈새 시장에서 큰 강점을 가지고 있다. 일본은 정밀 장비 제조와 많은 반도체 재료 분야에서 활발한 활동을 하고 있다. 캐논의 경우, 이 나노 임프린트 리소그래피 기술은 사실 새로운 것이 아니다. 그러나 이 기술을 대량 상용화할 수 있을 만큼 개선했다. 하지만 이 기술이 경쟁력을 갖추기 위해서는 일정 수준의 성공률을 먼저 달성해야 한다. 또 다른 문제는, 기존의 많은 공장들이 극자외선 리소그래피 기술에 맞게 설계되어 있다는 점이다. 

 

따라서 일부 수정이 필요할 수 있으며, 이는 기존 반도체 제조업체들에게 추가 비용이 될 수 있다. 캐논에 따르면, 이 기술의 주요 경쟁력은 저렴한 생산 비용과 에너지 절감 효과에 있다고 한다. 그러나 기존의 강자들을 능가하는 것은 별개의 문제이며, 일본 기업들은 틈새 기술과 제조 기술을 사용하여 기존 시장 지배적 플레이어들과 협력하여 시장 점유율을 확보하고, 새로운 기술을 개발하려 할 가능성이 더 크다.

 

한 가지 예로, 소니는 TSMC가 구마모토에 공장을 설립하기로 결정한 큰 이유 중 하나이다. 소니와 협력하여 차세대 이미지 센서를 개발하려는 것이다. 소니는 이 분야에서 자체 기술을 보유하고 있지만, 두 기업의 자원과 기술을 결합하여 한국의 삼성전자와 경쟁력을 높이려 한다. 국제 기업들과 협력함으로써 일본 기업들은 기존 기술과 제조 기술을 활용해 글로벌 시장 점유율을 확대할 수 있다.

 

아르준 카르팔:

우리는 일본의 역사적인 강점, 글로벌 반도체 환경의 변화, 그리고 부활을 위한 시도에 대해 이야기했다. 또한 일본이 반도체의 틈새 분야에서 강점을 가지고 있다는 사실도 언급했다. 현재 일본이 특히 강점을 보이고 있는 분야는 어디인가? 이 팟캐스트에서 다시 한번 언급했듯이, 반도체 공급망은 소프트웨어, 설계, 제조, 중간 재료, 테스트, 패키징 등 매우 복잡하다. 일본의 현재 강점은 어디에 있다고 보는가? 나는 일본이 도포기(coater)와 현상기(developer)에서 글로벌 시장 점유율 88%, 실리콘 웨이퍼에서 53%, 포토레지스트에서 50%를 차지하고 있다는 통계를 읽은 적이 있다. 이들은 모두 매우 기술적인 분야이다. 이것들이 무엇을 의미하는지, 그리고 일본의 강점이 어디에 있는지 설명해 달라.

페이 쉬에:

일본의 강점은 틈새 소재, 부품, 정밀 칩 제조 도구와 같은 분야에 있다. 포토레지스트가 그 좋은 예이다. 일본 기업들, 예를 들어 신에츠화학 같은 회사들이 포토레지스트라는 소재의 글로벌 시장 점유율을 지배하고 있으며, 이는 리소그래피 기술에 사용된다. 또한 웨이퍼 주위에 포토레지스트를 코팅하는 기술 역시 일본 기업들이 주도하고 있다. 따라서 일본은 긴 반도체 공급망이나 기술 체인에서 특정 틈새 영역이나 부문을 점유하고 있으며, 이러한 소재와 칩 제조 기술 및 도구를 이용해 강점을 발휘할 수 있다.