글로벌 반도체 산업은 반복적인 업그레이드의 중요한 시점에 있습니다. 새로운 기술과 분야가 끊임없이 산업 확장을 가속화하고 있으며, 공급과 수요와 같은 핵심 요소들이 산업 사슬의 재편을 더욱 촉진하고 있습니다. 글로벌 시장에는 위험과 기회가 공존합니다.

모든 산업의 발전은 혁신과 불가분의 관계에 있습니다. 혁신은 모든 신기술의 핵심 원동력이라고 할 수 있습니다. 반도체 산업은 끊임없는 혁신과 기술 발전을 바탕으로 가장 강력한 응용 분야와 광범위한 산업적 영향력을 가진 전략적이고 선도적인 산업으로 성장해 왔습니다.

6월 9일부터 11일까지 난징 국제 엑스포 센터에서 2021 세계 반도체 컨퍼런스 및 난징 국제 반도체 엑스포가 개최되었습니다. "혁신과 변화, 핵심을 중심으로 한 상생"이라는 주제로 세계 반도체 산업의 혁신과 협력, 발전과 상생에 대해 공동으로 논의했습니다. (참고: 배경 설명)혁신 포럼"이번 세계 반도체 컨퍼런스 혁신 포럼 관련 연설 자료는 본문 말미에서 확인할 수 있습니다."

인공지능, 5G, 사물인터넷 등 신기술의 지속적인 통합 및 발전으로 전 세계적인 디지털 전환이 가속화되고 있으며, 이는 반도체 산업의 발전을 촉진하고 있습니다. 미래 경제의 핵심 기반으로서 반도체 산업 기술은 연이어 주요한 기술적 도약을 이루어내고 있습니다.

무어 이후 시대의 새로운 방향

무어의 법칙이 발전해 온 이후 물리적 한계에 도달하면서 칩 성능과 전력 소비는 병목 현상을 겪고 있습니다. 한편, 기술적 수단과 경제적 비용 또한 무어의 법칙 발전을 저해하는 요인입니다. 중국공정원 원사이자 저장대학교 마이크로-나노 전자공학과 학장인 우한밍은 무어의 법칙 이후 시대에 반도체 산업의 기술 발전 속도는 둔화되었지만, 혁신 공간과 따라잡을 기회는 오히려 확대되었다고 말했습니다. 고성능 컴퓨팅, 모바일 컴퓨팅, 자율 센싱이 칩 기술 발전의 주요 동력이 되었습니다. 칩의 PPAC(성능, 전력, 면적, 비용)를 개선하기 위해서는 제조 공정에서 세 가지 주요 과제를 해결해야 합니다.

첫 번째는 정밀 그래픽입니다. 현재 포토리소그래피 장비를 주 장비로 사용하는 공정은 주로 193나노미터의 파장을 이용하여 20나노미터 및 30나노미터 크기의 패턴을 형성하는데, 이는 기술적으로 매우 어렵습니다.

두 번째는 신소재입니다. 소형화로 인한 성능 향상에는 한계가 있으며, 증가하는 성능 요구 사항을 충족하기 위해서는 새로운 소재를 찾아야 합니다. 신소재와 신공정은 집적회로 칩 제조의 핵심 주제입니다.

세 번째는 수율을 개선하는 것입니다. 수율은 공정이 진정으로 성숙했는지 여부를 판단하는 기준이며, 반도체 제조 회사들이 직면한 가장 어려운 과제이기도 합니다.

중국과학원 원사이자 당 상무위원, 상하이 자오퉁대학교 부총장인 마오쥔파에 따르면, 반도체 칩의 미래 발전 경로는 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 무어의 법칙을 따르는 것이고, 다른 하나는 무어의 법칙을 뛰어넘는 것이다. 무어의 법칙을 뛰어넘는 방법은 여러 가지가 있는데, 이종 집적화가 그중 하나이다.

이종 집적은 서로 다른 반도체 재료, 공정, 구조 및 부품 또는 칩의 장점을 통합하여 강력하고 복잡한 기능을 구현하고 탁월한 종합 성능을 제공할 수 있으며, 단일 반도체 공정의 성능 한계를 뛰어넘을 뿐만 아니라 뛰어난 유연성, 높은 신뢰성, 짧은 연구 개발 주기와 같은 장점을 가지고 있습니다. 마오쥔파는 이종 집적 연구가 매우 중요하다고 강조했습니다. 집적 회로 개발은 단일 동종 공정에서 다중 이종 공정의 통합으로, 2차원 평면 통합에서 3차원 통합으로, 그리고 하향식(TOP-DOWN)에서 상향식(BOTTOM-UP)으로 전환되고 있습니다.

중국 반도체산업협회 부회장이자 창디안 테크놀로지(Changdian Technology)의 이사 겸 CEO인 정리(Zheng Li)는 무어의 법칙 이후 시대에 칩의 밀도와 집적도가 점점 더 복잡해지고 있으며, 첨단 패키징은 더 이상 단순한 "밀봉"과 "설치"에 그치지 않고 "집적"과 "연결"로 나아가고 있다고 말했다. AMD, TSMC, 인텔과 같은 세계적인 거대 기업들은 고집적 칩과 고상호연결성을 실현하기 위해 이종 집적 기술을 적극적으로 도입하고 반도체 후공정 기술을 개발하고 있다.

하지만 제조 공정과 고밀도 상호 연결 통합 공정만으로는 충분하지 않습니다. 웨이퍼 제조와 후속 완제품 제조는 칩 설계 초기 단계부터 연계되어야 수율을 확보하고 성능을 향상시킬 수 있습니다.

반도체 산업이 위기에 처했다

무어의 법칙이 한계에 다다르면서 반도체 칩 기술은 혁신을 절실히 필요로 하고 있습니다. 하지만 반도체 시장은 100년 만에 볼 수 없었던 큰 변화에 직면해 있습니다. 2020년 초, 코로나19 팬데믹 발생으로 전 세계 반도체 시장에 칩 부족 현상이 닥쳤고, 특히 자동차 전자제품 분야가 가장 큰 타격을 입었습니다. 현대, 기아, 제너럴 모터스, 포드 등 여러 자동차 회사들이 칩 공급 부족으로 생산을 중단하며 막대한 손실을 입었습니다.

골드만삭스 연구 보고서에 따르면 전 세계 169개 산업이 자동차 전자제품부터 가전제품, 심지어 맥주 세제 생산에 이르기까지 반도체 부족 현상의 영향을 직간접적으로 받고 있습니다. 반도체 부족의 여파는 줄어들기는커녕 오히려 심화되고 있습니다.

CCID 컨설팅의 리커 부사장은 반도체 부족 현상의 원인이 시장 수요, 공급, 그리고 공급과 수요의 연계 문제, 이렇게 세 가지에 불과하다고 분석합니다. 시장 규모 통계에 따르면 반도체 시장 성장률은 2010년 31.9%, 2017년 22%에 달했지만, 이 기간 동안 반도체 시장의 핵심 부품 부족 현상은 발생하지 않았습니다. 따라서 2020년의 핵심 부품 부족은 시장의 갑작스러운 폭발적 성장이나 수요 증폭 때문이 아니라, 공급과 수요의 연계 문제에서 비롯된 것임이 분명합니다.

SEMI 글로벌 부사장 겸 중국 사장인 주룽(Ju Long)은 핵심 부품 부족은 생산 능력 부족을 반영하는 것이며, 생산 능력 부족은 전반적인 문제로 이어진다고 지적했습니다. 첨단 노드부터 소재, 심지어 패키징 및 테스트에 필요한 핵심 기판에 이르기까지 핵심 부품 부족에 대한 우려가 커지고 있습니다. 자동차 핵심 부품 부족만 보더라도, 높은 수요와 부족한 생산 능력 외에도 자동차 회사들의 공급망 관리 능력 부족이 현재의 "핵심 부품 부족" 사태를 야기하는 주요 원인 중 하나입니다.

반도체 제조, 패키징 및 테스트, 설계부터 자동차, 네트워크, 가전제품 등에 이르기까지 전체 산업 사슬의 상류 및 하류 제조업체들이 반도체 부족 현상의 영향을 받아 대응에 나서고 있습니다. TSMC, 삼성, 텍사스 인스트루먼트, SMIC 등 주요 제조업체들은 생산 능력 확대를 위해 적극적으로 노력하고 있으며, 새로운 기술 개발에도 힘쓰고 있습니다. AMD를 비롯한 팹리스 공장과 하류 자동차 회사들도 생산 능력 확보를 위한 협력 방안을 적극적으로 모색하고 있습니다.

업계 관계자들의 의견에 따르면, 반도체 부족 현상은 1~2년 지속될 것으로 예상됩니다. 상하류 시장 모두에서 가격 상승이 부추겨지고 있으며, 반도체는 여전히 시장성은 있지만 가격은 천차만별인 상태입니다. 중소기업들에게 2020년은 어려운 한 해가 될 것으로 보입니다. 주요 제조업체들 또한 시장의 새로운 발전 추세에 맞춰 변화를 모색해야 할 필요성이 시급합니다.

혁신과 변화를 통한 발전을 추구합니다.

여러 기관의 예측에 따르면 2021년 반도체 시장 규모는 기본적으로 "상승세"를 보일 것으로 예상됩니다. 2021년에는 15~20%의 성장률을 기록하며 시장 규모가 500천억 달러를 돌파해 새로운 이정표를 세울 것으로 전망됩니다.

2020년 이후, 글로벌 반도체 산업 체인의 기업들은 시장 수요에 발맞춰 변화에 대응하고 발전을 도모하기 위해 생산시설 배치를 강화해 왔습니다. 대만과 한국을 중심으로 12인치 웨이퍼 생산시설이 꾸준히 확장되고 있으며, 중국의 8인치 생산 능력 또한 지속적으로 증가하고 있습니다. 반도체 기기 제조업체들은 투자 확대와 연구개발(R&D) 자금 투입을 늘리고 있습니다. 삼성, 인텔 등 주요 제조업체들은 전 세계적으로 칩 공장에 대한 투자와 확장을 가속화하고 있습니다.

현재 시장 상황은 국내 제조업체들에게 기회이자 도전 과제입니다. 2020년 우리나라 반도체 제조 산업 시장 규모는 256억 위안, 패키징 및 테스트 시장 규모는 250.9억 위안에 달했습니다. 이는 중국 반도체 제조 산업이 역사상 처음으로 패키징 및 테스트 산업을 넘어섰음을 의미하며, 국내 반도체 산업 구조가 지속적으로 최적화되고 있음을 보여줍니다. 반도체 제조 산업의 빠른 성장은 중국 집적회로 산업의 발전을 강력하게 뒷받침하고 공급망 및 산업 사슬의 안정성을 보장하는 데에도 크게 기여했습니다.

5G, 인공지능, 자율주행과 같은 새로운 분야들이 시장에 통합되고 있습니다. 반도체 소재, 기술, 공정 또한 빠르게 업데이트되고 발전하고 있습니다. 앞으로 시장 구조는 재편될 것입니다. 리커는 전체 산업 사슬에 걸쳐 기업들이 미래 시장 트렌드를 명확히 이해하고 새로운 기회를 적극적으로 모색해야 한다고 강조했습니다.

요약

글로벌 반도체 산업은 반복적인 업그레이드의 중요한 시점에 있습니다. 새로운 기술과 새로운 분야가 끊임없이 확장을 가속화하고 있으며, 공급과 수요와 같은 핵심 요소들이 산업 사슬의 재편을 더욱 촉진하고 있습니다. 글로벌 시장에는 위험과 기회가 공존합니다. 지난 몇 년간 국산화 대체라는 주제가 꾸준히 화두로 떠올랐습니다. 2021년은 제14차 5개년 계획의 첫해입니다. 각 기업은 스스로를 주도적인 주체로 삼아 산업 배치 최적화, 기술 혁신의 반복, 기술 하드웨어 강화, 그리고 국내 응용 분야 구현 지원을 적극적으로 추진해야 합니다.

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