중국은 아래에서 위로, 그리고 위에서 아래로, 반도체 산업 발전 과정에서 발생하는 문제들을 해결하는 것을 개발 업계에 맡기고 있습니다. 향후 5년간 차세대 반도체 기술 개발을 연구하고 있으며, 미국 기술 의존도를 줄이기 위해 수조 달러를 투자할 것으로 예상됩니다.

지난달 베이징에서 제18차 국가 과학기술 시스템 개혁 및 혁신 시스템 구축 선도그룹 회의가 개최되어 제14차 5개년 계획의 국가 과학기술 혁신 계획 수립 방안을 논의했습니다. 이번 회의에서는 무어 시대 이후의 집적회로 분야의 잠재적 혁신 기술에 대해서도 중점적으로 다루었습니다.

주 정부의 신흥 반도체 기술 전략 지원은 새로운 투자 기회를 창출할 것입니다.

중국 교육부는 반도체 과학 및 공학을 핵심 학문 분야로 지정하고 더 많은 대학들이 집적회로 관련 분야에 특화된 전문 대학원을 설립하도록 장려하고 있습니다. 지난주(6월 22일), 선전공업대학교 신소재·신에너지대학과 SMIC는 집적회로 설계 및 제조 분야의 첨단 응용 기술 인재를 양성하기 위해 공동으로 집적회로대학을 설립했습니다.

IT 컨설팅 회사 가트너는 2025년까지 중국 반도체 제조업체의 매출 점유율이 2020년 대비 두 배로 증가하여 15%에서 30%에 이를 것으로 예측했으며, 2023년까지 중국 반도체 기업에 대한 자본 투자 규모는 2020년 대비 80% 증가할 것으로 전망했다.

그러나 분석가들은 차세대 칩 기술을 뒷받침하는 신소재 제조에는 전체 칩 공급망의 지원뿐 아니라 포토리소그래피 장비를 포함한 첨단 장비 및 생산 도구의 지원이 필요하기 때문에 중국이 고성능 칩 제조로 ​​나아가기 위해서는 여전히 어려움에 직면해 있으며, 산업 및 인재 개발에 시간을 할애해야 한다고 보고 있습니다.

자립 가능한 생태계를 구축하세요

중국은 2030년까지 국가 첨단 제조업 목표 달성을 지원하기 위해 반도체 제조 기술을 국가 전략적 지위로 격상시켰습니다. 이 계획에 따르면, 중국의 국내 반도체 공급 비중은 올해 40%로 증가하고, 2025년까지 70%로 더욱 확대될 예정입니다.

미국의 로듐 그룹은 5년 전 중국이 반도체 칩 산업을 발전시키는 것이 매우 중요하다고 예측했습니다. 룽딩은 중국이 수입 칩, 특히 고성능 칩에 크게 의존하고 있다고 말했습니다. 이러한 칩은 국가 건설의 모든 분야에 사용되며 안보 측면에서 위험합니다.

이는 중국이 반도체와 소프트웨어를 포함한 기술 분야에 대한 투자를 늘려야 한다는 것을 의미합니다. 복잡한 글로벌 비즈니스 환경 속에서 중국은 해외 제품에 대한 의존도를 낮추기 위해 자체적인 기술 생태계를 구축하고 있습니다.

화웨이와 같은 기업에 대한 제재를 배경으로, 중국은 반도체 산업 전반에 걸친 광범위한 인센티브 제공과 현재의 실리콘 웨이퍼 칩에서 신소재를 사용한 "3세대" 칩으로의 도약을 포함하여 혁신적인 신칩 기술 개발을 촉진하는 방안을 모색하고 있다.

중국 정부의 적극적인 반도체 산업 육성 정책으로 SMIC(Semiconductor Manufacturing International Corporation), 웨일(Weill Corporation), 주오성 마이크로일렉트로닉스(Zhuosheng Microelectronics), 사난 옵토일렉트로닉스(Sanan Optoelectronics), 북방화창(Northern Huachuang), 윙텍 테크놀로지(Wingtech Technology), 차이나 리소스 마이크로(China Resources Micro), 기가디바이스(GigaDevice), 중환 테크놀로지(Zhonghuan Technology) 등 시가총액 100억 위안 규모의 기업들이 중국 반도체 시장에 등장했다.

상하이 자오퉁 대학 부총장이자 중국과학원 원사인 마오쥔파는 이달 난징에서 열린 2021 세계 반도체 컨퍼런스에서 중국이 "이종 집적화", 즉 개별적으로 제조된 부품들을 통합하는 기술을 통해 반도체 산업에서 선도적인 위치를 유지할 수 있다고 말했다. 마오쥔파는 "이종 집적화는 무어의 법칙 이후 시대의 새로운 산업 방향이며, 중국이 집적회로 산업에서 선두를 차지할 수 있는 기회를 제공한다"고 강조했다.

마오쥔파에 따르면 현재 반도체 기술 개발에는 크게 두 가지 방향이 있다. 하나는 무어의 법칙을 따르는 것이고, 다른 하나는 무어의 법칙을 우회하는 것이다. 오늘날 무어의 법칙은 다양한 도전에 직면해 있으며, 무어의 법칙을 우회할 수 있는 방법은 여러 가지가 있는데, 이종 집적 회로가 그중 하나이다.

무어의 법칙이 물리적 한계에 가까워짐에 따라, 새로운 칩 소재와 이종 집적화 방식이 혁신적인 기술 발전을 이끌어낼 가능성이 가장 높은 두 분야로 꼽히고 있습니다.

차세대 반도체, 즉 3세대 반도체에 사용되는 신소재로는 탄화규소(SiC)와 질화갈륨(GaN) 등이 있다. 하지만 현재 대부분의 업계 분석가들은 중국이 반도체 자급자족을 달성하기까지는 수년이 걸릴 것으로 예상하고 있다.

현재 실리콘 웨이퍼는 여전히 전 세계 가치 사슬 전체를 지배하고 있습니다. 실리콘 웨이퍼 소재의 경우, 일본의 신에츠화학, 일본의 SUMCO, 그리고 대만의 글로벌 웨이퍼 등 상위 3개 업체가 전 세계 실리콘 소재 시장 점유율의 약 3분의 2를 차지하고 있습니다.

가트너 보고서에 따르면, 반도체 제조 공급망 측면에서 중국 기업의 웨이퍼 장비 및 재료 시장 점유율은 각각 3%와 5% 미만으로 기술적으로 매우 불리한 상황이며, 반도체 설계 도구인 EDA 소프트웨어 시장 점유율은 1% 미만입니다.

가트너 데이터에 따르면 2020년 중국 반도체 제조업체의 세계 시장 점유율은 6.7%였으며, 중국 최대 반도체 제조업체인 선전 하이실리콘 반도체(Shenzhen HiSilicon Semiconductor Co., Ltd.)의 세계 시장 점유율은 1.75%였습니다.

하지만 가트너는 중국이 글로벌 전자 장비 공급망에서 중요한 역할을 한다고 강조했습니다. 전 세계 전자 장비의 70% 이상이 중국에서 생산되며, 중국 본토의 반도체 생산 능력은 전 세계 생산량의 18%를 차지합니다.

막대한 자본 유입

가트너는 여러 요인이 중국의 국산 반도체 공급을 좌우할 것으로 전망한다.

첫째는 정부 차원의 지원입니다. 2019년 10월, 반도체 소재 및 장비 기업에 대한 투자를 중점적으로 추진하는 자본금 2,041억 5천만 위안 규모의 국가집적회로산업투자펀드 2단계 유한회사가 설립되었습니다.

SMIC는 2019년 4분기에 14nm 공정의 양산에 성공할 것이라고 발표했습니다. 하지만 SMIC가 반도체 제조 분야에서 세계적인 경쟁력을 갖춘 선두 기업으로 발돋움하기까지는 아직 갈 길이 멉니다.

업계 전문가들은 '국내산'이 디자인, 제조, 포장의 국내 생산을 의미한다면 이미 달성된 것이라고 평가합니다. 그러나 국내산 프레임워크와 지적재산권 모듈을 디자인에 적용하고, 국내산 장비와 자재를 제조에 사용하는 등 산업 사슬 전반으로 확대하려면 단기간에 달성하기 어려울 것이라고 분석합니다.

S&P 글로벌 레이팅스의 애널리스트인 리시쉬안은 차이나 비즈니스 뉴스에 "중국의 반도체 자급률은 여전히 ​​낮다. 반도체 산업 사슬의 원자재, 설계, 공정 제조를 살펴보면 원자재는 여전히 미국, 독일, 일본이 장악하고 있고, 설계 도구 소프트웨어는 주로 미국 업체들이 지배하고 있다. 중국 본토의 반도체 공정 제조 기술은 TSMC와 약 5년 정도의 격차가 있어, 독자적인 반도체 기술 개발에는 아직 갈 길이 멀다"고 말했다.

S&P는 중국 정부가 반도체와 같은 핵심 분야의 기술 기업에 대한 재정 및 운영 지원을 확대해야 한다고 보고 있으며, 이러한 지원에는 자본 투입, 보조금, 세금 감면, 규제 승인 절차 간소화 등 다양한 형태가 포함될 수 있다고 생각합니다.

가트너는 중국 반도체 산업 발전을 이끄는 두 번째 요인으로 장비 제조업체 구매자들의 참여를 꼽습니다. 가트너는 2025년까지 중국의 10대 반도체 구매업체가 모두 자체 반도체 설계 역량을 갖추게 될 것으로 예측합니다. 이러한 구매업체에는 샤오미, 비보, 오포와 같은 스마트폰 제조업체와 바이두와 같은 인터넷 대기업이 포함됩니다. 이들 제조업체는 글로벌 반도체 공급업체에 대한 의존도를 줄이기 위해 자체적으로 반도체를 개발하고 있습니다.

세 번째 성장 동력은 5G, 인공지능, 사물인터넷과 같은 생태계의 확장과 반도체 제조 외 분야에 대한 자본 투자 증가에서 비롯됩니다. 반도체 장비 제조업체인 중국마이크로일렉트로닉스(CMC)의 윤즈야오 회장은 중국비즈니스뉴스(CBS)와의 인터뷰에서 "산업 발전에는 집적 효과가 필요하며, 반도체 산업의 첨단 기술을 목표로 삼고 고급 설계, 제조, 장비 및 소재 공급을 5G 및 AI와 같은 신기술 적용과 결합해야 한다"고 말했습니다.

투자 리서치 기관인 피치북(PitchBook)의 자료에 따르면, 2020년 중국의 반도체 총 투자액은 167억 5천만 달러(약 108.3억 위안)에 달했으며, 이 중 비반도체 제조 부문에 대한 투자액은 100억 달러를 넘어섰습니다.

가트너의 애널리스트 셩 링하이는 중국비즈니스뉴스에 "반도체 제조 분야가 아닌 다른 분야에서 많은 자본이 반도체 분야로 유입되고 있다. 이는 반도체 기업의 기업 가치를 다소 상승시켰지만, 전체 반도체 산업의 기술력과 생산 능력 향상에는 긍정적인 영향을 미칠 것으로 본다"고 말했다.

그러나 성링하이는 중국의 반도체 분야에 막대한 자본이 유입되었지만 투자가 비교적 분산되어 있고 각 기업이 받는 투자액이 매우 제한적이어서 투자 집중 효과가 나타나기 어렵다고 말했다.

스피릿과 SMIC의 자회사인 SMIC 주위안의 합작회사인 선충 인텔리전스의 공동 창업자 겸 CEO인 우겅위안은 중국비즈니스뉴스에 "국내 반도체 생산 능력은 특히 첨단 공정 분야에서 심각한 부족에 직면해 있다. 이미 성숙한 공정을 갖춘 프로젝트도 많지 않다. 이러한 상황의 주요 원인은 제조 투자 비용이 너무 높고, 위험 관리 및 통제 능력이 미흡하며, 국산화에 대한 동기가 부족하고, 국내 장비와 자재가 산업 사슬과 생태계를 형성할 만큼 충분히 검증되지 않았기 때문이다."라고 말했다.

우겅위안은 반도체 산업의 경우 제조 역량을 확대하고 개선해야 하며, 그에 따라 설계 진입 장벽도 높여야 한다고 믿는다.

"현재 가장 큰 약점은 재료, 장비, 공정입니다. 제조업은 전체 산업 발전의 원동력이며, 산업 사슬 후방의 부족한 부분을 보완하고 반도체 제조업을 올바른 방향으로 적극적으로 육성할 수 있습니다." 우겅위안은 이렇게 말하며, "하지만 반도체 설계 회사가 너무 많고 진입 장벽이 낮아 시너지 효과를 내기 어렵습니다. 이는 국가 자원과 정책 보조금을 낭비하는 동시에 규모의 경제를 달성하기 어렵게 만듭니다."라고 덧붙였다.

유니속그룹에서 임원을 역임했던 한 관계자는 중국비즈니스뉴스에 웨이퍼 레벨 하이엔드 패키징 및 테스트 프로젝트를 중국에서 시작한다고 밝히며, 국내 집적회로 산업 사슬의 격차를 해소하고, 웨이퍼 레벨 패키징 및 테스트 분야의 취약한 부분을 강화하며, 하이실리콘과 같은 국내 하이엔드 칩 기업들과 협력하여 패키징 및 테스트 제조 역량을 구축함으로써 국가 집적회로 산업 발전을 지원하겠다는 포부를 전했다.

화웨이를 비롯한 기술 기업들은 지난 2년간 자체 칩 생산에 대한 투자를 늘려왔으며, 이러한 "정체된" 상황이 점차 완화될 것으로 보고 있다.

앞서 언급된 전문가들은 중국비즈니스뉴스에 "반도체 제조에는 지름길이 없으며, 오직 시간의 축적에만 의존할 수 있다. 과거 중국 집적회로 개발의 걸림돌은 인재와 자본이었지만, 이제 국가 차원의 우호적인 정책 도입으로 두 가지 측면 모두 개선되고 있다"고 말했다.

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