"미일 파운드리 진출 주목해야" 국책연구원의 경고

日 라피더스, 2나노 계획 구체화
인텔은 내년 하반기 2나노 목표
수율 앞세운 TSMC

[아시아경제 김평화 기자] 일본과 미국이 세계 파운드리(반도체 위탁생산) 시장에서 개발 속도를 높여 2나노미터(㎚·1㎚는 10억분의 1m) 기술을 선보이겠다고 예고했다. 대만은 1위 사업자인 TSMC를 두며 앞선 수율(생산품 중 정상품 비율)로 시장 지배력을 확대하고 있다. 국내 파운드리가 선폭 경쟁에서 미국, 일본과 시간 싸움을 벌이고 수율에선 대만에 뒤처진 상황이다.

파운드리 키우는 美·日 "2나노 목표"

산업연구원은 최근 신사업 전망을 담은 '미래전략산업 브리프' 제28호를 내놨다. 올해 주목해야 할 신산업 이슈로 미국과 일본의 파운드리 분야 진출을 꼽았다.

일본은 최근 파운드리 산업을 키우려는 의지를 보인다. 반도체 소재나 장비 산업이 발달했지만 제조 기술은 초보 단계에 머물러 있기에 이를 보완하려는 것이다.

일본 차세대 반도체 제조 역량 확보 계획 / [이미지출처=산업연구원 미래전략산업브리프]

일본 내 최첨단 공정은 지난해 11월 등장한 '라피더스(Rapidus)'가 맡는다. 라피더스는 도요타자동차와 소니, 키옥시아 등 8개 일본 기업이 70억엔을 들여 공동으로 세운 법인이다. 2025년 상반기까지 2㎚ 공정에서 시제품(프로토타입) 라인을 가동할 계획이다. 이 경우 2㎚ 첨단 반도체 양산은 2020년대 후반에 가능할 것으로 본다. 3월까지는 생산 공장 부지를 정한다.

반도체 업계에선 라피더스가 단기간에 2㎚ 공정 기술을 선보이기 힘들 것으로 본다. 선도 사업자인 TSMC와 삼성전자조차 지난해 3㎚ 기술 경쟁에 뛰어든 상황이다. 다만 라피더스가 미국 IBM과 2㎚ 반도체를 공동 개발하기로 하면서 기술 협력 수준을 높인 점은 변수다. 자국에서 맞춤형 반도체 공급에 집중하며 일정 수요를 확보하려는 점도 영향력을 높일 요인이다. 일본 정부는 700억엔의 보조금을 라피더스에 지원한다.

미국에선 파운드리 산업을 키우려는 인텔 행보가 두드러진다. 반도체 설계에 주력하던 인텔은 2021년 파운드리를 핵심 사업으로 육성한다고 밝혔다. 올해 3㎚ 기술을, 내년 하반기부턴 2㎚ 기술을 선보일 계획이다. 미국 애리조나주에 공장을 짓는 등 생산 규모를 늘리기 위한 투자도 열심이다.

미국 정부는 현지에서 반도체 공장을 짓는 기업에 25% 세액공제와 보조금을 지원하는 반도체 지원법(Chips and Science Act·CSA)도 내놨다. 자국의 반도체 제조 역량을 키우기 위해 다양한 지원책을 선보였다. 해외 기업이 현지에서 파운드리 공장을 세울 때 행정 지원도 아끼지 않고 있다.

파운드리 주요 업체별 반도체 개발 및 양산 계획 / [이미지출처=산업연구원 미래전략산업브리프]

대만은 높은 수율 자랑…파운드리서 新 경쟁 구도

일본과 미국의 도전이 성공적일 경우 파운드리 시장의 경쟁 구도는 달라질 전망이다. 산업연구원은 2025년에 접어들면 파운드리 시장에서 대만-한국-미국이 경쟁할 것으로 예상했다. 2027년이면 일본도 경쟁에 뛰어들 것으로 예측했다.

시장 1위인 대만은 앞선 수율을 경쟁력으로 내세우고 있다. 대만 TSMC의 5㎚ 공정 수율은 80%로 알려져 있다. TSMC는 최신 3㎚ 공정도 5㎚와 비슷한 수율이라고 밝혔다. 업계에선 실제 3㎚ 수율이 그보다 낮을 수 있다는 주장도 나오지만, 삼성전자보단 첨단 공정에서 앞선 수율로 영향력을 높이고 있다고 평가한다.

산업연구원은 우리나라가 경쟁력을 높이려면 파운드리를 포함한 시스템 반도체 역량을 키워야 한다고 조언했다. 팹리스(반도체 설계) 기업을 육성하고 산학 협력으로 파운드리 성장 전략을 마련해야 한다는 내용이다. 김종기 산업연구원 선임연구위원은 "중장기적으로는 시스템 반도체 분야에서 중국의 부상을 긴밀하게 대비할 필요가 있다"고 설명했다.

시장조사업체 카운터포인트리서치는 지난해 3분기 세계 파운드리 시장에서 대만 TSMC가 59% 점유율로 1위를 했다고 밝혔다. 그 뒤를 삼성전자(12%)와 대만 UMC(7%)가 쫓았다. TSMC와 삼성전자는 2025년 2㎚ 공정 양산을 내다보고 있다. 양사 모두 기존 핀펫(FinFET)보다 발전한 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터 기술을 2㎚에 적용할 계획이다.

김평화 기자 peace@asiae.co.kr