트렌드리포트
세계는 지금: 쫓고 쫓기는 반도체 추격전
국내외 연구 현장에서 포착한 변화의 흐름과 이슈를 한 자리에서 읽는 시간. 트렌드리포트에서는 매월 하나의 주제를 중심으로 세계 각지의 연구 개발 흐름과 주요 이슈를 전해드립니다.
: 쫓고 쫓기는 반도체 추격전
휴대폰 알람 소리를 듣고 눈을 비비며 시작한 하루. 포털사이트에 접속해 뉴스를 봅니다. 이내 분주하게 출근 준비를 마치고, 주차장으로 나가 차를 타고 도로 위에 오르죠. 회사에 도착해서는 컴퓨터를 켜고 업무를 시작할 준비를 합니다. 지극히 평범한 일상처럼 보이지만, ‘이것’이 없었다면 하루의 시작부터 달랐을 겁니다. 작지만 위대한 힘을 가진 주인공은 휴대폰, 차량, 컴퓨터에 내재된 ‘반도체’. NRF 웹진 트렌드 리포트에서는 반도체 산업의 생태계와 국내외 시장 동향을 살펴보며, 보이지 않는 힘의 중심을 따라가 봅니다.
이달의 트렌드리포트
- 우리나라는 ‘OOO 반도체’ 분야 강국
- 더 미세하게, 세계는 지금 반도체 나노공정 경쟁 중!
- 반도체 연구, 어떻게 진행하고 있을까?
Chapter 01 세상을 켜는 힘, 반도체란?
반도체는 정보통신기기, 자동차, 인공지능 등 다양한 산업을 이루는 핵심 기술로, 현대 사회 대부분의 디지털 기기 작동을 가능하게 합니다. 나아가 산업 전반의 혁신과 성장 속도를 결정짓는 ‘전략 기술’이라는 점에서 중요성이 더 커지고 있습니다. 반도체는 도체가 절반, 부도체가 절반으로 이루어져 전기전도도가 도체와 부도체의 중간 정도 되는 물질을 말하는데요. 전기나 열 등 외부 자극에 의해 전기가 통하는 소재로, 전기를 제어해 전자 기기를 ON 또는 OFF 상태로 만들 수 있죠. 흔히 반도체라고 많이들 부르고 있지만, 반도체라는 명칭은 물리적 성질의 종류일 뿐이며, 반도체 산업과 기술은 집적회로 기술(IC, Integrated Circuits)을 의미합니다. 여기서 집적회로란 다이오드와 트랜지스터, 커패시터, 저항 등을 초소화, 초집적화시켜 전기적으로 동작하게 하는 기술을 말합니다.
반도체의 개념
| 반도체 | ||
|---|---|---|
| 종류 | 메모리 반도체 | 시스템 반도체(=비메모리 반도체) |
| 기능 | 데이터(정보) 기억·저장 | 데이터(정보) 처리·명령 수행 |
| 예시 | D램, S램, V램, 플래시 | 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), AI 반도체 등 |
하나의 반도체가 완성되기까지는 설계, 생산, 조립·테스트, 판매 등 수많은 단계가 유기적으로 연결되어 있습니다. 따라서 반도체 기업은 ‘어느 공정 단계’를 직접 수행하는지에 따라 역할과 비즈니스 모델이 크게 달라집니다. 각각의 단계가 전문화되면서, 기업은 설계만 담당하는 팹리스, 생산을 맡는 파운드리 등으로 세분화된 반도체 생태계를 구축해 왔습니다. 이러한 분업 구조는 기술 혁신 속도를 높이는 동시에 글로벌 공급망 안정성에도 큰 영향을 미치고 있습니다.
Integrated Device Manufacturer Outsourced Semiconductor Assembly and Test
Chapter 02
반도체 나노공정의 시대,
쫓고 쫓기는 추격전
글로벌 반도체 산업은 기술 고도화, 자국 중심 공급망 강화, AI·첨단공정 경쟁 심화 등 급변하는 환경 속에서 국가 간 주도권 경쟁이 한층 치열해지고 있습니다. 특히 초미세 공정 개발은 반도체 기술의 핵심으로, 각국은 앞다투어 생산 능력을 키우고, 기술 난도를 끌어올리고 있는데요. 반도체 시장에서 깃발을 선점하고자 기술 경쟁에 돌입한 세계 각국의 사례를 알아봅니다.
지금 세계는 2나노 경쟁 중!
반도체 생산을 중점적으로 하는 파운드리 기업의 경쟁력은 생산능력과 기술력에서 판가름 나곤 하는데요. 반도체 위탁 생산을 얼마나 할 수 있는지, 또 생산을 위한 공장을 얼마나 보유하고 있는지, 얼마나 효율적으로 생산할 수 있는지가 중요한 키가 됩니다. 여기에 얼마나 더 미세한 공정이 가능한지도 파운드리 기업의 핵심 기술력으로 꼽힙니다. 미세한 공정일수록 동일 면적에 더 많은 트랜지스터를 배치할 수 있어 효과적인 반도체 설계가 가능해지거든요.
대만은 전 세계 반도체 공급망에서 핵심 역할을 수행하며, 파운드리 시장에서 독보적인 지배력을 보입니다. 오랜 시간 정부 주도의 다양한 프로젝트를 통해 반도체 산업은 대만 경제 성장의 심장부 역할을 수행하고 있죠. 특히 대만의 반도체 기업 TSMC는 대만 반도체 산업 내에서도 가장 높은 매출 규모를 기록, 세계 1위 파운드리 기업의 자리를 굳건히 지키는 중입니다. TSMC는 현재 상용화된 3나노에 이은 2나노 경쟁에 돌입해 최첨단 2나노(10억분의 1m) 공장을 7곳에서 10곳으로 확대할 계획인데요. 인공지능 기술이 빠르게 발전하면서 양질의 반도체에 대한 수요가 함께 급증하고 있기 때문이죠. 나아가 2028년부터는 A16(1.6나노) 공정을 핵심 기술로 내세우고, 첨단 공정 생산 능력을 확장할 포부를 품고 있는데요. 이제 2나노 시장은 새로운 격전지가 되어 세계 곳곳의 반도체 기업은 총력을 다할 것으로 보입니다.
※ www.chosun.com/economy/tech_it/2025/11/25/DAPR5RVDKZHAZHQKOBQ5AE47L4/
일본 정부의 전폭적 지원 아래 나날이 성장하고 있는 기업 ‘라피더스’도 2나노 경쟁에 뛰어들었습니다. 최첨단 반도체 양산을 목표로 두고 달려온 라피더스는 일본 최초로 2나노급 반도체 핵심 부품 시제품 제작에 성공했다고 합니다. 올 4월부터 가동한 홋카이도에 있는 공장에서 2나노급 반도체에 필요한 특수 구조의 트랜지스터 시제품을 만든 것이죠. 라피더스는 2027년 양산 개시를 목표로 시제품을 반복 제작하며, 성능을 향상하고 있습니다. 다만 양산에 필요한 자본 확보 계획이 불투명하여 다소 난항을 겪고 있는데요. 이에 일본 정부는 1년간 1조 엔(약 9조 4,000억 원)을 추가로 지원하겠다고 밝혔습니다. 정부와 기업의 공조 체계가 강화되면서 향후 라피더스가 2나노 경쟁에서 실질적인 역할을 확대할 수 있을지 관심이 집중되고 있습니다.
출처: 라피더스
‘반도체 자율화’가 뜬다!
중국은 미국의 반도체 제재 강화로 첨단공정 장비 확보가 어려워지면서 ‘반도체 자율화’를 강조하고 있습니다. ‘화웨이’는 자국의 AI 반도체 Ascend AI 칩을 개발, 1년 1세대 전략을 수립해 연산·메모리·대역폭을 단계적으로 확장할 계획을 밝혔습니다. 최근 자체 개발한 모델 Ascend 910C는 AI 추론 및 학습에 활용할 수 있으며, 비용이 저렴하고 공급망이 안정적이라고 하는데요. 일각에서는 미국 엔비디아 H100/H20을 대체하는 핵심 솔루션이라는 반응도 나오는 상황이죠.
여기에 중국 정부는 자국 AI 반도체 사용을 확대하기 위해 데이터센터 전기 요금을 최대 50% 감면하는 지원책을 도입합니다. 데이터센터가 밀집한 지역의 지방 정부에서 시행하는 정책으로, 중국산 AI 칩을 사용하는 시설에 한정해 운영비용을 보전해 주는 형태인데요. 이처럼 중국은 국산 칩 성능의 한계를 정부의 지원책으로 보완하며, 반도체 기술 자립 의지를 드러내고 있는 것으로 보입니다.
※ www.edaily.co.kr/News/Read?newsId=06382886642362768&mediaCodeNo=257&OutLnkChk=Y
Chapter 03 보이지 않는 혁신을 쌓는 중
국내 산업에서 최고 수출액을 자랑하며, 경제성장의 견인차 역할을 하고 있는 반도체. 특히 우리나라는 메모리 반도체 시장에서 높은 점유율을 보이며 세계 시장을 이끌어가고 있는데요. 이처럼 글로벌 경쟁력이 공고해진 지금, 토대를 만든 것은 오랜 기간 축적된 연구 개발의 힘입니다. 수많은 기초·원천 연구가 모여 혁신을 가능케 했죠. 따라서 반도체 기술이 구현되기까지 ‘보이지 않는 연구 단계’에 잠시 주목해 보려 합니다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단은 반도체 기술 개발을 체계적으로 지원하고자 ‘차세대 지능형 반도체기술개발(소자) 사업’을 추진하고 있는데요. 해당 사업은 기존 반도체 기술 한계를 극복하는 초저전력·고성능의 미래 반도체 신소자 핵심 원천기술 및 집적 시술 개발 관련 과제를 지원합니다. 이 사업을 중심으로 국내 연구진은 다양한 소자·메모리·공정 기술 혁신을 이어가고 있습니다.
01. 메모리
바야흐로 인공지능 시대에 진입하면서 높은 메모리 용량과 성능에 대한 수요가 점점 높아지고 있습니다. 업계는 기존의 DRAM, NAND 기술이 한계에 봉착할 것이라 보고, 차세대 메모리 개발에 속도를 높이는 중이죠. 연구진은 FeRAM, MRAM, ReRAM 등 다양한 메모리 기술을 선제적으로 준비하고 있습니다.
02. 소자기술
향후 AI 기업은 자사 전용 AI 칩 생산을 필요로 할 것이라는 예측이 있습니다. 연구진들은 이를 대비해 파운드리 사업에 활용될 미래 반도체 소자 기술의 토대를 마련하고 있는데요. 여기서 핵심은 트랜지스터의 ‘정밀도’입니다. 반도체를 구성하는 주요 소자인 트랜지스터는 전류의 흐름을 조절하는 스위치 역할을 수행하는데요. 트랜지스터는 반도체 칩 하나에 수천만에서 수억 개 들어가기에 크기는 점점 작아질 수밖에 없습니다. 이에 작은 크기의 트랜지스터를 정밀하게 제어할 필요성이 있죠. GAA(Gate-All-Around) 기술과 CFET(Complementary Field Effect Transistor)은 차세대 트랜지스터 구조로 주목받고 있습니다. GAA는 게이트가 채널을 4면 모두 완전히 감싸고 있는 구조로, 누설 전류를 줄여 전력 효율을 높일 수 있거든요. CFET는 현재 상용화된 트랜지스터 구조인 GAA에서 한 단계 더 발전한 형태로, GAA를 수직으로 쌓아 올리는 구조입니다. 트랜지스터의 크기를 줄이지 않고도 칩의 밀도를 높일 수 있는 획기적인 기술이죠. 연구진은 동 기술을 고도화하며 관련 요소 기술 개발을 이어가고 있습니다.
03. 공정기술
하나의 반도체가 만들어지기까지 여러 단계의 공정을 거쳐야 합니다. 반도체 성능을 높이고, 새로운 소자 제작을 위해 공정 기술 역시 지속적으로 진화하고 있는데요. 그중에서도 저저항 접합 기술, high-k/metal-gate stack, 원자 수준 증착기술은 빠질 수 없는 대표적인 기술입니다. 이러한 공정 기술들의 지속적인 혁신이 더 빠르고, 효율적인 차세대 반도체 개발을 가능하게 하고 있죠.
이번 달에 전해드린 트렌드 리포트는 Global Insight, NRF R&D Brief를 참고하여 제작되었습니다. 자세한 내용이 궁금하신 분들은 아래에서 자료를 확인하시길 바랍니다. 더 많은 연구 동향, 트렌드 소식이 궁금하신 분들은 NRF 정책도서관, 기획마루에 접속해 다채로운 간행물을 확인하시기 바랍니다.
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