화합물반도체로 ‘AI 대전환’ 시대 불 지핀다

• 15대 초혁신경제 선도 정책에 포함…“화합물반도체 기술 자립”

• 화합물반도체, AI 전력 인프라 전략 자산으로 부상

• 지역별 클러스터 중심 대응…국민성장펀드로 지원사격

구윤철 경제부총리 겸 기획재정부 장관(가운데)이 8월 22일 서울 종로구 정부서울청사에서 열린 ‘새정부 경제성장전략’ 합동브리핑에서 발표하고 있다. 왼쪽부터 문신학 산업통상자원부 1차관, 한성숙 중소벤처기업부 장관, 구윤철 부총리, 배경훈 과학기술정보통신부 장관, 송미령 농림축산식품부 장관. 뉴스1

“정부는 15대 초혁신경제 선도 프로젝트를 강력히 추진하겠다. 특히 실리콘카바이드(SiC·탄화규소) 전력반도체, 초전도체 등 5대 첨단 소재 부품의 기술 자립을 이루겠다.” 

구윤철 부총리 겸 기획재정부(기재부) 장관이 8월 22일 서울 종로구 정부서울청사에서 열린 ‘새정부 경제성장전략’ 합동 브리핑에서 “인공지능(AI) 대전환은 인구 충격에 따른 성장 하락을 반전할 수 있는 유일한 돌파구”라며 이같이 말했다. 정부가 AI를 새로운 성장 엔진으로 삼으면서, 이를 떠받칠 전력·통신 인프라의 핵심 소재인 화합물반도체에도 관심이 집중되고 있다.

이에 따라 정부는 R&D 지원을 넘어 인력 양성, 인프라 구축, 금융 지원까지 포함한 종합 대책을 추진할 전망이다. 구 부총리는 앞서 이창용 한국은행 총재를 만나 “제조업 가운데 예컨대 AI 자동차, SiC반도체 등(을 겨냥한) 정책이 필요하다”며 “재정·세제·인력·규제(완화) 등 할 수 있는 모든 것을 하겠다”고 말한 바 있다.

화합물반도체, AI 전력 인프라 전략 자산으로 부상

AI 산업이 발달하면서 데이터센터의 전력 수요가 커질 전망이다. 나비타스세미컨덕터

AI 대전환이 이재명 정부의 핵심 성장 전략으로 부상한 가운데 화합물반도체가 국가 성장 엔진의 축으로 자리 잡을 전망이다. SiC 및 GaN(갈륨나이트라이드·질화갈륨) 전력반도체로 대표되는 화합물반도체는 전력 효율성과 열 내구성에서 기존 실리콘(Si)반도체보다 뛰어나 데이터센터가 직면한 전력·열 과제를 해결할 주역으로 꼽힌다. 나아가 AI를 국가안보와 경제 주권의 문제로 바라보는 이른바 소버린AI 흐름 속에서 글로벌 AI 패권 경쟁에서 뒤처지지 않기 위한 기반 인프라이자 전략자산으로 평가받고 있다.

정부는 하반기 15대 초혁신경제 선도 프로젝트를 본격 추진하며, 그 핵심 과제로 SiC전력반도체 기술 자립을 내세웠다. “실리콘반도체 대비 전력 손실이 적어 AI시대 핵심 소재임에도 해외 수급에 기대고 있다”는 이유에서다. 기재부에 따르면 국내 시장은 SiC전력반도체의 90% 이상을 수입에 의존하고 있다. 특히 전기차·그린에너지·데이터센터 등의 산업이 성장해 화합물반도체의 수요가 빠르게 늘면서 기술 자립은 관련 산업에서 생존하기 위한 선결 과제로 떠올랐다. 정부는 기술 자립률을 현 10%에서 2030년까지 20%로, 국내 생산 비중도 같은 기간 10% 수준으로 높인다는 목표를 밝혔다.



그간 화합물반도체 산업의 성장을 가로막은 가장 큰 걸림돌로는 ‘투자 부족’이 지목돼 왔다. 한국전자통신연구원(ETRI)의 ‘화합물반도체 현황과 국내 R&D 정책 이슈’ 보고서에 따르면 2019~2023년 정부의 화합물반도체 관련 R&D 과제는 211개로 총 1202억 원에 그쳤다. 인프라와 통신 분야를 제외하면 대부분 소규모 과제 위주로 이뤄졌고, 원천기술 투자는 미흡했다는 게 중론이다. 실제로 ETRI가 유관 학회 분과장과 연구개발 책임자·실무자 22명을 대상으로 실시한 조사에서도 ‘정부 및 민간의 R&D 투자 부족’이 최대 애로 요인으로 꼽혔다. 이번 새정부 경제성장전략 발표는 앞선 한계를 극복하려는 시도로 받아들여지며 업계의 기대를 모으고 있다.

전원공급장치(PSU) 효율 표준은 점점 엄격해질 전망이다. 나비타스세미컨덕터

화합물반도체의 핵심 소재인 SiC·GaN은 AI 전력 인프라 부문에서 전략 자산으로 부상하고 있다. 기존 실리콘반도체는 고온·고전압 환경에서 누설 전류와 발열이 늘어나 아쉬움이 있었다. 반면 SiC는 고전압·고온 환경에서도 안정적으로 작동하고, 발열 문제에도 강점을 가진다. GaN 역시 고속 스위칭에 강점이 있어 서버 전원공급장치(PSU)에 적용되는 등 AI 산업에서 존재감을 키우고 있다. 덕분에 두 소재 및 관련 기술은 AI 데이터센터와 같은 초고집적·고전력 인프라에서 전력 효율성을 좌우하는 핵심 소재로 자리매김하고 있다.

이미 주요 반도체 기업은 전력 효율과 발열 관리의 해법을 화합물반도체에서 찾고 있다. 미국 온세미컨덕터는 지난해 6월 “데이터센터의 전력 소비가 2년 사이 최대 1000테라와트시(TWh)까지 도달할 수 있다”며 “SiC 기술로 전력 소비를 1%포인트 줄인다면 100만 가구가 1년간 사용하는 양에 맞먹는 전력을 절감할 수 있다”고 말했다. 미국 신소재 반도체 기업 나비타스세미컨덕터 역시 지난해 11월 SiC·GaN 기반의 데이터센터용 PSU를 출시했다. 해당 제품은 기존 대비 98% 이상의 효율을 달성해 데이터센터 전력 효율화 경쟁의 한가운데로 뛰어들었다. 

지역별 클러스터 중심 대응…국민성장펀드로 지원사격

경기 수원에는 한국판 실리콘밸리로 불리는 ‘R&D 사이언스 파크’가 2028년까지 조성될 예정이다. 수원시

국내 역시 지역 클러스터를 중심으로 대응 전략을 내놓고 있다. 정부는 지난해 622조 원 규모의 ‘세계 최대·최고 반도체 메가 클러스터’ 조성 계획을 발표하며, 경기 수원을 화합물반도체 기술 거점으로 육성하겠다는 청사진을 내놨다. 반도체 메가 클러스터는 경기 평택·화성·용인·이천·안성·성남 판교·수원 등 경기 남부의 반도체 기업과 관련 기관이 밀집한 지역을 일컫는다. 수원은 성균관대·경희대·아주대 등 반도체 관련 학과를 갖춘 대학이 집적해 있고, 한국나노기술원까지 자리해 산·학·연 협력의 거점으로 꼽힌다. 특히 성균관대 인근에 조성될 ‘R&D 사이언스 파크’는 한국판 실리콘밸리로 불리는 등 차세대 반도체산업의 전초기지로 주목받고 있다. 

부산 역시 지난해 산업통상자원부의 ‘소재부품장비산업 특화단지 맞춤형 지원방안’ 발표에 발맞춘 행보로 주목받았다. 기장군 동남권 방사선의과학 산업단지 일대에 ‘부산 전력반도체 특화단지’를 본격적으로 조성하기 시작한 것이다. 해당 단지는 국내 유일의 전력반도체 특화단지다. 2027년까지 400억 원을 투입해 8인치 화합물 전력반도체 생산이 가능한 클린룸 등을 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 기존 6인치 웨이퍼 기반의 화합물반도체 공공 팹(Fab)을 8인치 기반으로 확장해 생산단가를 낮추고, 생산성을 끌어올린다는 목표다.

‘국민성장펀드’를 통한 금융지원도 기대 요소다. 이재명 대통령은 9월 10일 “미국, 중국 등 주요국이 첨단 전략산업에 대한 국가적 지원을 확대하면서 세계는 ‘총성 없는 전쟁’을 벌이고 있다”며 “100조 원으로 발표된 국민성장펀드 규모를 150조 원 이상으로 확대해 지원하겠다”고 말했다. 화합물반도체 산업 역시 국민성장펀드 지원 대상에 포함되는 등 다방면에서 지원사격을 받을 전망이다.