• 한국 메모리 반도체 강국 지위 틈 생겨

• 삼성 4분기 반도체 영업이익 95%↓

• TSMC-삼성 파운드리 점유율 47%포인트 차

• 중국 ‘반도체 굴기’에 美 ‘반도체법’ 쐐기

• 규제 철폐하고 인력 양성해야

‘30년 60일.’

2023년 3월 1일 기준 삼성전자가 글로벌 메모리 반도체 시장에서 세계 1위를 지켜내 온 시간이다. 삼성전자는 1980년대 글로벌 메모리 반도체 시장을 선도하던 일본의 도시바, 파나소닉 등 유수의 반도체 기업을 제치고 1993년 메모리 반도체 분야에서 처음으로 세계 1위를 기록했다. 1974년 한국반도체를 인수한 지 19년 만, 1983년 이병철 회장의 ‘도쿄 선언’(초고밀도집적회로 대규모 투자 및 반도체 사업 본격화 선언) 이후 10년 만의 일이었다.

메모리 반도체는 용어 그대로 정보를 저장하는 용도로 사용하는 반도체를 말한다. 크게 D램(시간이 지나면 사라지는 휘발성 메모리 반도체)과 낸드플래시(정보 수정이 가능한 비휘발성 메모리 반도체)로 나뉘는데 국내 반도체 생산기업의 D램 기술력은 세계 최고 수준이다. 지난해 12월 글로벌 시장조사업체 옴디아에 따르면 삼성전자의 D램 분야 세계시장 점유율은 3분기 기준 40.6%다. 삼성전자와 함께 글로벌 메모리 반도체 강자로 꼽히는 SK하이닉스는 29.9%로 2위를 기록했다. 이들 K반도체는 3위인 미국의 마이크론(24.8%)을 크게 앞지르고 있다.

K반도체의 위상은 공고해졌다. 그러나 언제까지 대한민국이 반도체 강국 지위를 수성(守城)할 수 있을지 짐작하기 어렵다. 오늘날 반도체에 대한 세계 각국의 도전이 계속되고 있다. 반도체는 ‘산업의 쌀’로 불리며 TV, 스마트폰, 컴퓨터, 자동차 등 필수 전자기기에 중요 부품으로 들어간다. 최첨단 자율주행 자동차, 인공지능(AI) 컴퓨터 등에 대한 시대적 요구가 커지면서 세계 각 기업의 반도체 수요는 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.

이에 각국의 반도체를 향한 집착은 더욱 강해지는 형국이다. 1970년대부터 반도체 기술 강국으로 꼽혀온 미국, 2000년대 들어 반도체 기술굴기를 추구하는 중국, 2020년 이후 파운드리(설계에 따라 반도체를 위탁 생산해주는 업체) 강국의 입지를 다잡은 대만 등은 자국 반도체 기업의 경쟁력 강화를 위해 노골적으로 활로를 열어주고 있다. 우리 정부도 하루빨리 글로벌 반도체 시장의 현실을 자각하고, 정책뿐 아니라 금융 및 인력 등 전방위 지원을 해야 한다는 목소리가 계속 나오는 이유다.

연초부터 들려온 ‘어닝 쇼크’ 悲報

반도체 시장은 2020년 1월 코로나19 확산 이후 지각변동을 겪고 있다. 3년 전 글로벌 업체들은 코로나19 여파로 경제활동에 제약을 받게 된 소비자들이 생필품을 제외한 전자기기 등에서 소비를 줄일 것으로 예상했다. 이에 따라 반도체 주문을 줄였고, 반도체 기업들도 감산을 결정했다. 그러나 집 안에만 머물게 된 소비자들은 스마트TV, 고성능 컴퓨터 등 최신 전자제품을 사들였고, 2021년에 반도체 수요는 급격히 늘었다. 세계 각국이 코로나19로 인한 경제위기를 막기 위해 금리를 낮추고 시중에 돈을 풀어댄 것도 크게 한몫했다.

반도체 기업들이 뒤늦게 생산량 증대에 나섰으나 코로나19로 인한 공급망 파괴, 소재 확보 등의 어려움을 겪으며 생산에 차질을 빚었다. 그러는 사이 글로벌 경기는 크게 반전됐다. 2022년 들어 미국발(發) 기준금리 인상으로 인한 글로벌 경기침체 시그널이 감지됐기 때문. 소비자들도 허리띠를 졸라매기 시작했다. 1년 사이 천당과 지옥 수준으로 분위기가 바뀌자 각 기업들은 지난해 매출 증가로 쌓은 수익을 고스란히 손실을 메우는 데 들이는 형국이다.

삼성전자도 매출 감소를 피해갈 수 없었다. 1월 31일 삼성전자가 발표한 지난해 4분기 실적은 연결기준 매출 70조4600억 원, 영업이익 4조3100억 원이다. 3분기 대비 매출은 8.2%, 영업이익은 6.55% 감소했다. 특히 4분기 DS(Device Solutions·메모리 반도체, 시스템LSI, 파운드리 등) 부문은 매출 20조700억 원, 영업이익 2700억 원으로 급감해 ‘어닝 쇼크(실적 충격)’를 안겼다. 3분기 DS부문 영업이익이 5조1200억 원이었던 것과 비교하면 94.72% 감소한 수치다.

삼성전자 측은 실적 악화와 관련해 “메모리 반도체 고객사의 주문량 조정으로 가격이 큰 폭으로 떨어진 데다가 재고자산 평가에서 손실이 있었던 것”을 주원인으로 지목했다. 다만 파운드리는 주요 고객사를 대상으로 한 판매가 확대되면서 최대 분기 및 연간 매출을 달성한 것으로 알려졌다. 삼성전자 측은 “첨단 공정 중심으로 생산능력을 확대하고 고객사 다변화로 전년 대비 이익이 증가했다”고 밝혔다.

SK하이닉스도 실적이 좋지 않았다. 2월 1일 SK하이닉스 발표에 따르면 지난해 4분기 매출은 7조6986억 원, 영업손실은 1조7012억 원이다. 전년 동기 대비 6조 원가량 손실이 발생했는데, 이는 10년 만의 분기 적자로 기록됐다. 주원인은 매출의 95%가 메모리 반도체에서 발생하기 때문으로 지목됐다. SK하이닉스는 경기침체 및 관련 기기 수요 급감에 따른 메모리 반도체 재고 증가와 가격 하락에 따른 충격을 그대로 떠안았다.

TSMC 파운드리 시장점유율 60%

글로벌 반도체 업계에 분 한파에도 세계 최대 반도체 파운드리 회사인 대만의 TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.)는 1987년 설립 이래 최고의 실적을 기록했다. 1월 12일 TSMC 발표에 따르면 지난해 4분기 매출은 6225억3000만 대만달러(약 26조2085억 원), 순이익은 2959억 대만달러(약 12조4573억 원)를 기록했다. 전년 동기 대비 매출은 42.7%, 순이익은 78% 증가했다. 연간으로 따지면 매출 2조2630억 대만달러, 영업이익 1조1600억 대만달러로 역대 최대를 경신했다.

TSMC는 팹리스(반도체 제조 설비 없이 설계만 전문으로 하는 회사)로부터 주문을 받아 생산하는 파운드리 회사 가운데 압도적 세계 1위를 기록하고 있다. 미국의 애플, AMD, 엔비디아, 퀄컴 등을 포함해 전 세계 고객사가 500곳 이상으로 알려져 있다.

삼성전자도 파운드리 부문이 있지만 시장점유율은 크게 차이가 난다. 시장조사업체 카운터포인트리서치에 따르면 삼성전자 파운드리 시장점유율은 지난해 1분기 15%에서 4분기 13%로 떨어진 반면 TSMC는 1분기 54%에서 4분기에 처음으로 60%를 달성했다. 양사의 격차는 1년 사이 39%포인트에서 47%포인트 차로 벌어졌다.

점유율 차는 전략 차에서 비롯됐다. TSMC는 일찌감치 파운드리에 뛰어든 데다 철저히 파운드리에 집중하는 전략으로 경쟁력을 높여왔다. 반도체 엔지니어 출신인 창업자 모리스 창(장중머우)이 1987년 대만에 TSMC를 설립하면서 반도체 설계와 생산의 분업화를 예견하고 기민하게 대응한 덕이다. 사훈도 ‘고객과 경쟁하지 않는다’로 팹리스 고객사들이 설계 유출을 걱정하지 않고 맡길 수 있다. 이는 설계부터 생산까지 하는 종합 반도체 회사(IDM)인 삼성전자의 약점으로 늘상 거론된다. 게다가 삼성전자는 2000년대 이후 파운드리 부문에 뛰어들어 TSMC와의 격차를 좁히는 데 어려움을 겪고 있다.

TSMC의 강점은 극자외선(EUV) 노광장비(이중 파장이 13.5나노미터 내외인 빛을 사용해 실리콘 웨이퍼 위에 회로를 새기는 최첨단 장비)를 이용한 미세공정 기술, 공정 조건 최적화로 달성한 높은 수율(생산품 중 정상품 비율), 다양한 IP(설계자산) 특허 및 포트폴리오 등이 꼽힌다. TSMC는 2013년부터 10나노(1나노는 10억분의 1) 이하 첨단 공정에 공격적인 투자에 나섰고, 5년 뒤 세계 최초로 EUV 장비를 활용한 7나노 양산에 성공했다.

또한 TSMC는 팹리스에서 반도체를 설계할 때 표본으로 활용하는 자체 IP 특허는 삼성전자의 4배 수준인 4만 개 이상 보유하고 있다. 팹(생산라인)의 경우 3나노 같은 최신 반도체뿐 아니라 미세공정이 필요 없는 차량용 반도체나 보급형 반도체도 여전히 주문받고 있어 다양한 고객사 유치가 가능하다.

TSMC와 삼성전자는 기술 초격차로 경쟁력을 확보하기 위해 EUV 장비 선점, 공장 증설과 같은 투자를 아끼지 않고 있다. 지난해 TSMC와 삼성전자는 3나노 파운드리 공정을 두고 각축을 벌였는데 6월 삼성전자가 세계 최초로 3나노 양산 성공을 알리며 승기를 잡았다. 6개월 뒤 TSMC도 3나노 양산을 발표했다.

반년가량 뒤처진 것을 만회하려 TSMC는 높은 수율을 승부수로 띄웠다. 12월 말 대만 타이난 남부과학단지에서 열린 3나노 칩 양산 기념행사에서 마크 리우 최고경영자(CEO)는 “현재 3나노 공정 수율은 5나노 공정 수율과 비슷하다”고 발표했다. 반도체 업체들이 수율을 정확하게 공개하지 않지만 업계에서는 TSMC의 5나노 수율이 약 80%인 것으로 추정한다. 3나노 수율도 상당한 수준에 이른 것으로 평가된다.

중국 숨통 조이는 미국

기술 초격차 경쟁 이외 우리 기업들은 더 큰 문제에 직면해 있다. 후발 주자인 중국의 도전, 이를 견제하고 나선 미국의 고강도 제재 사이에서 생존 전략을 모색해야 하기 때문이다. 2000년대 이후 초고속 성장을 해온 중국은 2010년대 PC와 TV, 스마트폰 등 완성품 분야에서 일정 수준에 오르자 핵심 부품인 반도체에 눈을 돌렸다. 2014년 7월 시진핑 중국 국가주석은 ‘국가 반도체산업 발전 추진 요강’을 발표하고, 2020년까지 첨단 수준의 반도체를 양산하는 것을 목표로 반도체산업 지원 펀드를 포함해 10년간 1조 위안(약 180조 원) 투자를 약속했다. 중국의 공식적인 ‘반도체 굴기(半導體 屈起·반도체로 우뚝 일어섬)’ 선언이었다. 이듬해에는 시진핑 주석은 첨단산업에서 세계 패권을 장악하겠다는 ‘중국제조 2025’ 계획 아래 관련 기업들에 ‘2025년 반도체 자급률 70% 달성’을 주문했다.

노력은 결실을 보는 듯했다. 대표적으로 양쯔메모리테크놀로지(YMTC)는 반도체 굴기 선언 6년 만인 2020년 5월 128단 3차원(3D) QLC 낸드플래시(비휘발성 메모리 반도체로 스마트폰 및 노트북 저장장치, SD카드 등에 사용) 개발 성공 사실을 알려 업계를 긴장시켰다. 이는 단수(반도체 셀을 쌓은 층수)를 128단으로 높이고 한 셀의 저장 용량도 당시로서는 최고 수준인 QLC(4bit)로 올린 낸드플래시였다. YMCT는 컴퓨터, 데이터센터 서버 등의 저장장치로 쓰이는 SSD 진출도 공식화했다. AI 컴퓨터의 등장으로 처리해야 할 정보가 늘고, 고용량 저장장치에 대한 수요가 늘어나는 태세에 발맞춰 반도체산업의 확장을 모색한 것이다.

중국 반도체 기업들의 비약적 성장은 미국의 불안을 자극했다. 미국도 정부 차원의 대응에 나섰다. 지난해 8월 9일 조 바이든 미국 대통령은 총 2800억 달러 규모(367조 원)의 반도체 산업 지원용 ‘반도체과학법(Chips and Science Act)’에 서명했다. 여기에는 자국 반도체 연구·개발·제조 등 분야에 527억 달러(약 67조 원)를 지원하는 내용이 담겼다. 지원금에는 △미국 내 반도체 시설 건립 지원(390억 달러) △연구 및 인력 개발(110억 달러) △국방 관련 반도체 칩 제조(20억 달러) 등이 포함된다. 이날 바이든 대통령은 “30년 전에는 미국이 세계 반도체 생산의 40%를 담당했으나 현재는 10%도 차지하지 못한다”며 “연구·개발 분야에서 1위였던 미국은 지금 9위인 반면 중국은 과거 8위에서 지금은 2위”라고 개탄하며 자국 반도체산업 육성 의지를 드러냈다.

미국의 반도체법은 일견 자국 기업을 육성하는 데 초점이 맞춰져 있는 것으로 보인다. 그러나 세부 지침에 ‘미국 정부로부터 혜택을 받으면 앞으로 10년 동안 중국 등 미국 안보를 위협하는 국가에 투자해서는 안 된다’는 가드레일 조항이 포함될 예정이어서 대중국 제재의 성격도 갖는다. 미국은 이르면 올해 2월 안으로 대중국 제재안을 담은 반도체법 세부 지침을 발표할 예정이다.

진퇴양난 K반도체

중국을 견제하기 위한 반도체법은 한국 기업에도 큰 과제를 안겼다. 삼성전자는 중국 시안(西安)에 세운 낸드플래시 공장에서 100단 이상의 6세대급 낸드플래시를 생산하고 있다. 삼성전자 전체 낸드플래시 물량의 40%를 차지한다. SK하이닉스도 우시(無锡)에 설치한 D램 공장에서 10나노 후반대급 메모리 반도체를 생산하는데 전체 물량의 50% 수준이다. 가드레일 조항이 시행되면 삼성전자와 SK하이닉스는 중국 공장을 증축하거나 설비를 업그레이드하는 등의 추가 투자가 완전히 제한된다. 또 미국은 지난해 10월 반도체법 이외 대중국 장비 수출 규제에도 나섰다. 삼성전자와 SK하이닉스는 1년간 규제 유예를 받았지만, 올해 10월 만기 때 워싱턴이 유예를 연장할지 예측하기 어렵다.

중국에서 생산되는 국내 기업들의 반도체 물량이 상당하지만 그렇다고 미국 반도체법에 따른 특혜를 포기할 수 없다. 삼성전자는 미국 텍사스주에 170억 달러(약21조5800억 원)를 투자해 파운드리 공장을 짓고 있다. 20년 동안 2000억 달러를 투자해 미국에만 반도체 공장 11곳을 신설한다는 계획도 내놨다. SK하이닉스 역시 미국에 첨단 패키징(반도체 칩을 전자기기에 부착 가능한 상태로 만드는 후공정) 공장 신설을 추진하고 있다. 한국 기업 처지에선 미국 반도체 기업과의 기술교류, 인력 및 고객사 확보 등 향후 미국 내에서의 영업활동을 고려하면 미국 정부의 보조금과 세액공제 혜택 등을 포기하기 어렵다.

이런 가운데 반도체 강국의 영광을 되찾기 위한 일본의 움직임도 바빠졌다. 일본 정부는 지난해 4월 중의원에서 가결된 경제안전보장추진법에 따라 반도체를 중요물자로 지정하고, 생산 기업에 지원금 제공을 결정했다. 올해 배정된 예산만 3686억 엔(약 3조5000억 원)으로 전체 추경예산의 30%를 차지한다. 2월 8일 일본 경제산업성도 자국 기업은 물론 해외 기업도 일본에서 반도체를 10년 동안 생산하는 조건을 충족할 경우 설비 투자금액의 3분의 1을 지원하겠다고 발표했다. 이 밖에 유럽연합(EU)도 지난해 12월 반도체지원법 초안을 유럽의회에 제출하는 등 지원책 마련에 나섰고, 대만도 올해 1월 반도체 연구개발 세액공제율을 25%까지 높이기로 결정했다.

한국 정부도 뒤늦게 반도체산업 지원을 위해 나섰다. 2월 14일 국회 기획재정위원회는 조세소위를 열어 일명 ‘K칩스법’으로 불리는 조세특례제한법 정부안을 논의했다. 여기에는 반도체를 비롯한 국가전략기술의 설비투자 세액공제를 대기업과 중견기업은 8%에서 15%로, 중소기업은 16%에서 25%로 높이는 내용이 담겨 있지만 현재 여야 의견 불일치로 입법 여부가 불투명한 상황이다.

반도체 업계 대부분의 전문가들은 정부의 지원과 대책이 미흡하다고 지적한다. 반도체 업계의 한 관계자는 “미국은 과거 1980~90년대 미·일 반도체협정을 체결해 일본 반도체산업의 싹을 잘랐고, 최근 2~3년 사이 중국에 대해서도 똑같이 제재를 가하고 있다. 미국은 언제든 자국 기업에 해가 될 것으로 여겨지는 국가에 잔혹하게 대응해 왔다. 한국도 예외는 아니기 때문에 국가 차원의 전략이 필요하다. 정부가 반도체 기업들이 국내에 자체 클러스터를 확보하도록 하는 등 지원을 아끼지 않아야 한다”고 지적했다.

정부 지원의 범위도 어느 한 분야가 아니라 전방위적으로 이뤄져야 한다는 지적도 적지 않다. 안기현 한국반도체산업협회 전무는 “정부 차원에서 반도체 시설 구축을 위한 인프라 강화, 반도체 병역특례 등 과감한 지원을 통한 필요 인력 확충, 소부장(소재·부품·장비) 산업 육성 등을 주도적으로 해나가야 우리 반도체 기업들이 글로벌 시장에서 도약을 모색할 수 있을 것”이라고 말했다.

한국 기업들이 고비 때마다 탄력적으로 대응해 온 경험을 바탕으로 최근 새로이 직면한 반도체 위기도 극복할 수 있을 것이라는 전망도 많다. 오진산 연세대 반도체시스템공학부 교수는 “‘파운드리 경쟁력이 압도적으로 차이가 난다’는 기사가 쏟아지는데 자세히 보면 추측한 수치이거나 대만발 뉴스인 경우가 상당하다. ‘당장 데려다 쓸 핀 포인트 인력이 없다’는 지적도 있지만 현재 카이스트와 서울대, 연세대가 K반도체 벨트를 통해 전문 인력 양성에 나섰다. 그동안의 위기를 극복해 온 우리 기업들은 생존 근육이 단단하게 만들어져 있다. 지금은 정부뿐 아니라 관련 기관들이 옆에서 판단을 잘할 수 있도록 전폭적으로 지원할 때”라고 말했다.