‘반도체 최강국’. 한국 반도체 산업의 위상을 나타낼 때 흔히 쓰는 말이다. 실제로 삼성전자 반도체 사업을 담당하는 DS(Device Solution)부문 임직원들은 스스로 ‘세계 1등’이라고 말하는 걸 주저하지 않는다. 그 말이 허언이 아니라는 건 실적이 입증하고 있다. 삼성전자 반도체 사업은 2016년 한 해에만 13조 원에 이르는 천문학적인 영업이익을 올리며 세계 반도체 시장의 정점에 올라섰다. 여기에 ‘신흥 강자’로 불리는 SK하이닉스까지 더하면 우리나라는 문자 그대로 ‘세계 최고 반도체 강국’임에 틀림없다.
그러나 조금 자세히 들여다보면, 이런 대단한 성과에 자만하고 있을 때가 아니라는 것도 쉽게 알 수 있다. 반도체는 정보를 저장하는 ‘메모리 반도체’와 연산을 수행하는 ‘시스템 반도체’로 나뉜다.
한국은 전 세계 메모리 반도체 시장의 절반 이상을 차지하며 승승장구하고 있다. 그러나 시스템 반도체로 눈을 돌리면 얘기는 달라진다. 우리나라 시스템 반도체의 전 세계 시장 점유율은 5%를 밑돌고 있다. ‘4차 산업혁명’의 핵심인 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 가상현실(VR), 빅데이터, 자율주행차 등을 구현하는데 반드시 필요한 시스템 반도체 부분에서 부진을 면치 못하고 있는 셈이다.
게다가 중국의 추격도 본격적으로 진행되고 있다. 최근 중국은 정부 차원에서 메모리 반도체 육성에 적극 나서고 있다. ‘반도체굴기(.起)’를 선언한 중국은 앞으로 10년간 1조 위안을 메모리 반도체 산업에 투자하겠다고 선언하기도 했다. 세계 시장을 석권하고 있는 한국 메모리 반도체에 도전장을 내민 것이나 다름없다. 중국의 추격을 따돌리고 4차 산업혁명의 요체인 시스템 반도체를 발전시키기 위해 특단의 대책이 필요한 상황이란 얘기다.
반도체 산업은 한번 뒤처지면 다시 따라붙기 힘든 분야다. 힘겹게 쌓아 올린 명성을 잃지 않으려면 새로운 도전을 시도해야 한다. 포춘코리아가 한국 반도체 산업의 현주소와 걸림돌, 앞으로의 성장 방향 등을 깊이 있게 들여다보았다.
한국 반도체 산업을 들여다보기 전에 기본적으로 알고 있어야 할 것들이 있다. 우선 반도체(半導體·semi conductor)에 대해 알아보자. 반도체의 사전적 의미는 ‘상온에서 전기 전도율이 도체(導體)와 부도체(不導體)의 중간 정도인 물질’이다. 일반적으로 저온에선 전기가 흐르지 않는 부도체에 가깝지만, 온도를 높이면 전기 전도성(電導性)이 높아진다.
우리가 일반적으로 얘기하는 반도체는 ‘반도체 칩’으로 만든 전자부품을 의미한다. 반도체 칩은 얇은 실리콘 판(웨이퍼) 위에 트랜지스터(전류나 전압 흐름 조절), 저항기(전류 흐름 방해), 콘덴서(직류는 차단하고 교류만 통하게 함) 같은 소자를 연결해 완전한 회로 기능을 갖춘 기판을 말한다. 이 반도체 칩을 각종 전자기기에 탑재할 수 있는 형태로 가공한 것이 우리가 흔히 말하는 ‘반도체’라 할 수 있다.
더 작은 칩 면적에서 최고 집적도를 실현한 기술이다.
반도체는 크게 ‘메모리 반도체’와 ‘시스템 반도체’로 구분할 수 있다. 국내에선 시스템 반도체를 ‘비메모리 반도체’라고 부르기도 한다. 메모리 반도체는 컴퓨터나 스마트폰의 기억장치로 사용된다. ‘D램(Dynamic RAM)’과 ‘낸드플래시(Nand Flash)’가 대표적인 메모리 반도체다. D램은 데이터를 임시 저장하는 장치로, 데이터를 반복해서 저장하고 삭제할 수 있다. 대신 전원이 꺼지면 데이터가 사라진다. 낸드플래시는 전원이 꺼져도 데이터를 보존하는 특성을 가지고 있다. 주로 스마트폰이나 솔리드스테이트드라이브(SSD·반도체를 이용해 정보를 저장하는 장치로, 하드디스크드라이브보다 속도가 빠르고 발열·소음이 적으며 부피가 작고 가볍다) 등에 탑재해 대용량 데이터 저장용으로 사용한다.
시스템 반도체는 각종 전자 제품을 제어하기 위해 필요한 계산과 분석 등 다양한 기능을 지닌 반도체다. 대표적인 시스템 반도체로‘CPU(Central Processing Unit·중앙연산장치로 컴퓨터의 프로그램 명령어를 실행한다)’와 ‘AP(Application Processor·응용프로세서로 각종 애플리케이션 작동과 그래픽 처리를 담당한다)’를 꼽을 수 있다.
반도체 생산은 분업을 통해 이뤄지고 있다. 반도체 칩 설계만 담당하는 ‘팹리스(fabless·제조 설비를 뜻하는 패브리케이션(fabrication)과 리스(less)를 합성한 말)’, 반도체 칩 설계가 실제 생산 공정에 적합한지를 검증하는 ‘디자인 하우스’, 반도체 칩을 위탁 생산하는 ‘파운드리(foundry)’, 반도체 칩을 탑재시킬 기기에 맞는 완제품 형태로 만들고 정상적으로 작동하는 지 여부를 점검하는 ‘패키징 테스트’ 업체로 나뉘어 있다. 물론 삼성전자, SK하이닉스, 인텔처럼 반도체 칩 설계에서 완제품 생산까지 전 과정을 일관해서 책임지는 곳도 있다. 이들을 ‘종합 반도체 회사(IDM·Integrated Device Manufacturer)’라고 부른다.
반도체 호황으로 신바람 난 ‘한국 반도체’
“이보다 더 좋을 순 없다”, 최근 전 세계 메모리 반도체 업황을 두고 하는 말이다. 호황의 배경엔 스마트폰과 빅데이터가 있다. 갈수록 기세 등등한 중국 스마트폰 업체들이 고급 스마트폰 생산에 나서면서 대용량 D램과 낸드플래시 수요가 크게 늘었다. 이정 유진투자증권 연구원은 말한다. “중국 소비자들이 스마트폰 성능을 중시하기 시작했어요. 이에 맞춰 중국 스마트폰 업체들이 대용량 메모리를 탑재한 고급 제품을 경쟁적으로 출시하고 있습니다. 대용량·고사양 메모리 반도체를 생산하는 삼성전자·SK하이닉스에 주문이 몰리고 있죠. 지난해 상반기만 해도 2달러대 초반이던 8기가바이트(GB) 낸드플래시가 지금은 3달러대 후반으로 올랐어요. 그런데도 살 수가 없어요. 물량이 달리니까요.”
스마트폰 사용이 보편화 되고 빅데이터를 활용한 데이터 서비스가 활성화되면서 서버 업체들의 주문도 갈수록 늘고 있다. 이들 업체 역시 대용량·고사양 메모리 반도체를 찾고 있다. 메모리 반도체 시장이 올해부터 2021년까지 매년 7.3%씩 성장할 것이라는 전망도 나와 있다. 올해 초 시장조사기관 IC인사이츠는 D램과 낸드플래시 등 메모리 반도체 시장이 2016년 773억 달러(약 90조 원)에서 2021년 1,099억 달러(약 127조 원) 규모로 급성장할 것으로 전망했다. 가트너도 보고서를 통해 “올해 전 세계 반도체 시장의 매출 규모가 전년 대비 7.2% 증가할 것”이라며 “메모리 반도체가 그 성장세를 견인할 것”이라고 밝힌바 있다.
전 세계 메모리 반도체 시장 1~2위 업체인 삼성전자와 SK하이닉스를 보유한 우리나라는 업황 호조가 더욱 반가울 수밖에 없다. SK하이닉스는 지난해 4분기 매출 5조3,577억 원, 영업이익 1조5,361억 원을 기록했다. 분기별 매출액으론 역대 최대치를 경신했다. 지난해 글로벌 반도체 시장의 훈풍을 타고 기록적인 결과물을 만들어 낸 것이다. 반도체 업계의 맏형 삼성전자가 일궈낸 성과는 그 이상이라 할 수 있다. 삼성전자는 지난해 4분기 매출 53조3,300억 원, 영업이익 9조2,200억 원을 기록했다. 갤럭시노트7 사태에도 불구하고 분기별 사상 최대 실적을 달성한 배경에는 반도체 사업이 자리잡고 있었다. 삼성전자 반도체 사업이 매출 14조8,600억 원, 영업이익 4조9,500억 원을 올리며 실적을 견인했다.
반도체는 한국 수출 산업 1위 자리에 올라 있다. 전반적인 수출 한파 속에서도 지난해 72조 원이 넘는 수출액을 기록했다. 올해 1월에도 반도체 수출액이 7조 원을 넘어 사상 최대 실적을 일궈냈다. 산업연구원은 올해 한국 수출에서 반도체가 13%를 차지해 주요 산업 중 1위를 차지할 것으로 내다봤다.
한국은 메모리 반도체 절대 강자
한국은 자타공인 메모리 반도체 시장의 최강자다. D램으로 대표되는 메모리 반도체 산업의 중심은 미국에서 시작해 일본을 거쳐 한국으로 이동했다. 세계 메모리 반도체 시장은 1980년대 중반까지만 해도 미국이 주름잡았다. 인텔, 모토로라, 마이크론 같은 쟁쟁한 기업들이 즐비했다. 그 시장을 공격한 건 일본이었다. 일본 기업들은 저가 공세를 펼치며 미국업체가 장악한 시장을 공략하기 시작했다. 그 후 전자산업호황기를 누리던 일본의 거센 도전에 밀려 메모리 반도체 주도권을 조금씩 잃어갔다. 일본이 반도체를 장악하면 세계 패권국이 될 것이라는 우려까지 나올 미국에서 정도였다. 미국 언론들은 일본의 반도체 공세를 ‘제2의 진주만 공습’이라고 불렀다. 미국 기업들은 견디다 못해 일본 반도체 업체들을 반덤핑 혐의로 세계무역기구(WTO)에 제소하기도 했다. 안기현 한국반도체산업협회 상무는 당시 상황에 대해 이렇게 말했다. “결국 로널드 레이건 정부가 1987년 반도체가 포함된 모든 일본 전자제품에 100%의 보복관세를 매겼습니다. 유명한 미·일 반도체 분쟁의 시작이었죠. 한국은 그 때 기회를 잡았습니다.”
한국 반도체 산업은 1965년 미국 코미(Commy)사와 합작으로 고미전자산업을 설립해 트랜지스터 조립생산을 시작한 것이 출발점이었다. 그 후 삼성이 1974년 12월 한국반도체(1974년 미국 ICII와 합작해 설립한 회사)를 인수해 반도체 사업에 뛰어들었다. 그러나 당시만 해도 외주 부품을 생산하는 수준에 머물러 있었다. 한국은 기술 보안에 철저했던 반도체 강국 미국과 일본을 부러운 눈길로 바라보고 있었을 뿐이었다. 그러던 1983년 3월, 고(故) 이병철 삼성 선대 회장이 반도체 사업 추진 구상을 담은 ‘삼성 선언문’을 발표했다. 메모리 반도체 직접 개발을 하겠다는 일종의 출사표였다. 이후 삼성전자는 1983년 12월 국내 최초로 64K D램 생산에 성공했고, 10년 이상 차이가 나던 미국·일본과의 기술 격차를 4년으로 좁힐 수 있었다. 삼성전자는 1992년 64M D램을 세계 최초로 개발해 메모리 반도체 강국인 일본을 추월하기 시작했다. 그 후에도 삼성전자는 1994년 256M D램, 1996년 1Gb D램 등을 세계 최초로 내놓으며 ‘메모리 반도체 1등 대한민국’의 초석을 꾸준히 쌓아나갔다.
1980~1990년대 삼성, LG, 현대 같은 한국 대기업들이 D램 시장에 한꺼번에 진입하면서 메모리 반도체 권력은 한국으로 넘어오게 되었다. 오너 경영을 중심으로 한 한국 대기업의 빠른 의사결정과 전폭적인 투자 등이 한국 메모리 반도체 산업 성장의 밑거름으로 작용했다.
메모리 반도체 시장은 생존을 건 구조조정기를 거쳤다. 수 십 개에 달했던 세계 반도체 업체들은 치열한 파워게임을 벌인 후 대부분 시장에서 퇴출 당했다. 그 후 반도체 시장은 소수업체가 과점하는 구조로 변했다. 특히 D램 시장은 삼성전자, SK하이닉스, 미국 마이크론 3개 사가 독점하고 있다. D램익스체인지에 따르면, 지난해 3분기 기준 삼성전자와 SK하이닉스의 전 세계 D램 점유율은 각각 47.4%와 26.5%로, 두 회사를 합치면 74%에 달했다. 삼성전자와 SK하이닉스의 D램 시장 점유율은 지난 2011년 이후 60% 아래로 내려간 적이 없다.
낸드플래시 시장 역시 비슷한 구도를 갖고 있다. 삼성전자의 점유율은 35.4%, SK하이닉스는 10%로 전체 낸드플래시 시장의 45%를 한국이 차지하고 있다. 일본 도시바가 25%, 미국 샌디스크와 마이크론이 각각 20%와 16%로 추정되는 등 이들 5개 업체가 시장을 분할 장악하고 있다.
당분간 이 같은 시장 구도는 유지될 것으로 보인다. 대규모 투자와 숙련된 인력, 고도의 양산기술이 필요한 메모리 반도체 특성상 신규진입이 쉽지 않기 때문이다. 주대영 산업연구원 연구위원은 말한다. “소품종 대량생산 체제를 갖추고 있는 메모리 반도체 산업은 공정기술이 생산성과 수익성을 좌우합니다. 같은 기간, 같은 원료를 갖고 누가 얼마나 많은 제품을 생산해낼 수 있느냐가 경쟁력을 결정하죠. 삼성전자와 SK하이닉스, 마이크론 같은 상위 기업들이 앞선 기술력으로 20나노대 D램, 10나노대 낸드플래시 제품 등을 생산하고 있는 상황에서 새로운 경쟁자가 출현하기란 쉽지 않을 거예요.”
서울경제 포춘코리아 편집부 / 하제헌 기자 azzuru@hmgp.co.kr
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