1조 달러 반도체 전쟁: 글로벌 반도체 생산의 치열한 세계 내부

2024년, 전 세계 반도체 매출은 6,000억 달러를 돌파했으며, 2030년에는 연간 1조 달러에 이를 수 있습니다.
애플의 M1 Ultra는 하나의 칩에 1,140억 개의 트랜지스터를 집적했습니다.
ASML은 EUV 리소그래피 스캐너의 유일한 제조업체로, 각 기계는 약 180톤의 무게에 3억 달러가 넘는 가격을 자랑합니다.
TSMC는 2023년 전 세계 파운드리 시장의 약 55%를 차지했으며, 삼성은 약 15~20%를 차지했고, 대만은 세계에서 가장 첨단(<10nm) 칩 제조 능력의 약 92%를 보유했습니다.
상위 3개 전자설계자동화(EDA) 벤더인 Synopsys, Cadence, Siemens EDA가 수십억 개 트랜지스터 설계에 사용되는 소프트웨어 시장을 장악하고 있습니다.
2021년 반도체 부족으로 자동차 판매에서 약 2,100억 달러의 손실이 발생했습니다.
미국 CHIPS법(2022)은 국내 반도체 제조를 위해 527억 달러의 직접 자금과 25%의 투자 세액공제를 책정했습니다.
유럽 칩법(2023)은 2030년까지 유럽의 칩 생산 점유율을 20%로 두 배로 늘리기 위해 430억 유로를 동원하는 것을 목표로 합니다.
2024년 전 세계 반도체 제조는 약 1억 9,000만 톤의 CO2 상당량을 배출했으며, 현대식 팹 한 곳이 약 100MW의 전력을 지속적으로 소비할 수 있습니다.
2024년 중반 기준, 미국 반도체 인력의 55%가 45세 이상으로, 인재 부족이 임박했음을 보여줍니다.

반도체 – 이 작은 실리콘 칩들은 – 현대 전자제품의 두뇌로, 스마트폰과 자동차에서 데이터센터, 전투기에 이르기까지 모든 곳에 들어 있습니다. 2024년, 전 세계 반도체 매출은 6,000억 달러 이상을 기록했으며, 2030년에는 1조 달러에 달할 수 있습니다. 이는 반도체가 세계 경제에서 얼마나 중요한지 보여줍니다 deloitte.com, blog.veolianorthamerica.com. 이 마이크로칩들은 수조 달러 규모의 하위 제품과 서비스를 가능하게 하며, 우리의 디지털 삶을 지탱하는 숨은 기반이 됩니다 steveblank.com. 하지만 지난 2년간 반도체 생산은 혁신과 지정학적 긴장이 뒤얽힌 고위험 무대가 되었습니다. 팬데믹으로 인한 칩 부족은 공급망이 얼마나 취약한지 보여주었고, 공장 가동이 중단되고 가격이 급등했습니다. 동시에, 각국은 경제와 안보를 위해 자국 내 칩 생산을 강화하기 위해 경쟁하며, 수백억 달러를 신규 팹(반도체 제조 공장)에 쏟아붓고 전 세계적인 ‘칩 전쟁’을 촉발하고 있습니다.

이 보고서는 반도체 세계에 대한 포괄적이고 최신의 안내서로, 반도체가 무엇이며 어떻게 작동하는지, 칩이 처음부터 끝까지 어떻게 제조되는지, 각 단계별 주요 플레이어(기업 및 국가)는 누구인지, 그리고 공급망의 취약점이 어디에 있는지를 설명합니다. 또한 최첨단 기술과 소재가 어떻게 현대 칩을 가능하게 하는지, 최신 혁신 및 연구개발(R&D) 동향, 그리고 산업을 재편하는 지정학적·정책적 경쟁에 대해서도 다룹니다. 마지막으로, 반도체 산업의 경제적 영향, 환경적 발자국, 그리고 다가오는 인력 문제를 살펴봅니다. 최근 전문가 인사이트부터 2024~2025년 주요 동향까지, 이 보고서는 반도체 생산이 오늘날 지구상에서 가장 중요하고 치열하게 경쟁하는 분야 중 하나인 이유를 밝혀줄 것입니다.

반도체란 무엇이며, 어떻게 작동하는가?

반도체는 (실리콘과 같은) 특정 조건에서 전기 전도체 또는 절연체로 작용할 수 있는 물질로, 전류를 제어하는 데 완벽합니다 techtarget.com. 실질적으로 반도체 소자(칩)는 작은 전기 스위치(트랜지스터)의 네트워크로, 전기 신호에 의해 켜지거나 꺼질 수 있습니다. 현대 집적회로는 수십억 개의 트랜지스터 스위치를 손톱 크기의 칩에 집적하여 복잡한 연산과 신호 처리가 가능하게 합니다. “간단히 말해, 반도체는 전기로 켜고 끌 수 있는 전기 스위치입니다. 대부분의 현대 기술은 이 작은 상호 연결된 스위치 수백만 개로 이루어져 있습니다,”라고 TechTarget 엔지니어링 입문서에서 설명합니다 techtarget.com.

정확하게 전류 흐름을 제어할 수 있기 때문에, 반도체 칩은 전자기기의 ‘두뇌’ 또는 ‘메모리’ 역할을 합니다. 로직 칩(CPU, GPU, AI 가속기 등)은 데이터를 처리하고 의사결정을 하며, 메모리 칩은 정보를 저장하고, 아날로그/파워 칩은 물리적 세계와 인터페이스합니다. 순수한 반도체 결정에 미량의 불순물을 첨가(도핑)함으로써, 제조업체는 트랜지스터, 다이오드, 집적회로와 같은 부품을 만들어 양자물리학을 이용해 전기 신호를 스위칭 및 증폭합니다 techtarget.com. 그 결과, 반도체는 산술 연산, 이진 데이터 저장, 센서/액추에이터와의 인터페이스 등 거의 모든 현대 기술(예: 디지털 통신, 가전제품, 의료기기steveblank.com)의 기반이 되는 기능을 수행할 수 있습니다.

오늘날의 칩은 놀라운 공학적 성취입니다. 최첨단 프로세서는 실리콘에 새겨진 수백억 개의 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 그 특징은 몇 나노미터(원자 규모)만큼 작을 수 있습니다. 예를 들어, 애플의 M1 Ultra 칩은 하나의 실리콘 조각에 1,140억 개의 트랜지스터를 집적하고 있습니다 bipartisanpolicy.org. 이 트랜지스터들은 기가헤르츠 속도로 켜지고 꺼지며, 장치가 초당 수십억 번의 연산을 수행할 수 있게 해줍니다. 요약하자면, 반도체는 현대 세계의 기반 기술이 되었으며, 스마트폰과 자동차에서부터 클라우드 서버, 산업용 기계에 이르기까지 모든 것에 동력을 제공합니다. 흔히 “반도체는 새로운 석유다”라고 말하듯, 국가와 산업이 발전과 안보를 위해 의존하는 필수 자원이 되었습니다.

칩은 어떻게 만들어지는가: 반도체 제조 공정

마이크로칩을 만드는 것은 가장 복잡한 제조 공정 중 하나입니다. “원자 단위로 재료를 조작하는 사업”으로, 수십억 달러가 드는 공장에서 이루어집니다 steveblank.com. 모든 것은 원재료에서 시작해, 사용 가능한 완성 칩으로 끝납니다. 다음은 칩 제조 공정의 전체 개요입니다:

원재료 실리콘에서 웨이퍼로: 일반적인 모래(이산화규소)는 순수한 실리콘으로 정제됩니다. 실리콘 결정 주괴를 성장시킨 후 얇은 웨이퍼(원형 디스크)로 절단하는데, 이 웨이퍼 한 장에 수천 개의 칩이 들어갑니다 bipartisanpolicy.org. 각 웨이퍼는 겉보기에는 반짝이고 매끄럽지만, 미시적 수준에서는 실리콘 원자가 완벽하게 배열된 격자 구조입니다.
프런트엔드(전공정) 제조: 진정한 마법은 클린룸 “팹”에서 일어납니다. 여기서 복잡한 회로가 각 웨이퍼 위에 만들어집니다. 칩 제조는 수백 단계의 정밀 공정을 포함하지만, 주요 단계는 다음과 같습니다: 초박막 재료층 증착, 포토레지스트 코팅, 포토리소그래피(집중된 빛을 이용해 마스크를 통해 웨이퍼에 미세한 패턴을 새기는 과정, 일종의 회로 청사진 인쇄와 유사), 식각 및 도핑(재료를 제거하고 이온을 주입해 트랜지스터와 상호연결을 형성), 그리고 이러한 단계를 층별로 반복합니다 bipartisanpolicy.org. 트랜지스터(사실상 온/오프 스위치)는 이러한 패턴화된 층에 의해 만들어지며, 미세한 전기 경로를 형성합니다. 이것이 바로 나노미터급 제조입니다. 최신 칩은 50개 이상의 회로층과 3nm(나노미터) 폭의 미세 구조를 가질 수 있습니다. 각 단계는 원자 수준의 정밀도로 제어되어야 하며, 먼지 한 점이나 미세한 오차도 칩을 망칠 수 있습니다.
백엔드 및 패키징: 프런트엔드 제조가 끝나면, 완성된 웨이퍼에는 여러 개의 개별 칩(다이)이 격자 형태로 배열되어 있습니다. 웨이퍼는 개별 칩으로 절단되고, 각 칩은 이후 패키징됩니다. 패키징은 연약한 칩을 기판에 장착하고, 미세한 금 또는 구리 접점에 배선한 뒤, (보호용 수지와 방열판 등으로) 밀봉하여 취급 및 회로 기판에 통합할 수 있도록 하는 과정입니다 bipartisanpolicy.org. 패키징된 칩이 바로 여러분의 휴대폰 메인보드나 PC 회로 기판에 납땜되는 것입니다. 이 단계에서 칩은 의도한 대로 동작하는지 확인하기 위해 엄격한 테스트를 거칩니다.

위의 간략한 요약에도 불구하고, 첨단 반도체 제조는 매우 복잡하고, 수개월에 걸친 공정입니다. 최첨단 칩 하나를 만들기 위해서는 1,000개 이상의 공정 단계와 극도의 정밀 장비가 필요합니다. 예를 들어, 최신 포토리소그래피 장비(자외선으로 회로 패턴을 투사하는 장비)는 대당 3억 달러가 넘는 비용이 들 수 있으며, 이러한 장비 한 대는 “가정 1,000채만큼의 전기를 소비할 수 있다”고 블룸버그는 전합니다 bipartisanpolicy.org. 이 장비들은 극자외선(EUV)을 사용해 초미세 구조를 새기며, 전 세계에서 단 한 회사(네덜란드의 ASML)만이 현재 이를 생산합니다 patentpc.com. 자본 지출도 막대합니다: 새 반도체 공장(팹) 건설에는 3년 이상과 100억 달러 이상의 투자가 필요합니다 bipartisanpolicy.org. TSMC, 삼성, 인텔 등 선도 기업들은 팹 확장과 장비 도입에 매년 수십억 달러를 투자합니다.

이 모든 노력의 결실은 놀라운 기술입니다: 완전히 가공된 12인치 웨이퍼 한 장에는 수백 개의 완성된 칩이 들어 있으며, 이 칩들은 합쳐서 수조 개의 트랜지스터를 포함합니다 steveblank.com. 각 칩은 테스트를 거쳐, 실제로 사용될 때 초당 수십억 번의 연산을 수행할 수 있습니다. 현대 칩의 미세한 크기와 높은 집적도는 엄청난 성능을 제공합니다. 한 업계 블로그는, 클린룸의 그 웨이퍼에는 “2조 개의 트랜지스터가 들어 있다”고 언급하며, 원자 수준의 정밀도로 제조된다고 설명합니다steveblank.com. 수십 년간 지속적으로 정제된 이 제조 역량이 오늘날 강력하고 저렴한 전자기기를 가능하게 합니다.

반도체 공급망의 주요 플레이어(기업 및 국가)

반도체 생산은 한 종류의 회사만이 담당하는 것이 아니라, 각기 다른 단계에 특화된 기업들로 이루어진 복잡한 생태계입니다. 공급망 내부를 들여다보면, 전 세계적으로 수백 개의 고도로 전문화된 업체들이 서로에게 의존하고 있는 네트워크가 있습니다 steveblank.com. 주요 업체 유형과 그 분야의 지배적 기업들은 다음과 같습니다:

칩 설계업체(팹리스 기업): 이 회사들은 반도체 칩을 설계하지만 실제 제조는 외주를 줍니다. 이들은 칩의 설계도와 지적 재산권을 만듭니다. 세계적으로 잘 알려진 많은 칩 브랜드들 – Apple, NVIDIA, Qualcomm, AMD, Broadcom – 이 팹리스 설계업체입니다. 미국이 이 분야에서 강력한 우위를 점하고 있으며(팹리스 기업의 약 50%가 미국에 소재 patentpc.com), 유럽(예: 영국의 ARM, 칩 IP 코어 steveblank.com)과 아시아에도 기업들이 있습니다. 팹리스 기업들은 칩 아키텍처의 연구개발과 혁신에 집중하고, 칩 생산은 외주 제조업체에 맡깁니다.
종합 반도체 기업(IDM): 이들은 Intel, Samsung, Micron 과 같은 대기업으로, 칩을 직접 설계하고 제조합니다. 인텔(미국)은 PC와 서버용 마이크로프로세서 설계/제조에서 역사적으로 선두를 달렸고, 삼성(한국)과 마이크론(미국)은 특히 메모리 칩 분야에서 이 역할을 합니다. IDM은 자체 팹을 보유하고 자사 제품(때로는 타사 제품용) 칩을 생산합니다. 하지만 최근 수십 년간 효율성 때문에 팹리스-파운드리 모델로의 전환이 진행되고 있습니다.
반도체 파운드리(위탁 제조업체): 파운드리는 실제로 칩을 제조하는 칩 팹(팹리스 고객이나 일부 생산을 아웃소싱하는 IDM을 위해)입니다. 이 분야는 아시아 기업들이 주도하고 있습니다. 대만의 TSMC(타이완 반도체 제조 회사)는 독보적인 선두주자로, 2023년 기준 전 세계 파운드리 시장의 약 55%를 단독으로 점유하고 있습니다 patentpc.com. TSMC는 애플, AMD, NVIDIA 등 많은 기업들의 주요 제조업체이며, 특히 가장 첨단 칩(5nm, 3nm 공정)을 생산합니다. 삼성전자(한국)는 두 번째로 큰 파운드리(점유율 약 15~20%) patentpc.com로, 첨단 로직 칩도 생산합니다. 그 외 주목할 만한 파운드리로는 글로벌파운드리즈(미국, 중간 공정에 집중), UMC(대만), SMIC(중국 최대 파운드리) 등이 있습니다. 특히, 대만과 한국이 첨단 칩 생산의 대부분을 차지하고 있으며, 실제로 세계에서 가장 첨단(<10nm) 칩 제조 능력의 약 92%가 대만에만 집중되어 있다고 2023년 미국 정부 보고서에서 밝혔습니다 usitc.gov. 이는 칩 제조가 소수 지역에 얼마나 집중되어 있는지를 보여줍니다.
메모리 칩 제조업체: 메모리는 특화된 하위 분야이지만(램, 플래시 저장장치 등) 매우 중요합니다. 이 분야는 삼성과 SK하이닉스(모두 한국), 마이크론(미국)과 같은 IDM이 주도합니다. 예를 들어, 삼성과 SK하이닉스는 전 세계 DRAM 메모리 칩의 70% 이상을 생산합니다 patentpc.com. 이 기업들은 DRAM과 NAND 플래시 메모리 생산에 막대한 투자를 하며, 대규모 시설이 한국, 대만, 미국, 일본, 중국 등에 위치해 있습니다.
반도체 장비 공급업체: 이들 기업은 칩 제조를 위한 장비와 기계를 만듭니다. 이 자체로도 매우 중요한 첨단 산업입니다. 주요 장비 제조업체로는 ASML(네덜란드)이 있으며, 7nm 이하 칩에 필수적인 EUV 리소그래피 시스템을 독점적으로 생산합니다 patentpc.com; 어플라이드 머티리얼즈, 램리서치, KLA(모두 미국)는 증착, 식각, 검사 장비를 공급합니다; 도쿄일렉트론과 니콘(일본)은 리소그래피 및 식각 장비를 제공합니다. 이와 같은 첨단 장비 없이는 팹이 운영될 수 없습니다. 미국, 일본, 네덜란드는 전통적으로 반도체 장비 분야를 주도해왔으며, 이 때문에 이러한 장비에 대한 수출 규제가 지정학적 이슈가 되고 있습니다(자세한 내용은 후술).
재료 및 화학 공급업체: 반도체 제조는 초고순도 실리콘 웨이퍼부터 특수 화학물질과 가스에 이르기까지 특수 재료의 복잡한 공급에 의존합니다. 몇 가지 예시: Shin-Etsu Handotai와 SUMCO(일본)는 전 세계 실리콘 웨이퍼의 상당 부분을 생산합니다. JSR, Tokyo Ohka Kogyo(일본) 등은 포토레지스트(감광성 화학물질)를 공급합니다 steveblank.com. Linde, Air Liquide와 같은 산업용 가스 회사들은 팹에서 사용되는 100가지 이상의 가스(예: 플루오린, 네온, 아르곤 등)를 제공합니다 Linde, Air Liquidesteveblank.com. 이러한 핵심 재료의 상당수는 일본, 중국, 유럽에 집중되어 있습니다. 예를 들어, 일본은 오랫동안 반도체 화학 분야의 강국이었으며, 중국은 칩에 사용되는 많은 희귀 광물(예: 갈륨, 저마늄 등)을 정제합니다. 이는 원자재를 지배하는 국가(중국, 러시아 등)와 특수 화학 분야에서 뛰어난 국가(일본)가 공급망에서 큰 역할을 한다는 의미입니다.
EDA 및 IP 공급업체: 제조에 앞서 칩은 설계 및 검증이 필요합니다. 전자설계자동화(EDA) 소프트웨어 도구는 본질적으로 세 개의 주요 회사 – Synopsys, Cadence(이상 미국), Siemens EDA(Mentor Graphics) – 모두 미국 또는 미국 동맹 기업에 의해 제공됩니다 steveblank.com. 이들은 수십억 개의 트랜지스터 배치와 시뮬레이션을 위한 복잡한 소프트웨어를 사실상 독점하고 있습니다. 또한, CPU 코어와 같은 핵심 설계는 종종 ARM(영국)과 같은 IP 회사에서 라이선스를 받아 사용되며, 이는 대부분의 모바일 프로세서에 사용되는 설계 청사진을 제공합니다 steveblank.com. 이러한 업스트림 업체들은 전체 산업의 핵심적인 기반입니다.
외주 반도체 조립 및 테스트(OSAT): 웨이퍼가 완성되면, 특화된 하청업체가 칩의 패키징과 테스트를 담당합니다. 주요 OSAT 기업으로는 ASE Technology Holding(대만)(세계 최대 패키징 업체), Amkor(미국), 그리고 중국, 말레이시아, 베트남에 기반을 둔 많은 기업들이 있습니다. 실제로 동남아시아는 칩 조립의 중심지로 부상했으며, 예를 들어 말레이시아는 전 세계 칩 패키징 및 테스트의 약 13%를 수행합니다 patentpc.com, 베트남의 OSAT 부문도 빠르게 성장하고 있습니다 patentpc.com. 이 단계들은 노동집약적이기 때문에, 기업들은 숙련된 인력과 낮은 비용을 가진 국가에 주로 위치합니다.

국가별로 보면: 각국은 이 체인의 서로 다른 고리에 특화되어 있습니다. 대만은 칩 제조, 특히 첨단 로직 칩 분야의 슈퍼스타입니다. 2023년 기준으로 대만은 파운드리 시장 점유율의 약 65%를 차지했으며 patentpc.com, 첨단 칩(특히 TSMC의 지배력)에서는 없어서는 안 될 존재입니다. 한국은 메모리 칩과 파운드리(삼성) 분야의 선두주자로, 전 세계 칩 생산량의 약 20%를 차지합니다 patentpc.com. 미국은 여전히 칩 설계(많은 팹리스 대기업과 IDM, 예: 인텔의 본거지)와 일부 제조 장비 분야의 선두주자이지만, 실제 제조에서 미국의 점유율은 1990년 37%에서 2023년 약 12%로 감소했습니다 patentpc.com. 생산이 아시아로 이동하면서 이런 감소가 발생했으며, 미국 정부는 이를 인센티브를 통해 되돌리려 하고 있습니다(아래에서 자세히 설명). 중국은 특별한 경우로, 세계에서 칩을 가장 많이 소비(전자제품 조립)하며, 성숙 노드 칩과 패키징을 많이 생산하지만, 가장 첨단 칩은 수입에 의존합니다. 2023년 기준 중국의 반도체 자급률은 약 16%에 불과했으며 patentpc.com, 2022년에는 칩 수입에 무려 3,500억 달러를 썼습니다 patentpc.com. 그러나 중국은 2030년까지 국내 생산 비중을 70%로 끌어올리기 위해 대규모 투자를 하고 있으며 patentpc.com, SMIC, YMTC(메모리)와 같은 기업을 육성하고 있습니다. 일본은 1980년대에는 칩 생산 강국이었고, 지금도 소재와 장비 분야의 주요 플레이어입니다. 오늘날 일본은 파트너십(예: TSMC가 일본에 파운드리 건설, Rapidus 컨소시엄이 2nm 칩 국산화 추진)을 통해 제조업에 재진입하고 있으며, 품질 제조와 정부 지원의 강점을 활용하고 있습니다. 유럽(EU)은 일부 칩 제조사(예: 독일의 인피니언-자동차용 칩, 프랑스/이탈리아의 ST마이크로일렉트로닉스, 네덜란드의 NXP)가 있고, ASML의 본거지이기도 하지만, 전체적으로 유럽의 전 세계 칩 생산 점유율은 약 8~10%에 불과합니다 techhq.com. EU는 자체 칩법과 TSMC, 인텔의 유럽 내 파운드리 유치 등을 통해 2030년까지 이 비중을 두 배(약 20%)로 늘리려 하고 있습니다..eu/en/press/press-releases/2023/07/25/chips-act-council-gives-its-final-approval/#:~:text=Chips%20Act%3A%20Council%20gives%20its,the%20objective%20of%20doubling” target=”_blank” rel=”noreferrer noopener”>consilium.europa.eu. 이 외에도 말레이시아, 베트남, 태국, 필리핀과 같은 국가들은 조립 및 테스트에서 중요한 역할을 하며(공급망 후반 단계에서 회복력과 다각화를 제공) patentpc.com. 심지어 인도와 사우디아라비아와 같은 새로운 도전자들도 반도체 분야 진출을 위해 대규모 투자를 발표했으며(인도는 팹에 대한 인센티브를 제공하고, 사우디아라비아는 2030년까지 칩 산업 구축을 위해 1,000억 달러를 계획) patentpc.com.

요약하자면, 반도체 생산은 전 세계적으로 분산된 노력이지만, 각 분야를 주도하는 소수의 기업이나 국가가 존재하는 중요한 병목 지점이 있습니다. 예를 들어, 세 개의 기업(TSMC, 삼성, 인텔)이 첨단 칩 생산의 대부분을 차지하고 있으며, 세 개의 국가(대만, 한국, 중국)가 오늘날 거의 모든 칩을 제조하고 있습니다 patentpc.com. 이러한 집중된 구조는 공급망 보안에 큰 영향을 미치며, 다음에서 자세히 살펴보겠습니다.

공급망 구조와 취약성

반도체 공급망은 “어느 산업보다도 가장 복잡한 공급망”usitc.gov 으로 불리며, 최근의 사건들은 그 취약성이 얼마나 큰지 드러냈습니다. 자연재해부터 지정학적 갈등까지, 다양한 취약점이 칩의 원활한 흐름을 위협하고 있습니다. 주요 병목지점과 위험요소는 다음과 같습니다:

지리적 집중도 심화: 업계의 지리적 클러스터링 때문에 한 지역에서의 혼란이 전 세계를 멈추게 할 수 있습니다. 이는 대만의 과도한 역할에서 가장 뚜렷하게 나타납니다. 대만은 전체 칩의 약 18%를 생산하지만, 2023년 USITC 보고서에 따르면 “세계에서 가장 첨단 칩 제조 역량의 약 92%”를 차지합니다 usitc.gov. 다시 말해, 거의 모든 최첨단(10nm 미만) 칩이 대만(주로 TSMC)에서 생산되며, 나머지는 한국에서 생산됩니다. 이는 엄청난 공급 위험으로, 어떤 중단(지진, 지정학적 위기 등)도 글로벌 기술 공급망을 마비시킬 수 있습니다 usitc.gov. 실제로 전문가들은 대만 반도체 공장에 큰 혼란이 발생하면 기술 산업을 넘어선 경제적 재앙이 될 것이라고 지적합니다. 한국 역시 또 다른 단일 실패 지점입니다. 예를 들어, 거의 모든 고급 메모리 칩이 그곳의 두 기업에서 생산됩니다. 이를 인식한 각국과 기업들은 현재 제조 거점을 지리적으로 다변화(글로벌화에서 “지역화”로 전환)nefab.com하려 하고 있지만, 다른 지역에 새로운 공장을 짓는 데는 시간이 걸립니다.
단일 공급업체 의존성: 일부 핵심 부품은 단일 또는 매우 제한된 공급업체에 의존합니다. 대표적인 예가 ASML입니다. 이 네덜란드 회사는 최첨단 칩에 필요한 EUV 리소그래피 장비의 유일한 공급원입니다 patentpc.com. ASML이 장비를 출하하지 못하면(수출 금지나 생산 문제 등으로 인해) 칩 개발이 중단됩니다. 이와 마찬가지로, 주요 화학물질도 자격을 갖춘 공급업체가 몇 곳뿐입니다. 예를 들어, 소수의 일본 기업이 전 세계 포토레지스트 화학물질 대부분을 공급합니다. 첨단 칩 설계 소프트웨어(EDA 툴)도 또 다른 병목지점으로, 미국에 본사를 둔 세 곳의 업체가 시장을 장악하고 있습니다. 이러한 집중화는 전체 공급망이 가장 약한(또는 가장 좁은) 고리만큼만 강하다는 것을 의미합니다.
소재 및 천연자원 리스크: 반도체 제조는 특정 희귀 소재와 정제 화학물질에 의존하며, 이에 대한 공급 충격이 문제를 일으킨 적이 있습니다. 2022년 러시아-우크라이나 전쟁이 이를 보여줍니다. 우크라이나는 전 세계 정제 네온가스의 약 25~30%(레이저 리소그래피에 사용)를 공급했고, 러시아는 일부 칩 공정에 쓰이는 팔라듐의 비슷한 비율을 공급했습니다 usitc.gov. 전쟁으로 이들 공급이 중단되자, 대체 공급원이 늘어나기 전까지 칩 생산이 위협받았습니다 usitc.gov. 또 다른 예는 2023년 중반에 있었습니다. 중국이 미국의 기술 규제에 맞서 갈륨과 저마늄 수출을 금지했습니다. 이 두 희귀 금속은 반도체 레이저, 무선 주파수 칩, 태양전지에 필수적입니다 deloitte.com. 중국이 이들 원소의 대부분을 생산하기 때문에, 이 조치로 제조업체들은 다른 공급처를 찾아야 했습니다. 이러한 사례는 한 가지 취약점을 보여줍니다: 핵심 소재의 단일 공급원이 중단되면, 전체 칩 제조 공정이 병목에 걸릴 수 있습니다.
극도의 복잡성과 리드 타임: 칩 한 배치를 만드는 데는 수개월이 걸릴 수 있으며, 새로운 팹을 처음부터 짓는 데는 수년이 걸릴 수 있습니다. 이처럼 긴 리드 타임 때문에 공급망은 혼란에서 빠르게 회복할 수 없습니다. 예를 들어, 코로나19 팬데믹 기간 동안 급격한 수요 급증과 공장 폐쇄가 결합되어 2021년 심각한 칩 부족 사태가 발생했고, 이를 점진적으로 해결하는 데 1년 이상이 걸렸습니다 usitc.gov. 이 부족 사태는 특히 자동차 제조업체에 큰 타격을 주었으며, 공장 가동이 중단되고 자동차 산업은 2021년에 칩 부족으로 약 2,100억 달러의 매출 손실을 입었습니다 usitc.gov. 칩 공급의 복잡하고 적시(Just-in-Time) 특성(재고를 최소로 보유) 때문에, 일본 팹의 화재, 텍사스 한파로 인한 공장 정지, 대만 가뭄으로 인한 용수 부족과 같은 사소한 문제도 전 세계 생산 지연으로 이어질 수 있습니다. 실제로 2021년 르네사스 자동차용 칩 공장 화재와 같은 해 텍사스 팹의 정전으로 인해 각각 하류 제품의 지연이 발생했습니다.
취약한 “적시(Just-in-Time)” 체인: 수년간 효율성을 위해 기업들은 재고를 적게 유지하고 실시간 공급에 의존해 왔습니다. 하지만 그로 인해 혼란에 대한 완충 장치가 없었습니다. 글로벌화된 체인은 비용 최적화에는 성공했지만, 회복력은 부족했습니다. 이제 팬데믹의 교훈으로 기업과 정부는 “회복력”을 강화하기 위해 칩이나 원자재 비축을 늘리고, “프렌드쇼어링(friendshoring)”을 통해 신뢰할 수 있는 국가로 생산을 이전하거나, 핵심 부품을 이중 소싱하는 방안을 추진하고 있습니다 reuters.com. 하지만 변화는 점진적이고 비용이 많이 듭니다.
지정학적 분열: 아마도 가장 큰 새로운 취약점은 칩 공급망의 정치화입니다. 미·중 기술 경쟁은 수출 통제와 블랙리스트로 이어져 반도체 분야에서 사실상 세계를 둘로 분할했습니다. “칩 산업에서 세계화는 죽었습니다. 자유무역도 완전히 죽은 것은 아니지만, 위험에 처해 있습니다,”라고 TSMC 창립자 모리스 창이 2023년에 말했습니다. 지난 1년 동안 미국과 동맹국들은 보안상의 이유로 중국의 첨단 칩 기술 접근을 점점 더 제한해왔습니다. 이에 중국은 자국 기술에 더욱 집중하고, 일부 수출을 제한하는 등 맞대응에 나섰습니다. 그 결과 공급망은 더욱 양분화되고 있으며, 서방 진영과 중국 진영의 생태계가 덜 상호의존적으로 변할 수 있습니다. 이는 일부 중복성을 더할 수 있지만, 동시에 효율성 저하, 비용 증가, 그리고 두 기술권에서의 노력이 중복될 가능성도 의미합니다 theregister.com. 창은 “세계화는 거의 죽었고 자유무역도 거의 죽었다”theregister.com라고 단호하게 말하며, 통합된 글로벌 칩 체인의 황금기가 끝나가고 있다고 경고했습니다. 이 전환기는 불확실성과 위험을 초래하며, 기업들은 누구에게 판매할 수 있고 어디에 공장을 지을 수 있는지에 대한 복잡한 새로운 규정을 헤쳐나가야 합니다.

요약하자면, 반도체 공급망은 양날의 검입니다. 그 글로벌한 특성 덕분에 놀라운 혁신과 대규모 생산, 저비용이 가능했지만, 동시에 위험한 단일 실패 지점도 만들어냈습니다. 대만의 가뭄이나 남중국해의 정치적 대립은 단순한 지역 문제가 아니라, 전 세계 스마트폰, 자동차, 데이터센터 서버 생산을 중단시킬 수 있습니다 usitc.gov. 이러한 인식이 이제는 회복력 강화를 위한 대규모 노력을 이끌고 있습니다. 정부의 현지 팹 지원금부터 공급업체 다변화까지 다양한 시도가 이루어지고 있습니다. 하지만 중복성 구축에는 시간이 걸리며, 그 사이 세계는 여전히 반도체 공급 충격에 매우 취약한 상태입니다.

칩 제조의 핵심 소재와 기술

칩 제조의 기술은 최첨단 기술과 특수 소재에 의존합니다. 이를 이해하면 칩 제조가 왜 그렇게 어려운지(그리고 왜 소수만이 최고 수준에서 할 수 있는지)를 알 수 있습니다:

실리콘 웨이퍼: 대부분의 칩은 실리콘 위에 만들어집니다. 실리콘은 풍부하게 존재하며 반도체 특성 덕분에 이상적인 소재입니다. 실리콘 잉곳은 거울처럼 매끄러운 웨이퍼(오늘날 첨단 팹의 경우 300mm 직경)로 절단됩니다. 이 웨이퍼가 칩 제조의 출발점입니다. 결함 없는 순수 실리콘 결정 생산 자체가 첨단 기술로, 소수의 기업(대부분 일본)이 이를 마스터하고 있습니다. 기타 반도체 소재도 틈새 응용 분야에 사용됩니다. 예: 갈륨 아세나이드 또는 인듐 포스파이드는 고주파 RF 칩에, 실리콘 카바이드(SiC) 또는 갈륨 나이트라이드(GaN)는 고전력 전자장치(예: 전기차 모터 컨트롤러, 5G 기지국)에 사용되며, 이는 고전압·고주파에서 우수한 전기적 특성 때문입니다. 이러한 화합물 반도체는 5G, 전기차, 항공우주 분야에 필수적이며, 생산 확대를 위한 노력이 진행 중입니다(주로 미국, 유럽, 일본의 소재 과학 선도 기업들이 참여).
포토리소그래피 기술: 현대 칩 제조의 핵심은 포토리소그래피, 즉 빛을 이용해 미세한 패턴을 새기는 기술입니다. 이 기술은 거의 SF 수준까지 발전했습니다. 현재 첨단 팹에서는 극자외선(EUV) 리소그래피를 사용하며, 13.5nm 파장에서 작동하고 매우 복잡한 광학, 플라즈마 광원, 진공 시스템이 필요합니다. 앞서 언급했듯이, ASML이 EUV 스캐너의 유일한 제조사입니다 patentpc.com. 각 EUV 장비는 180톤에 달하며 수천 개의 부품(자이스 미러, 레이저 플라즈마 광원 등)으로 구성되고, 가격은 3억 달러 이상bipartisanpolicy.org입니다. EUV는 약 7nm 이하의 패턴을 더 적은 공정 단계로 구현할 수 있게 해줍니다. 구형 노드(예: 28nm, 14nm)에서는 딥자외선(DUV) 리소그래피를 사용하며, 이 역시 복잡하지만 공급 업체가 좀 더 다양합니다(ASML, 니콘, 캐논 등이 장비를 공급). 리소그래피의 발전은 무어의 법칙의 핵심 동력이었으며, 트랜지스터 집적도의 두 배 증가를 가능하게 했습니다. 차세대 리소그래피도 이미 개발 중입니다: High-NA EUV(더 미세한 패턴을 위한 고수치 개구 렌즈)로, 2025~2026년 2nm 이하 칩을 목표로 하고 있습니다. 칩 제조의 세계는 이 광학 기술의 진보에 크게 의존하고 있습니다.
화학 공정 및 가스: 최신 반도체 공장은 놀라울 정도로 다양한 화학 물질을 사용합니다 – 플루오린, 아르곤, 질소, 실란과 같은 기체뿐만 아니라 액체 용제, 산, 포토레지스트도 포함됩니다. 100가지가 넘는 다양한 가스(많은 경우 독성이 있거나 매우 특수함)가 다양한 증착 및 식각 단계에서 사용될 수 있습니다 steveblank.com. 포토레지스트 화학물질은 회로 패턴을 웨이퍼에 전사하기 위해 도포되는 감광성 고분자로, 이 분야는 일본 기업들이 주도하고 있습니다 steveblank.com. 화학적 기계적 평탄화(CMP) 슬러리는 나노 연마제가 포함되어 웨이퍼 층을 평평하게 연마하는 데 사용됩니다 steveblank.com. 심지어 초순수 탈이온수도 중요한 “재료”입니다 – 반도체 공장은 웨이퍼를 세척하기 위해 막대한 양을 소비합니다(환경 섹션에서 논의됨). 각 재료는 극도의 순도 기준을 충족해야 하며, 단 하나의 불순물 원자나 입자도 수십억 개의 트랜지스터를 망칠 수 있습니다. 따라서 이러한 재료의 공급 자체가 첨단 기술 산업이며, 적격 공급업체가 소수에 불과해(앞서 언급한 바와 같이) 공급망 교란에 취약합니다.
트랜지스터 기술(노드 세대): 칩은 종종 “노드” 또는 트랜지스터 크기(예: 90nm, 28nm, 7nm, 3nm 등)로 분류됩니다. 작을수록 일반적으로 더 좋습니다(면적당 트랜지스터 수 증가, 속도 향상, 전력 소모 감소). 이렇게 작은 트랜지스터는 어떻게 만들어질까요? 이는 둘 다 리소그래피로 미세 구조를 정의하고 정교한 트랜지스터 구조 설계가 필요합니다. 업계는 누설 전류 제어를 위해 22nm 노드에서 기존 평면(플래너) 트랜지스터에서 FinFET(3D 핀 트랜지스터)로 전환했습니다. 현재 약 3nm에서는 GAA(Gate-All-Around, 게이트 올 어라운드) 또는 나노시트 트랜지스터라는 새로운 설계가 도입되고 있습니다(삼성의 3nm는 GAA를 사용하며, TSMC/인텔은 2nm에서 GAA를 도입할 예정) – 이는 트랜지스터의 게이트가 채널을 완전히 감싸 더욱 정밀한 제어가 가능합니다. 이러한 소자 구조의 발전과 새로운 재료(예: 하이-κ 유전체, 금속 게이트) 덕분에 단순한 스케일링이 어려워지는 상황에서도 무어의 법칙이 연장되고 있습니다 bipartisanpolicy.org. 트랜지스터 수준에서 신소재에 대한 R&D 파이프라인도 활발합니다 – 예를 들어, 채널의 이동도를 높이기 위해 저마늄 또는 2D 소재(그래핀 등)를 사용하거나, 특정 층에 III-V족 반도체를 적용하는 연구가 있습니다. 아직 로직용 대량 생산에는 적용되지 않았지만, 실리콘 트랜지스터가 물리적 한계에 다다르면 향후 몇 년 내에 이러한 소재가 등장할 수 있습니다.
패키징 및 칩 통합 기술: 트랜지스터 소형화가 점점 더 적은 효과를 내면서, 혁신의 중심이 칩 패키징 및 통합으로 이동하고 있습니다. 첨단 패키징은 여러 개의 칩(칩렛)을 하나의 패키지에 결합하고, 고밀도 인터커넥트로 연결할 수 있게 해줍니다. TSMC의 CoWoS 및 SoIC, 인텔의 Foveros, AMD의 칩렛 아키텍처와 같은 기술은 설계자가 다양한 “타일”(CPU 코어, GPU, IO, 메모리 등)을 하나의 모듈에 조합할 수 있게 해줍니다. 이는 성능과 수율을 향상시키는데(작은 칩이 결함 없이 제조하기 더 쉽고, 이후 타일처럼 조립) 도움이 됩니다. 예를 들어, AMD의 최신 CPU와 인텔의 차세대 Meteor Lake도 칩렛을 사용합니다. 3D 적층은 또 다른 기술로, 칩을 서로 위에 쌓는 방식입니다. 예를 들어, 메모리를 로직 위에 쌓는 것(HBM 고대역폭 메모리 스택 등)으로 대역폭 병목을 극복합니다. 업계는 칩렛 인터페이스(UCIe) 표준화도 진행 중이라, 언젠가 서로 다른 벤더의 칩도 하나의 패키지에서 상호운용될 수 있을 것입니다 bakerbotts.com. 요약하자면, “칩렛은 레고 블록과 같다 – 더 작고 특화된 칩을 조합해 더 강력한 시스템을 만들 수 있다”고 MIT 테크 리뷰가 언급했듯, 이는 주요 혁신 트렌드를 보여줍니다. 이러한 패키징 혁신은 트랜지스터 스케일링이 느려져도 시스템 성능을 계속 높일 수 있는 핵심 기술 전략입니다.
설계 소프트웨어 & IP: 비록 소재는 아니지만, EDA(전자설계자동화) 툴과 IP 코어는 칩 설계에 있어 그 자체로 매우 중요한 기술입니다. 현대 칩은 너무 복잡해서 AI 지원 EDA가 등장하고 있으며, 이제 툴은 머신러닝을 활용해 칩 레이아웃을 최적화하고 설계를 더 빠르게 검증합니다 steveblank.com. IP 측면에서는 ARM의 CPU 코어, Imagination의 GPU 코어와 같은 핵심 설계가 많은 칩 회사들이 직접 개발하지 않고 라이선스 받아 사용하는 기본 빌딩 블록 역할을 합니다.
신흥 컴퓨팅 패러다임: 기존 디지털 칩을 넘어, 새로운 기술들도 연구되고 있습니다. 양자 컴퓨팅 칩(초전도 회로나 이온 트랩으로 만든 큐비트 사용)은 특정 작업에서 기하급수적 속도 향상을 약속하지만, 아직은 연구 단계입니다. 포토닉 집적회로는 전기 대신 빛을 사용해 통신 및 잠재적으로 연산을 매우 빠른 속도와 낮은 발열로 수행합니다 – 일부 통신 인프라에서는 이미 사용 중입니다. 뉴로모픽 칩은 AI 응용을 위해 뇌의 신경망을 하드웨어로 모방하는 것을 목표로 합니다. 이들은 아직 주류는 아니지만, 지속적인 연구개발로 향후 반도체 분야의 일부가 될 수 있습니다.

요약하자면, 반도체를 만들기 위해서는 경이로울 정도로 다양한 기술 – 재료 과학(완벽한 결정 성장, 식각 화학)부터 광학 물리학(리소그래피의 나노 포토닉스), 컴퓨터 과학(설계 알고리즘)까지 – 을 마스터해야 합니다. 이 복잡성 때문에 소수의 생태계(대만, 한국, 미국, 일본, 유럽)만이 이 기술을 완전히 장악하고 있으며, 후발주자들은 따라잡기 위해 큰 장벽에 직면합니다. 또한 칩을 만드는 것이 매우 어렵지만, 그 성취가 기적적인 이유이기도 합니다.

혁신과 연구개발(R&D) 방향

반도체 산업은 끊임없는 혁신에 의해 움직입니다. 이는 칩의 트랜지스터 수가 약 2년마다 두 배로 증가한다는 무어의 법칙으로 잘 알려져 있습니다. 물리적 한계가 다가오면서 무어의 법칙은 둔화되고 있지만, 칩 분야의 연구개발(R&D)은 그 어느 때보다 활발하게 진행되고 있으며, 성능 향상을 위한 새로운 방법들이 모색되고 있습니다. 2024-2025년 기준으로 주목할 만한 주요 혁신과 미래 방향은 다음과 같습니다:

노드 한계 돌파: 주요 기업들은 차세대 칩 기술의 상용화를 위해 경쟁하고 있습니다. TSMC와 삼성은 2022-2023년에 3나노미터 생산을 시작했으며, 현재 TSMC는 2025-2026년까지 2나노 공장을 계획 중입니다. IBM(일본의 Rapidus와 함께)도 실험실에서 2나노 칩 프로토타입을 시연했습니다. 인텔은 2024-2025년까지 리본형 GAA 트랜지스터(“RibbonFET”)를 통합한 20A 및 18A(약 2나노미터 상당) 노드로 공정 리더십을 되찾으려 하고 있습니다. 각 노드 축소에는 막대한 R&D가 필요하며, 새로운 리소그래피 기술, 새로운 소재(코발트나 루테늄 같은 인터커넥트용, 새로운 절연체 등), 더 많은 EUV 레이어가 요구됩니다. 10년대 후반에는 1나노미터 미만(소위 옹스트롬 스케일) 공정에 대한 논의도 있지만, 그때쯤이면 “나노미터”라는 용어는 대부분 마케팅 용어에 불과하며 실제 피처 크기는 원자 몇 개 두께에 불과할 수 있습니다.
칩렛 및 모듈형 아키텍처: 앞서 언급했듯이, 칩렛 기반 설계는 주목해야 할 주요 혁신입니다. 이미 사용되고 있으며(AMD의 Zen 프로세서, 인텔의 차세대 Meteor Lake, 두 개의 M1 Max 칩을 인터포저로 연결한 Apple의 M1 Ultra 등), 표준 인터페이스와 함께 진화하고 있습니다. 이 모듈형 접근 방식은 IP 블록 재사용, 공정 노드 혼합(예: 아날로그는 구형 노드 칩렛에, CPU는 신형 노드 칩렛에 배치), 수율 향상 등을 가능하게 합니다. UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express) 컨소시엄은 2022년에 결성되어, 잠재적으로 기업이 미리 제작된 칩렛 부품을 구매해 통합할 수 있도록 오픈 표준을 개발 중입니다. 2024년에는 칩렛을 통해 AI 가속기나 HBM 메모리 스택 등 특화된 조합을 쉽게 통합해 성능을 확장하는 사례가 등장하고 있습니다 bakerbotts.com. 앞으로 이 방식은 칩 설계 방식과 생산 주체를 크게 바꿀 수 있으며, 특정 칩렛 분야에 집중하는 신규 업체의 진입 장벽도 낮출 수 있습니다.
인공지능(AI) 및 특수 칩: 생성형 AI와 같은 대규모 신경망 훈련 등 AI 컴퓨팅에 대한 폭발적인 수요가 칩 혁신을 이끌고 있습니다. 기존 CPU는 AI 작업에 비효율적이기 때문에 GPU(그래픽 프로세서)와 AI 가속기 (TPU, NPU 등)의 수요가 매우 높습니다. 2024년에는 반도체 분야에서 “AI 골드러시”가 일어났습니다. 예를 들어, Nvidia의 데이터센터용 GPU는 생산되는 대로 모두 팔리고 있으며, 많은 스타트업들이 AI 전용 칩을 설계하고 있습니다. 생성형 AI 칩 (CPU, GPU, 특수 AI 가속기, 메모리, 네트워킹 등 포함)은 2024년 매출이 1,250억 달러를 넘어섰을 것으로 보이며, 이는 초기 예상의 두 배 이상이자 전체 칩 매출의 20% 이상을 차지합니다 deloitte.com. 이로 인해 AI에 최적화된 아키텍처에 대한 연구개발이 촉진되고 있습니다. 예를 들어, 텐서 프로세서, 뉴로모픽 칩, 인메모리 컴퓨팅 (메모리 어레이 내에서 데이터 처리), 심지어 AI용 아날로그 컴퓨팅까지 연구되고 있습니다. NVIDIA, Google(TPU), Amazon(Inferentia) 같은 대기업과 Graphcore, Cerebras 등 스타트업들이 혁신적인 설계를 선보이고 있습니다. AMD의 CEO Lisa Su는 AI 관련 칩 시장이 2028년까지 5,000억 달러에 달할 수 있다고 추정했습니다 deloitte.com. 이 수치는 2023년 전체 반도체 시장 규모보다 큰 것으로, AI의 변혁적 잠재력을 보여줍니다. 이러한 전망은 AI 칩 연구개발에 막대한 투자를 이끌고 있습니다.
3D 집적 & 이종 집적: 칩렛을 나란히 배치하는 것을 넘어, 3D 적층 (칩을 위아래로 쌓는 것)도 또 다른 혁신 영역입니다. 메모리 적층(예: GPU의 HBM)은 이미 보편화되어 있습니다. 다음 단계는 논리 칩을 적층하여 연결을 단축하는 것으로, 예를 들어 캐시 메모리를 CPU 코어 레이어 바로 위에 배치해 더 빠른 접근을 가능하게 합니다. 연구 프로젝트에서는 수천 개의 수직 연결을 가진 3D IC (실리콘 관통 비아 또는 나노미터급 피치의 다이 간 본딩 연결 등)를 탐구하고 있습니다. 이종 집적은 서로 다른 기술(CMOS 논리, DRAM 메모리, 포토닉스 등)을 하나의 패키지 또는 적층 구조로 통합하는 것을 의미합니다. 미국 CHIPS법은 순수한 스케일링이 한계에 다다랐을 때 미래 성과의 핵심으로 여겨지는 첨단 패키징 및 집적 시설에 자금을 지원하고 있습니다. 2024년, 인텔은 “PowerVia” 백사이드 전원 공급 기술을 적용해 I/O 칩 위에 연산 칩을 적층하는 차세대 설계를 시연했습니다. 이는 최첨단 패키징 연구개발입니다.
신소재 및 트랜지스터 패러다임: 연구자들은 포스트-실리콘, 포스트-CMOS 기술에도 매진하고 있습니다. 그래핀과 탄소 나노튜브는 (초고속 전자 이동성 등) 매혹적인 특성을 지니고 있어 훨씬 더 작은 트랜지스터 구현이 가능할 수 있지만, 대량 생산에 통합하는 것은 여전히 도전적입니다. 그럼에도 실험실 칩에서 탄소 나노튜브 FET가 시연된 바 있으며(MIT는 몇 년 전 탄소 나노튜브 트랜지스터만으로 16비트 마이크로프로세서를 만든 것으로 유명합니다), 2D 반도체(예: 이황화몰리브덴(MoS₂))는 초박형 채널용으로 연구되고 있습니다. 한편, 스핀트로닉스(전자 스핀을 이용한 메모리, 예: MRAM), 강유전체 FET, 그리고 양자 소자 등도 현재 기술을 보완하거나 특정 응용 분야에서 대체할 수 있는 활발한 연구 영역입니다. 이들 중 어느 것도 2025년에 대량 생산에 들어가지는 않겠지만, 지금의 투자가 10년 후반에 돌파구를 가져올 수 있습니다. 주목할 만한 예로, IBM과 삼성은 2021년 VTFET(수직 수송 FET)에 대한 연구를 발표했는데, 이는 트랜지스터를 칩을 관통해 수직으로 배치함으로써 이론적으로 집적도를 크게 높일 수 있는 새로운 수직 트랜지스터 구조입니다.
양자 컴퓨팅 및 실리콘 포토닉스: 이들은 주류 CMOS 로드맵의 직접적인 일부는 아니지만, 양자 컴퓨팅과 포토닉 집적은 반도체와 겹치는 미래 방향입니다. 양자 컴퓨팅 R&D에는 수십억 달러의 투자가 이루어졌으며, IBM, Google, Intel 등은 (초전도 회로 등 매우 다른 기술로, 극저온에서 동작) 양자 프로세서 칩을 제작하고 있습니다. 만약 양자 컴퓨터가 확장된다면, 10~20년 내에 특정 작업(암호 해독, 복잡한 시뮬레이션 등)에서 기존 반도체를 보완할 수 있습니다. 반면 실리콘 포토닉스는 이미 기존 칩과 융합되고 있습니다: 칩 내에 소형 레이저와 웨이브가이드를 이용해 서버 칩 간 초고속 데이터 링크용 광학 인터페이스를 집적하는 것입니다. 인텔, 시스코 등 대기업은 포토닉 칩 프로그램을 운영 중이고, 스타트업들은 광 신경망을 개발하고 있습니다. 2024년에는 2세대 광 트랜시버 칩(데이터센터용)에서 지속적인 진전이 있었고, AI용 포토닉 컴퓨팅 연구도 진행되었습니다.
첨단 메모리 기술: 혁신은 논리 칩에만 국한되지 않습니다. 메모리도 진화 중입니다: 3D NAND 플래시는 200층 이상(마이크론, SK하이닉스는 230층 이상 칩 발표)으로 가고 있으며, 2030년까지 500층 이상도 가능할 전망입니다. 이는 메모리 셀을 마치 초고층 빌딩처럼 적층하는 방식입니다. MRAM, ReRAM, 상변화 메모리 등 새로운 메모리도 개발 중으로, DRAM과 플래시를 대체하거나 보완하며 비휘발성과 더 나은 속도, 내구성을 제공합니다. 2023년에는 인텔과 마이크론 모두 차세대 메모리의 진전을 선보였습니다. 컴퓨테이셔널 스토리지(메모리가 일부 연산을 수행하는 방식)도 또 다른 접근입니다.

전반적으로, R&D 파이프라인은 풍부합니다 – 즉각적인 차세대 제조 혁신(2nm, GAA 트랜지스터)부터 혁명적인 새로운 컴퓨팅 패러다임까지 다양합니다. 업계는 또한 전례 없는 정부의 R&D 지원을 받고 있습니다. 예를 들어, 미국의 CHIPS 법안은 새로운 국가 반도체 연구 센터를 위해 수십억 달러를 할당하고 있으며, 유럽의 Chips Act 역시 R&D 자금을 semiconductors.org와 같이 지원하고 있습니다. 이러한 노력들은 미래 기술에서의 리더십 확보를 목표로 합니다. 한 가지 뚜렷한 추세는 대규모 협력입니다. 기업, 정부, 학계가 (막대한 비용을 감안하여) 경쟁 전 연구에 협력하고 있습니다.

2025년에 접어든 지금, 무어의 법칙은 전통적인 의미에서는 둔화되고 있을지 모르지만, 혁신가들은 “More Moore”와 “More than Moore”(스케일링을 넘어선 새로운 역량)이 계속될 것이라고 확신합니다. 최근 이코노미스트 기사에 따르면, 트랜지스터가 2년마다 계속 절반으로 줄지 않더라도, 칩렛 아키텍처, AI 기반 설계, 특화 등으로 진보의 속도는 계속될 수 있다고 합니다 economist.com. 다시 말해, 무어의 법칙의 종말이 곧 급속한 발전의 종말을 의미하지는 않습니다 – 단지 다른 방향에서 발전이 이루어질 뿐입니다. 앞으로 몇 년은 High-NA EUV, 3D 칩 적층, 또는 아직 예측하지 못한 새로운 기술이 업계를 새로운 차원으로 이끌지 지켜보는 흥미로운 시기가 될 것입니다.

지정학적 긴장과 정책적 시사점

반도체는 단순한 비즈니스가 아니라, 글로벌 권력 게임에서의 지정학적 칩입니다. 첨단 칩이 경제력과 국가 안보(군사 기술, 핵심 인프라, 안전한 통신 등)에 필수적이기 때문에, 각국은 점점 더 반도체 역량을 보호하고 통제하려 하고 있습니다. 2024~2025년 동안 이러한 긴장은 더욱 고조되어 정책과 국제 관계를 재편하고 있습니다. 주요 스토리라인은 다음과 같습니다:

미국–중국 기술 “반도체 전쟁”: 미국과 중국은 반도체를 두고 치열한 경쟁을 벌이고 있습니다. 미국은 중국의 반도체 기술 발전을 잠재적인 안보 위협(첨단 칩이 군사용 AI 등에 활용될 수 있음)으로 보고, 중국이 최첨단 반도체 기술에 접근하지 못하도록 강력한 조치를 취해왔습니다. 2022년 10월, 미국은 중국 기업이 첨단 칩(특정 성능 기준 이상)과 이를 제조하는 장비를 확보하지 못하도록 하는 대대적인 수출 통제를 발표했습니다. 2023년과 2024년 말에는 이러한 규제가 더욱 강화되어, 예를 들어 일부 덜 첨단인 Nvidia AI 칩조차 중국에 수출을 금지하고, 제재 대상 중국 기업(예: SMIC, 화웨이) 목록을 확대했습니다 deloitte.com. 미국은 또한 동맹국인 네덜란드와 일본에 첨단 리소그래피 및 기타 반도체 장비의 대중국 수출을 제한하도록 압박했고, 이들 국가는 2023년 초 이에 동의했습니다(이에 따라 중국은 EUV 장비를 완전히 차단당했으며, 일부 첨단 DUV 장비도 제한됨). 이러한 조치의 목표는 중국의 최첨단 반도체, 특히 군사용 AI와 슈퍼컴퓨팅에 필요한 반도체 분야의 발전을 늦추는 것입니다 theregister.com m. 미국 당국자들은 “좁은 마당, 높은 울타리”를 유지하겠다고 공개적으로 밝혔습니다. 즉, 가장 첨단 기술의 범위는 좁게 하되, 그 주위에는 사실상 뚫을 수 없는 장벽을 두겠다는 의미입니다.
중국의 대응 – 자립과 인재 영입: 중국은 가만히 있지 않았다. 중국은 국내 반도체 역량을 개발하고 외국 기술 의존도를 줄이기 위해 1,500억 달러 이상의 ‘중국제조 2025’ 프로그램을 시작했다. SMIC와 같은 중국 파운드리는 꾸준히(비록 소폭이지만) 진전을 이루고 있다 – 제재에도 불구하고 SMIC는 2022-23년에 7nm 칩을 생산하는 데 성공했다 (구형 DUV 리소그래피를 창의적으로 활용) patentpc.com. 2023년에 출시된 화웨이 스마트폰의 분해 결과, 7nm 중국산 SoC가 탑재된 것이 드러났다. 중국은 또한 수입이 불가능한 장비(예: 자체 리소그래피 장비 개발) 분야에서 연구개발을 강화하고, 허점을 적극적으로 활용하고 있다(아직 수년 뒤처져 있지만). 또 다른 전략은 인재 빼가기이다. 미국의 규제로 미국인이 중국 반도체 기업을 돕는 것이 금지되자, 중국은 대만, 한국 등지에서 엔지니어를 적극적으로 영입하며 파격적인 혜택을 제공하고 있다. “중국은 고액 연봉, 무료 주택 등으로 해외 인재를 적극적으로 영입하고 있다”고 로이터는 보도했다 deloitte.com. 이 ‘인재 전쟁’은 노하우를 수입하려는 시도다. 추가로, 중국은 2023년 중반에 특정 소재(갈륨, 게르마늄)에 대해 자체 수출 통제를 시행했다 deloitte.com. 이는 반도체에 필수적인 일부 원자재에서의 우위를 활용해 보복할 수 있음을 시사한다.
CHIPS 법안과 산업 정책: 주목할 만한 변화는 얼마나 많은 정부들이 수십 년간의 자유방임적 접근에서 벗어나 반도체 제조를 자국 내 또는 우방국으로 이전하는 정책을 시행하고 있다는 점이다. 미국의 CHIPS 및 과학법(2022)은 국내 반도체 제조를 촉진하기 위해 527억 달러의 직접 자금을 배정했으며, 팹(공장) 투자에 대해 25%의 투자 세액공제도 제공한다bipartisanpolicy.org. 2023-24년에는 미국 상무부가 이 자금을 프로젝트에 배정하기 시작했으며, 예를 들어 2023년에는 미국 내 팹을 건설하는 기업에 대한 첫 보조금 및 대출 보증을 발표했다.bipartisanpolicy.org. 목표는 미국의 글로벌 생산 점유율(현재 약 12%)을 높이고, (국방 등) 가장 첨단 반도체를 미국 내에서 생산할 수 있도록 하는 것이다. 이와 유사하게, EU는 유럽 칩법(2023)을 출범시켜 430억 유로를 동원해 2030년까지 유럽의 생산 점유율을 20%로 두 배로 늘리는 것을 목표로 하고 있다consilium.europa.eu. 여기에는 신규 팹에 대한 보조금(인텔은 독일 팹에 큰 보조금을 받았고, TSMC도 독일 유치가 추진 중), 스타트업 지원, 연구 자금 등이 포함된다. 일본도 수십억 달러의 보조금을 제공했으며, TSMC가 소니, 덴소와 함께 구마모토에 팹을 짓도록 유치하면서 비용의 거의 절반(4,760억 엔 ≈ 32억 달러 보조금)을 지원했다reuters.com. 일본은 또한 Rapidus라는 컨소시엄(소니, 도요타 등 참여, 정부 지원)을 만들어 IBM과 협력해 국내에서 2나노미터 공정 기술을 개발하고 있다. 한국도 메가 “반도체 클러스터”와 삼성 등 자국 기업의 신규 팹 건설을 지원하기 위한 자체 인센티브를 발표했다. 인도는 팹 유치를 위해 100억 달러 인센티브 프로그램을 도입했으나, 2024년 기준으로는 아날로그/성숙 공정 팹과 패키징에 일부 관심이 있을 뿐 진전은 더딘 편이다. 심지어 사우디아라비아와 UAE도 경제 다각화를 위해 반도체에 대규모 투자를 하겠다는 의사를 밝혔다patentpc.com. 이러한 전 세계적인 산업 정책의 물결은 반도체 산업에서 전례 없는 일로, 과거에는 (TSMC에 대한 대만의 장기 지원 등) 일부 정부 지원이 있었지만 이처럼 광범위한 공조는 없었다. 장기적으로는 과잉 생산 능력과 비효율적 자원 배분의 위험이 있지만, 주요 동인은 국가 안보와 공급망 회복력이다.
동맹과 “프렌드쇼어링”: 지정학적 체스판 위에서, 반도체를 중심으로 새로운 동맹이 형성되고 있습니다. 미국은 소위 “칩 4”(미국, 대만, 한국, 일본)로 불리는, 기술 선도 국가들 간의 “칩 동맹”을 구축해 공급망 안보를 조율하고 핵심 기술이 적대국의 손에 들어가지 않도록 노력하고 있습니다. 네덜란드(ASML의 본거지)도 핵심 파트너입니다. 이들 국가는 첨단 반도체 IP, 장비, 생산의 대부분을 통제하고 있습니다. 2023년과 2024년 미국-일본, 미국-네덜란드 간의 공동 성명은 반도체 통제에 대한 협력을 확인했습니다. 반면, 중국과 그 영향권 내 국가들(아마 러시아, 그리고 일부 다른 국가들)은 자체 기술 협력을 심화할 수 있습니다. 예를 들어, 중국은 러시아와의 기술 협력을 늘리고, 반도체 장비를 판매할 의향이 있는 모든 국가로부터 장비를 구하려 하고 있습니다. 대만 문제는 매우 중요한 이슈입니다. 미국은 더 이상 칩을 대만에만 의존할 수 없다고 명시적으로 밝히고 있으며(그래서 TSMC의 애리조나 공장 건설을 장려), 대만은 세계가 자국 칩에 의존하는 “실리콘 실드”를 유지하길 원합니다. 하지만 긴장은 고조되고 있습니다. 워게임 시나리오와 일부 관계자들의 발언에서는, 만약 침공이 발생할 경우 중국의 손에 넘어가지 않도록 대만의 반도체 공장을 파괴하는 극단적 방안theregister.com까지 거론되고 있습니다. 이는 반도체가 이제 국가 안보 계획과 얽혀 있음을 보여줍니다.
비용 증가와 트레이드오프: 공급망의 정치화가 초래하는 한 가지 결과는 비용 상승과 비효율성입니다. 모리스 창은 정치적 이유로 생산 재편이 이뤄지면 가격이 오를 것이라고 경고한 바 있습니다. 분산된 글로벌 저스트인타임 모델은 매우 비용 효율적이었습니다theregister.com. 이제 여러 국가에 공장을 중복 건설하고, 때로는 완전 가동이 아닌 상태이거나(비용 측면에서) 최적이 아닌 위치를 사용하는 것은 소비자들이 칩과 칩 의존 제품에 더 많은 비용을 지불하게 될 수 있음을 의미합니다. 이미 TSMC는 애리조나 신공장에서 생산되는 칩이 대만에서 생산되는 칩보다 상당히 비쌀 것이라고 밝혔으며(일부 추정치로는 약 50% 더 높은 비용)reuters.com, 기업들은 이 비용을 소비자에게 전가할 수 있습니다. 또한 새로운 지역에서 인재와 공급망을 확장하는 데 어려움이 있습니다(애리조나 TSMC 공장 지연 사례 참고, 인력 섹션 참조). 그럼에도 불구하고, 각국 정부는 안보라는 이익을 위해 이러한 비용을 감수할 의향이 있어 보입니다.
수출 통제 및 준수: 또 다른 변화는 복잡한 수출 통제 체계가 구축되고 있다는 점입니다. 미국 상무부 산업안보국(BIS)은 규정을 적극적으로 업데이트하고 있습니다. 예를 들어, 2024년 말 미국은 제재 대상 국가에 첨단 AI 모델 접근을 제한하고, 군사적 용도로 전용될 수 있는 일부 저사양 칩의 수출도 제한하는 규정을 발표했습니다 deloitte.com. 모니터링과 집행은 도전 과제입니다. 제한된 칩을 중국이나 기타 금지된 목적지로 들여오려는 칩 재판매상과 대리인들의 암시장이 활발하게 존재하기 때문입니다. 이에 대응해 미국은 집행 조치를 강화하고 있습니다. 한편, 중국도 자체 수출 통제 목록을 마련 중이며(이미 제한된 금속 외에 희토류 자석 등 더 많은 품목을 포함할 가능성 있음), 이런 ‘밀고 당기기’는 계속될 것으로 보입니다. 기업들은 종종 그 사이에 끼이기도 합니다(예: NVIDIA는 규정에 따라 중국에 합법적으로 판매할 수 있도록 저속 버전의 AI 칩을 따로 만들어야 했고, 미국은 이에 추가 제한을 검토함).
기술 주권 vs. 협력: 많은 국가들이 “기술 주권”을 언급하고 있습니다. EU는 외국 기술에 완전히 의존하지 않도록 투자하는 근거로 이 용어를 사용합니다. 반면, 반도체 혁신은 글로벌 협력에 기반합니다(어느 한 국가가 모든 것을 저렴하게 할 수는 없음). 따라서 정책 입안자들은 현지 역량을 구축하면서도 글로벌 공급망 및 고객 네트워크에서 고립되지 않는 균형을 잡아야 합니다. 미국 CHIPS법에는 실제로 지원받은 기업이 10년간 중국에 첨단 신규 생산능력을 구축할 수 없도록 하는 조항이 포함되어 있어 디커플링을 시도하고 있습니다 bipartisanpolicy.org. 중국 역시 “자립”을 강조하며, 비효율적일지라도 자체적으로 모든 것을 개발하려 하고 있습니다. 만약 분열이 심화된다면, 중국이 자체 EDA 툴, 자체 장비(비록 한 세대 뒤처질지라도)를 개발하는 등 평행 생태계가 등장할 수 있습니다. 장기적으로는 이런 중복이 혁신의 전체 효율성을 저하시킬 수 있다는 우려도 있습니다(예: 과거에는 TSMC 같은 기업이 전 세계에 판매하며 R&D 비용을 분산시킬 수 있었으나, 세계가 분리되면 시장별 판매량이 줄어듦).

2024년, 반도체 분야에서 지정학적 긴장은 사상 최고조에 달해 있습니다. 업계의 선구자인 모리스 창은 미국의 중국 견제 노력을 지지하며, “미국이 중국의 발전을 늦추기 위해 반도체 산업 정책을 시작했다. … 나는 그것을 지지한다”라고 언급했습니다. 그는 반도체 자유무역 시대가 끝나가고 있음을 인정하면서도 이러한 입장을 밝혔습니다. ASML과 같은 기업들은 일부 규제가 “순수하게 안보보다는 경제적 동기가 더 크다”고 우려를 표명했으며 reuters.com, ASML CEO는 안정적인 균형을 희망한다고 언급했습니다 reuters.com. 한편, 한국과 같은 국가는 때때로 중간에 끼인 입장을 느끼고 있습니다. 중국을 시장으로 의존하면서도 미국과 동맹을 맺고 있기 때문입니다. 예를 들어, 한국은 삼성과 SK하이닉스가 미국 규제에도 불구하고 중국 내 공장 운영을 계속할 수 있도록 일부 유연성(면제)을 부여받았으나, 2024년 말에는 한국조차도 “예상치 못한 변수”에 직면하며 자국 기술 정책을 고민하게 되었습니다 deloitte.com.

반도체 “칩 전쟁”은 앞으로도 세계 정치를 계속 좌우할 가능성이 높습니다. 한편으로는 기술과 생산능력에 대한 막대한 투자를 이끌고 있습니다(이는 혁신과 일자리 창출에 긍정적일 수 있습니다). 반면, 더 분열되고 불안정한 기술 환경을 초래할 위험도 있습니다. 공급 충격과 무역 분쟁이 더 흔해질 수 있다는 의미입니다. 일반 대중에게 즉각적인 시사점은, 칩의 안정적 공급이 에너지 안보처럼 각국 정부의 최우선 과제가 되었다는 점입니다. 앞으로 미국 중부나 유럽 주요 도시에서 신규 반도체 공장 착공 소식, 주요 강대국 간 수출 금지 맞대응, 외교 협상에서 반도체가 핵심 의제로 등장하는 모습을 자주 보게 될 것입니다. 반도체 패권을 둘러싼 글로벌 경쟁이 본격적으로 전개되고 있으며, 이는 21세기 반도체 산업의 진화와 더 넓은 경제 권력의 균형에 깊은 영향을 미칠 것입니다.

반도체 산업의 경제적 영향

반도체 산업은 단순히 다른 산업을 가능하게 하는 것에 그치지 않고, 그 자체로 거대한 경제적 힘입니다. 2024년, 전 세계 반도체 시장은 팬데믹으로 인한 공급 부족이 완화되고 새로운 수요가 급증하면서 크게 성장했습니다. 2024년 전 세계 칩 매출은 약 6,305억 달러에 달했으며 semiconductors.org, 이는 전년 대비 약 18~20%의 강한 증가세를 보인 것이고, 2025년에는 새로운 기록(약 6,970억 달러)에 도달할 것으로 전망됩니다 deloitte.com. 현재의 추세가 이어진다면, 이 산업은 2030년에는 연간 1조 달러에 근접할 수 있습니다 deloitte.com. 이를 비교하자면, 이는 네덜란드나 인도네시아의 국내총생산(GDP)에 맞먹는 규모가 매년 칩을 통해 창출되는 셈입니다.

하지만 반도체의 진정한 경제적 영향은 칩 자체의 매출보다 훨씬 더 큽니다. “반도체 생태계의 기업들은 칩을 만들고 … 이를 시스템과 장치에 설계하는 기업에 판매합니다 … 칩이 들어간 제품의 매출은 수십조 달러에 달합니다,”라고 업계 전문가 Steve Blank는 설명합니다 steveblank.com. 실제로 거의 모든 현대 전자제품(스마트폰, PC, 자동차, 통신장비, 산업기계)에는 칩이 들어가 있으며, 이 최종 시장의 가치는 수조 달러에 이르고 전체 경제의 생산성을 견인합니다. 예를 들어, 반도체는 핵심 산업(오늘날 자동차에는 수십 개의 마이크로컨트롤러가 탑재됨), 컴퓨팅 및 클라우드 서비스, 통신(5G 네트워크), 소비자 전자제품, 인공지능 및 신재생 에너지와 같은 신흥 분야에 필수적입니다. 칩의 공급과 가격은 이러한 산업의 건강과 혁신 속도에 직접적인 영향을 미칩니다.

경제적 영향에 대한 구체적인 포인트:

기술 혁신 촉진: 반도체는 종종 새로운 기술 물결의 병목이자 촉매 역할을 합니다. 2010년대 스마트폰과 모바일 인터넷의 부상은 점점 더 강력하고 에너지 효율적인 휴대폰 칩 덕분에 가능했습니다. 현재의 AI 붐 (ChatGPT와 같은 모델 및 자율 시스템)은 최첨단 GPU와 AI 가속기 덕분에 가능하며, 만약 칩 발전이 정체되었다면 AI 알고리즘은 실용적인 규모로 실행될 수 없었을 것입니다. IoT(사물인터넷), 전기 및 자율주행차, 인더스트리 4.0 자동화, 6G 통신의 미래 확장 모두 칩의 지속적인 발전을 전제로 합니다. 경제적으로 볼 때, 칩은 엄청난 승수 효과를 가지고 있습니다. 반도체에서의 돌파구는 완전히 새로운 산업을 촉발할 수 있습니다. 이를 인식한 각국 정부는 반도체를 “전략적” 산업이라고 부르며, 예를 들어 백악관은 반도체가 “미국의 경제 성장과 국가 안보에 필수적”이라고 밝혔고, 이것이 CHIPS법이 정당화된 이유입니다 bipartisanpolicy.org.
일자리 창출 및 고숙련 고용: 반도체 산업은 전 세계적으로 많은 일자리를 지원하며, 그 중 상당수는 고임금의 숙련된 직종(엔지니어, 기술자, 연구원)입니다. 실리콘밸리(미국)나 신주(대만)와 같은 칩 설계 허브에서는 칩 기업들이 주요 고용주입니다. 새로운 팹 한 곳이 수천 개의 직접 일자리와 수만 개의 간접 일자리(건설, 공급업체, 서비스)를 창출할 수 있습니다. 예를 들어, 인텔이 오하이오에, TSMC가 애리조나에 계획 중인 팹은 각각 약 3,000개의 직접 일자리와 그보다 훨씬 많은 간접 일자리를 창출할 것으로 예상됩니다. 더욱이, 이러한 일자리는 많은 선진국들이 경제적·안보적 이유로 국내에 보유하길 원하는 첨단 제조업 일자리입니다. 하지만 다음 섹션에서 논의하겠지만, 이러한 일자리에 자격을 갖춘 인재를 찾는 것이 점점 더 큰 과제가 되고 있으며, 이는 경제적 영향(노동력 부족이 확장 속도를 늦추고 임금을 상승시킬 수 있음)도 미치고 있습니다.
글로벌 무역 및 공급망: 반도체는 전 세계적으로 가장 많이 거래되는 제품 중 하나입니다. 반도체 및 관련 장비의 연간 글로벌 무역 규모는 수천억 달러에 달합니다. 예를 들어, 칩은 대만, 한국, 말레이시아, 그리고 점점 더 많은 중국(고급 칩을 수입하는 동시에 저가 칩을 대량 수출)과 같은 국가들의 주요 수출품입니다. 실제로 2020년 이후 중국의 칩 수입(2022년 약 3,500억 달러)은 석유 수입을 넘어섰으며, 이는 칩이 중국에 있어 중요한 수입 품목임을 보여줍니다 patentpc.com. 이러한 역학은 무역수지와 협상에도 영향을 미칩니다. 한국, 대만과 같은 수출 중심 경제는 칩 수출에 성장의 많은 부분을 의존하며, 대만의 경우 TSMC만으로도 GDP와 무역흑자에 크게 기여합니다. 반면, 칩을 수입에 의존하는 국가들(유럽의 많은 국가, 인도 등)은 무역수지 개선을 위해 국내 생산 역량 개발을 중요한 과제로 보고 있습니다.
경제 안보: 2021-2022년 반도체 부족 사태는 경각심을 불러일으켰다. 1달러짜리 반도체 부품의 부족만으로도 4만 달러짜리 자동차 생산이 중단되어 일부 지역에서 인플레이션과 낮은 GDP 성장에 기여했다. 여러 연구에 따르면, 반도체 부족으로 인해 전 세계 자동차 생산이 몇 퍼센트포인트 감소했고, 소비자 전자제품의 공급도 느려져 2021년 GDP에 소폭의 하락 효과를 미쳤을 가능성이 있다. 이제 각국 정부는 안정적인 반도체 공급을 경제 안보의 일부로 간주한다. 2023년 PwC 보고서는 산업이 적응하지 않을 경우, 기후 변화로 인한 심각한 반도체 공급 차질이 향후 10년 내에 예상되는 1조 달러 생산량의 3분의 1을 위험에 빠뜨릴 수 있다고 경고했다 pwc.com – 이는 세계 경제에 큰 타격을 줄 수 있다. 이에 따라 경제 기획자들은 반도체를 필수 원자재에 적용하던 위험 평가에 통합하고 있다.
주식 시장과 기업 성장: 반도체 기업들은 이제 세계에서 가장 가치 있는 기업들 중 일부가 되었다. 2024년 말 기준, 상위 10개 반도체 기업의 시가총액은 약 6.5조 달러로, 1년 전보다 93% 증가했다 deloitte.com. 이는 AI 관련 가치 급등 덕분이다. TSMC, NVIDIA, 삼성, 인텔, ASML 등 대기업들은 각각 수천억 달러의 시가총액을 보유하고 있다. 이들 기업의 실적은 주가지수와 투자 흐름에 큰 영향을 미친다. 실제로 필라델피아 반도체 지수(SOX)는 종종 기술 섹터의 건강을 가늠하는 척도로 여겨진다. 이 기업들의 성장으로 창출된 부는 막대하며, 이들은 다시 사상 최대 규모로 R&D와 설비 투자에 자금을 재투입한다(TSMC는 2022년 설비투자에 약 360억 달러를 지출했다 reuters.com, 이는 항공모함 여러 척을 건조하는 비용에 맞먹는다). 이는 수요가 지속되는 한 혁신과 경제 활동의 선순환을 만든다.
소비자 영향과 가격: 반도체는 많은 제품의 원가에서 큰 비중을 차지한다. 반도체가 더 강력해질수록(무어의 법칙에 따라) 기능당 비용이 종종 낮아져, 더 저렴한 전자제품이나 같은 가격에 더 많은 기능을 제공할 수 있게 된다. 이는 소비자와 생산성에 큰 이익이다. 하지만 최근 공급난과 “안전한” 공급망 구축(예: 고비용 지역에 공장 중복 건설)으로 인한 추가 비용은 인플레이션 압력을 가할 수 있다. 실제로 2021-2022년에는 자동차 업체들이 마이크로컨트롤러를 충분히 확보하지 못해 재고가 부족해지면서 자동차 가격이 크게 올랐다. 2021년 골드만삭스 보고서에 따르면, 반도체는 다양한 소비재에 투입되기 때문에 장기적인 반도체 부족은 인플레이션에 0.몇 퍼센트포인트의 영향을 줄 수 있다. 반대로 반도체 공급이 정상화되면 전자제품 가격에 디플레이션 효과를 줄 수 있다. 장기적으로 반도체의 지속적인 발전은 디플레이션 요인(전자제품 가격이 떨어지거나 같은 가격에 훨씬 더 강력해짐)으로 작용한다.
정부 보조금과 투자수익률(ROI): 수십억 달러의 공적 자금이 반도체 사업에 투입되면서, 납세자와 경제학자들은 그 수익을 주시하고 있습니다. 지지자들은 이러한 보조금이 고부가가치 일자리 창출과 필수 산업 보호를 통해 보상받을 것이라고 주장합니다. 또한 승수 효과도 있습니다. 예를 들어, 반도체 공장(fab) 건설에는 많은 건설 일자리가 필요하고, 이후에는 고숙련 일자리가 생기며, 각 팹 일자리가 경제 내에서 약 4~5개의 다른 일자리(유지보수, 서비스 등)를 지원한다고 알려져 있습니다. 그러나 비판론자들은 공급 과잉이나 정부의 비효율적 산업 선정에 대해 경고합니다. 예를 들어, CHIPS법 자금은 (과도한 이익 발생 시 이익 공유, 팹 근로자 보육 의무 등) 다양한 조건이 붙어 있어 광범위한 혜택을 보장하려고 합니다. 이러한 정책의 성공 또는 실패는 경제에 파급 효과를 미칠 것입니다. 성공한다면 미국 중서부나 독일 작센과 같은 지역이 새로운 실리콘밸리로 부상해 지역 경제를 활성화할 수 있습니다. 실패한다면 값비싼 애물단지가 될 위험도 있습니다.

요약하자면, 반도체는 직접적·간접적으로 막대한 경제적 영향을 미칩니다. 반도체는 연관 산업의 성장을 이끌고, 생산성 향상의 핵심에 있습니다(더 빠른 컴퓨터 = 더 많은 과학 시뮬레이션, 더 나은 AI = 더 많은 자동화). 이 산업의 경기 순환적 특성(수요 변동에 따른 호황-불황 주기)은 전체 경제에도 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 반도체 경기 침체(2019년 또는 2023년 메모리 반도체 등)는 수출과 제조업 중심 국가의 GDP에 타격을 줄 수 있고, 반대로 호황(현재 AI 붐 등)은 경제를 크게 성장시킬 수 있습니다.

2025년을 앞두고 전망은 낙관적입니다. 딜로이트의 산업 전망에 따르면 2024년은 약 19%의 매우 강한 성장세를 보였고, 2025년에도 약 11%의 추가 성장이 예상되어 업계가 1조 달러 목표에 다가서고 있습니다 deloitte.com. 이 성장은 스마트폰이나 PC의 둔화를 상쇄하는 신기술(인공지능, 5G, 전기차) 수요에 의해 견인되고 있습니다. 앞으로의 과제는 생산지 현지화 비용과 지정학적 제약을 혁신과 규모의 경제를 저해하지 않으면서 잘 관리하는 것입니다. 반도체가 경제적 성공 신화가 된 원동력이 바로 이것이기 때문입니다.

환경 및 지속가능성 문제

반도체 기술이 아무리 눈부시더라도, 그 생산에는 상당한 환경 비용이 따릅니다. 업계는 점점 더 지속가능성 문제에 직면하고 있습니다. 여기에는 막대한 물과 에너지 사용, 온실가스 배출, 화학 폐기물 등이 포함됩니다. 역설적으로, 반도체는 친환경 기술(고효율 전자제품, 청정에너지 솔루션 등)을 가능하게 하지만, 반도체 자체 생산은 신중히 관리하지 않으면 자원 집약적이고 오염을 유발할 수 있습니다. 주요 환경 문제는 다음과 같습니다:

물 사용: “반도체는 물 없이는 존재할 수 없습니다. 그것도 아주 많은 양이 필요합니다,”라고 Ceres의 Kirsten James는 말합니다 weforum.org. 팹은 각 화학 공정 후 웨이퍼를 세척하기 위해 초순수(UPW)를 대량으로 필요로 합니다. 이 물은 미네랄이나 입자 오염을 방지하기 위해 (음용수보다 수천 배 더) 극도로 순수해야 합니다 weforum.org. 1,000갤런의 UPW를 생산하려면 대략 1,400–1,600갤런의 상수도가 필요합니다(나머지는 폐수로 전환됨) weforum.org. 대형 반도체 팹 한 곳은 하루에 1,000만 갤런의 물을 사용할 수 있는데, 이는 약 3만~4만 가구의 물 소비량과 맞먹습니다 weforum.org. 전 세계적으로 모든 반도체 공장을 합치면 수백만 도시 규모의 물을 소비하는 것으로 추정되며, 한 보고서에 따르면 전 세계 반도체 공장이 매년 홍콩(750만 명)과 맞먹는 물을 사용한다고 합니다 weforum.org. 이처럼 막대한 수요는 지역 수자원에 압박을 가하며, 이미 가뭄이나 물 부족을 겪는 지역(예: 2021년 심각한 가뭄으로 정부가 급수 제한 및 팹에 물을 트럭으로 공급해야 했던 대만의 TSMC 팹 등)에서는 더욱 심각합니다. 물 부족은 업계의 취약점이 되고 있습니다 weforum.org. 또한, 팹에서 배출되는 물에는 산, 금속 등 유해 화학물질이 포함될 수 있습니다. 적절한 처리가 이루어지지 않으면 이 폐수는 강과 지하수를 오염시켜 생태계에 피해를 줄 수 있습니다 weforum.org. 실제로 중국과 한국의 일부 반도체 허브에서는 당국이 수질 오염으로 인해 팹에 환경 위반을 지적한 사례가 있습니다 weforum.org. 업계는 이에 대응해 물 재활용에 투자하고 있으며, 많은 팹이 이제 일부 물을 재활용하고 있습니다. 예를 들어, TSMC의 새로운 애리조나 팹은 현장에서 물 사용량의 약 65%를 재활용할 것이라고 주장합니다 weforum.org, 그리고 인텔은 오리건과 애리조나의 지역 당국과 협력하여 대수층을 보충하기 위한 정수 시설을 건설했습니다 weforum.org. 싱가포르와 이스라엘의 일부 반도체 공장은 훨씬 더 높은 비율로 물을 재활용합니다. 그러나 반도체 수요가 증가함에 따라 전체적인 물 사용량도 계속 증가할 것으로 보여, 이는 중요한 지속 가능성 문제로 남아 있습니다.
에너지 소비 및 배출: 칩 제조는 에너지 집약적입니다. 팹의 클린룸, 펌프, 열 공정을 24시간 내내 가동하는 데 막대한 전력이 소모됩니다. 첨단 팹 한 곳만 해도 100메가와트의 전기를 지속적으로 소비하며, 이는 소도시(수만 가구)의 전력 사용량과 맞먹습니다. 실제로 “표준 대형 칩 제조 시설은 매일 100,000메가와트 이상의 에너지를 소비한다”고 하며, 업계 전체는 2024년 약 1억 9천만 톤의 CO₂ 상당량을 사용했습니다blog.veolianorthamerica.com. (이 배출량 1억 9천만 톤은 베트남이나 호주와 같은 국가의 연간 배출량과 비슷한 수준입니다.) 이 탄소 발자국의 일부는 간접적인 전력 사용(지역 전력망이 화석연료 기반일 경우)에서, 일부는 직접적인 공정 배출에서 발생합니다. 팹에서는 과불화화합물(PFCs)을 식각 및 세정에 사용합니다. 이러한 가스(CF₄, C₂F₆ 등)는 CO₂보다 수천 배 높은 지구온난화지수를 가지며, 대기 중에 수천 년간 잔존할 수 있습니다. 업계는 교토의정서에 따른 자발적 협약의 일환으로 PFC 누출을 줄이기 위해 노력해왔지만, 여전히 상당한 배출에 기여하고 있습니다. TechInsights의 연구에 따르면, 2030년까지 칩 생산이 두 배로 늘어나면(1조 달러 시장 달성 시), 완화 조치 없이 업계의 배출량이 크게 증가할 수 있습니다pwc.com. 에너지 사용 문제를 해결하기 위해 칩 제조업체들은 팹에 재생에너지 투자를 늘리고 있습니다. 예를 들어 TSMC는 세계 최대 규모의 기업 재생에너지 구매자 중 하나가 되었으며, 2030년까지 40%, 2050년까지 100% 재생에너지 사용을 목표로 하고 있습니다. 인텔 역시 일부 지역 팹에서 100% 재생 전기를 사용하고 있습니다. 팹 내 에너지 효율 개선(예: 열 회수, 고효율 냉각기 사용)도 또 다른 중점 과제입니다. 하지만 중요한 점은, 더 첨단 칩일수록 웨이퍼당 더 많은 에너지가 필요하다는 것입니다(예: EUV 리소그래피는 기존 리소그래피보다 에너지 효율이 낮음). 따라서 기술 발전과 칩당 에너지 사용량 사이에 긴장이 존재합니다. 일부 분석가들은 무어의 법칙이 둔화될 경우, 트랜지스터당 에너지 사용량이 오히려 증가할 수 있다고 우려합니다.
화학 및 유해 폐기물: 반도체 공정에는 실란이나 아르신과 같은 가스, 부식성 액체(산, 용제), 중금속 등 독성 및 유해 물질이 사용됩니다. 폐기물 흐름을 안전하게 관리하는 것이 매우 중요합니다. 팹에서는 신중하게 처리하거나 폐기해야 하는 화학 폐기물이 발생합니다. 예를 들어, 사용된 용제와 에천트는 증류하여 재활용할 수 있고, 산은 중화시키며, 슬러리는 여과하여 재사용할 수 있습니다. Veolia와 같은 회사들은 팹의 폐기물 재활용을 돕는 서비스를 제공하며, 사용된 화학물질을 유용한 제품으로 전환하거나 폐기물을 안전하게 소각하여 에너지를 회수합니다 blog.veolianorthamerica.com. 최선의 관리에도 불구하고 사고(화학물질 누출, 부적절한 투기)는 발생할 수 있으며, 이는 지역 환경에 피해를 줄 수 있습니다. 또 다른 측면은 포장 폐기물입니다. 제조 과정에서는 클린룸에서 일회용 플라스틱 용기, 장갑, 가운 등이 많이 사용됩니다. 많은 기업들이 이제 이러한 고체 폐기물도 줄이고 재활용하려고 노력하고 있습니다 blog.veolianorthamerica.com. 또한 전자 폐기물(e-waste) 하류도 있지만, 이는 반도체 칩 제조보다는 완성된 전자제품의 폐기와 더 관련이 있습니다.
기후 변화 회복력: 아이러니하게도, 반도체 칩이 기후 변화 대응에 필요함에도 불구하고 기후 변화는 칩 생산에 직접적인 위협이 되고 있습니다. 팹은 점점 더 극심한 기상 현상이 발생하는 지역에 위치해 있습니다: 동아시아의 태풍, (미국 서부, 대만 등) 폭염과 가뭄 등. 2024년 CNBC 보도에 따르면, 주요 “칩 타운”을 강타하는 단 한 번의 폭풍이나 홍수가 공급망을 뒤흔들 수 있다고 합니다. 예를 들어, 가상의 태풍 Helene이 TSMC 본사가 있는 대만 신주시에 상륙한다면 치명적일 수 있습니다 deloitte.com. 기업들은 이제 시설의 기후 위험을 평가하고 있습니다. 수자원 부족이 가장 큰 관심사입니다. 2023년 반도체 경영진 대상 설문조사에서 73%가 운영에 대한 천연자원(물) 위험을 우려한다고 답했습니다 weforum.org. 많은 기업들이 현장 물 저장, 백업 전력 구축, 지리적 위치 다변화 등 기후 회복력을 도입하고 있습니다. 프라이스워터하우스쿠퍼스는 적응이 없을 경우, 2030년까지 전 세계 반도체 공급의 32%가 기후 관련 수자원 부족 및 기타 기후 영향으로 위험에 처할 수 있다고 경고했습니다 pwc.com.
긍정적인 이니셔티브: 밝은 면으로, 업계는 지속가능성 약속을 강화하고 있습니다. 2025년까지 거의 모든 주요 반도체 기업이 탄소 감축 또는 탄소 중립 목표를 가지고 있습니다. TSMC는 2030년까지(2020년 기준) 배출량을 20% 감축하고 2050년까지 넷제로를 달성하는 것을 목표로 하고 있습니다. Intel은 2040년까지 운영상 넷제로 배출 목표를 세우고 친환경 팹에 투자하고 있습니다(이미 2022년 기준으로 미국 내 사업장에서 82%의 물 재사용과 100% 친환경 전력 사용을 달성했습니다). 삼성도 이에 맞춰 환경 목표를 발표했습니다 – 예를 들어, 해외 사업장의 재생에너지 조달과 공정의 에너지 효율 개선 등입니다. 또 다른 긍정적인 점은 업계의 제품이 다른 곳에서 배출량 감축에 기여한다는 것입니다 – 예를 들어, 전력 효율이 높은 칩은 데이터센터와 전자제품의 에너지 사용을 줄이고, 재생에너지 시스템의 칩은 그리드 효율을 높입니다. SIA(반도체산업협회)의 한 연구에 따르면, 반도체 업계가 배출하는 CO₂ 1톤당, 칩이 가능하게 한 기술이 다른 산업에서 여러 톤의 배출을 줄이는 데 기여했다고 합니다(에너지 절약을 통해). 이것이 업계의 발자국을 상쇄하는지는 논쟁의 여지가 있지만, 반도체가 기후 솔루션(스마트 그리드, 전기차 등)에 핵심이라는 점은 분명합니다.

진전을 보여주는 예시로: 일본 소니의 반도체 부문은 한 팹이 폐수의 약 80%를 재사용하고 있으며, 이를 개선하기 위해 새로운 재활용 시설을 건설 중이라고 밝혔습니다 weforum.org. 많은 기업들이 Responsible Business Alliance의 지속가능한 공급망 이니셔티브에 참여하여, 사용하는 광물(예: 코발트, 탄탈럼)이 분쟁 없는 지역에서 책임감 있게 채굴되도록 하고 있습니다. 그리고 만연한 문제를 집단적으로 해결하기 위해 컨소시엄도 결성되고 있습니다 – 예를 들어, 벨기에의 IMEC는 지속가능한 반도체 제조를 위한 프로그램을 운영하며, PFC 가스 대체재와 웨이퍼당 에너지 절감 방안을 모색하고 있습니다.

결론적으로, 반도체 제조의 환경적 영향은 결코 작지 않으며 반드시 관리되어야 합니다. 다행히 업계 리더들은 이를 인식하고 있습니다. 딜로이트의 한 보고서에 따르면, 2030년에 1조 달러 규모의 칩을 생산하는 것은 환경에 영향을 미칠 것이며 – 관건은 이를 어떻게 완화할 것인가입니다 www2.deloitte.com. 앞으로 나아갈 길에는 더 큰 투명성(기업이 물과 탄소 데이터를 공개), 배출에 대한 과학 기반 목표 설정, 순환경제 실천(화학물질 재사용, 매립 제로 목표 등 blog.veolianorthamerica.com), 그리고 정부와의 협력(재생에너지 및 수처리 인프라 등)이 포함됩니다. 소비자와 투자자 역시 더 친환경적인 실천을 요구하고 있습니다 – 예를 들어, 애플과 같은 주요 칩 구매업체는 공급망(여기에는 TSMC와 같은 칩 공급업체도 포함)이 100% 재생에너지를 사용하길 원합니다. 이러한 외부 압력이 변화를 촉진하는 데 도움이 됩니다.

그래서 반도체 산업이 그 환경적 발자국을 줄이기 위해 어느 정도의 노력이 필요하긴 하지만, 의미 있는 움직임을 보이고 있습니다. 결국, 물과 에너지를 절약하는 것은 장기적으로 비용 절감과도 종종 일치합니다. 그리고 지속가능성이 점점 더 중요해지는 세상에서 “친환경 반도체 제조” 역시 또 다른 경쟁 우위가 될 수 있습니다. 우리는 새로운 건식 식각법(화학물질 사용 감소) 이나 PFC 가스 대체제 같은 기술이 친환경 R&D에 의해 표준 관행으로 자리 잡는 것을 보게 될지도 모릅니다. 바람은 반도체 성장의 다음 단계가 환경을 해치지 않고, 오히려 환경과 함께 이루어질 수 있다는 것입니다 – 즉, 반도체가 이끄는 디지털 혁명이 지구에 지속가능하도록 보장하는 것입니다.

인력 및 인재 과제

반도체 생산은 단순히 클린룸과 기계만의 문제가 아니라, 근본적으로 매우 전문화된 기술을 가진 사람들에게 의존합니다. 그리고 이 부분에서 업계는 중요한 도전에 직면해 있습니다: 바로 인재 부족의 심화 와 기술 격차입니다. 각국이 새로운 팹과 R&D에 투자함에 따라, 이런 질문이 제기됩니다: 특히 기존 인력이 고령화되고 젊은 인재들이 소프트웨어나 다른 분야로 이동하는 시대에, 누가 이 시설을 운영하고 혁신을 이끌 것인가?

반도체 인력과 관련된 주요 이슈 및 동향:

고령화 인력 & 은퇴 물결: 많은 지역에서 현재 반도체 엔지니어 인력은 나이가 많고 경험이 풍부한 전문가들로 치우쳐 있으며, 대규모 인력이 은퇴를 앞두고 있습니다. 예를 들어, 미국에서는 “반도체 인력의 55%가 45세 이상이고, 35세 미만은 25%도 되지 않는다”고 2024년 중반 기준으로 나타났습니다 deloitte.com. 유럽도 비슷합니다: “유럽 반도체 인력의 20%가 55세 이상이고, 독일 반도체 인력의 약 30%가 향후 10년 내 은퇴할 것으로 예상된다”고 EE Times 분석에 따르면 밝혀졌습니다 deloitte.com. 이는 베테랑 전문가들이 떠나면서 다가오는 “브레인 드레인(두뇌 유출)”입니다. 업계는 수십 년간 축적된 조직적 지식을 새 인력으로 대체하기도 전에 잃을 위험에 처해 있습니다 – 딜로이트의 인재 연구에서도 “지식 이전의 불일치와 전문성을 흡수할 신규 인력 부족”deloitte.com을 경고했습니다.
신규 인재 파이프라인 부족: 역사적으로 칩 엔지니어링 분야(전기공학, 재료과학, 장비 유지보수 등)는 소프트웨어 개발이나 데이터 과학만큼 많은 젊은 인재를 끌어들이지 못했습니다. 이 일은 종종 더 전문적이고 고급 학위가 필요하다고 여겨지며, PC 붐 시절 이후 졸업생들 사이에서 이 산업의 인지도도 낮아졌습니다. 2017년 SEMI와 딜로이트의 공동 연구에서도 이미 “다가오는 인재 격차”를 강조하며 반도체 산업이 신입 졸업생을 위한 브랜딩과 가치 제안deloitte.com에 어려움을 겪고 있다고 지적했습니다. 2023~2024년에도 첨단 기술 분야임에도 불구하고 반도체 관련 전공을 선택하는 학생이 줄었고, 기업들은 신입부터 박사 연구원까지 채용에 어려움을 겪고 있습니다. 그 결과: 많은 일자리 공석, 적은 자격을 갖춘 지원자. 이는 특히 칩 제조를 낮은 수준에서 확장하려는 지역(예: 신규 팹을 위한 기술자를 대거 양성해야 하는 미국, 초기 단계의 인도 등)에서 더욱 심각합니다.
지역 불일치와 TSMC의 애리조나 교훈: 인재 문제의 대표적 사례 중 하나는 TSMC의 애리조나 공장 지연이었습니다. TSMC는 애리조나에 400억 달러 규모의 팹을 건설 중인데, 이는 미국의 첨단 칩 제조 국내 유치 전략의 핵심 중 하나입니다. 그러나 2023년 중반 TSMC는 현지 인력의 “숙련된 노동자 부족”을 이유로 공장 개장을 2024년에서 2025년으로 연기한다고 발표했습니다manufacturingdive.com. 회사는 첨단 팹 장비의 건설 및 설치에 필요한 전문 지식을 가진 미국 노동자를 충분히 찾지 못했고, “대만에서 인력을 데려오려는 시도에 대한 노조의 반발”에도 부딪혔습니다reuters.com. TSMC는 현지인 교육과 클린룸 설치를 마치기 위해 수백 명의 숙련된 대만 기술자를 애리조나로 파견해야 했습니다. 회사의 마크 리우 회장은 모든 신규 프로젝트에는 학습 곡선이 있다고 언급했지만, 미국의 인력 부족이 심각한 장애물임을 시사했습니다reuters.com. 이 사례는 전문성이 기존 허브에 집중되어(예: 첨단 제조의 대만) 쉽게 이전되지 않는다는 점을 보여줍니다. 현재 미국의 팹 프로젝트(인텔의 신규 팹, 삼성의 텍사스 팹 확장 등) 모두 인재 개발을 위해 지역 대학 및 공과대학과 협력하며 채용과 교육을 강화하고 있습니다. 하지만 신입 졸업생이 숙련된 반도체 공정 엔지니어로 성장하려면 수년간의 현장 경험이 필요합니다. 따라서 국내 인재 양성 속도가 공장 건설 속도를 따라가지 못할 수 있습니다.
중국의 인재 확보 드라이브: 한편, 중국은 기술 제약을 극복하기 위해 전 세계적으로 반도체 인재를 적극적으로 스카우트하고 있습니다. 앞서 언급했듯, 서방 국가들이 기술 이전을 제한하면서 중국은 인재 영입에 눈을 돌렸습니다. 2023년 로이터 조사에 따르면, 중국은 대만 TSMC 및 기타 기업 출신 엔지니어 수백 명을 조용히 고용했으며, 때로는 기존 연봉의 두 배에 주택 등 복지 혜택까지 제공했습니다 deloitte.com. 이는 전문 지식을 중국 내 반도체 공장과 설계 회사로 들여오려는 의도입니다(이는 1980년대 대만이 미국에서 훈련받은 엔지니어를 데려와 산업을 일으킨 방식과 다소 유사합니다). 그러나 이로 인해 긴장이 고조되고 있는데, 대만은 인재 유출을 통한 지식재산권 유출을 막기 위해 조사에 착수하고 법을 강화하기도 했습니다. 미국 역시 자국 기업 출신 인재들이 중국에서 고액 연봉을 받고 일하는 사례가 늘자, 자국민(및 영주권자)이 특정 중국 반도체 기업에서 라이선스 없이 일하는 것을 금지하고 있습니다 deloitte.com. 그럼에도 불구하고, ‘인재 전쟁’으로 인해 전 세계적으로 숙련된 엔지니어 수요가 높아지고 연봉 경쟁이 치열해지고 있습니다. 이는 엔지니어에게는 좋은 일이지만, 부유한 국가나 기업(국가 보조금을 받는 중국 스타트업이나 미국 CHIPS법 지원을 받는 공장 등)과 경쟁해 연봉을 맞추기 힘든 기업이나 지역에는 문제가 될 수 있습니다.
교육 및 훈련 이니셔티브: 인재 부족 문제를 인식하고 다양한 이니셔티브가 등장하고 있습니다. 미국은 CHIPS법에 따라 반도체 공장뿐 아니라 인력 개발에도 자금을 배정해, 대학 및 커뮤니티 칼리지와 협력해 새로운 반도체 교육 프로그램을 만들고 있습니다 bipartisanpolicy.org. 예를 들어, 퍼듀대학교는 매년 수백 명의 반도체 엔지니어를 배출하는 반도체 학위 프로그램을 시작했고, 애리조나주립대는 TSMC 진출을 지원하기 위해 관련 프로그램을 확대하고 있습니다. 유럽 역시 Chips Act를 통해 장학금과 국가 간 교육 네트워크를 마련해 마이크로전자 전문가를 양성하고 있습니다. 기업들도 내부 교육을 강화하고 있는데, 인텔은 오랜 기간 자체 ‘공장 대학’을 운영해왔으며 인턴십과 산학협력 프로그램도 확대하고 있습니다. 다만, 반도체 제조의 많은 암묵지는 교과서가 아니라 실제 공장에서 일하며 배우는 경우가 많아, 인재 양성을 확대하려면 정규 교육과 실습형 견습이 병행되어야 합니다. 각국 정부는 외국 인재 유치를 위해 이민 규정을 완화할 수도 있는데(미국은 반도체 전문가를 위한 특별 비자 신설을 검토 중이고, 일본은 Rapidus 인력 확보를 위해 대만·한국 엔지니어를 유치하고 있습니다).
근무 문화와 매력도: 또 다른 문제는 반도체 경력 경로를 매력적으로 만드는 것입니다. 이 업계는 요구가 많을 수 있습니다 – 팹은 24시간 365일 가동되고, 엔지니어들은 종종 교대 근무를 하며, 요구되는 정밀도로 인해 고압 환경이 조성됩니다. 로이터에 따르면, TSMC는 미국 근로자들이 대만이나 일본 근로자들에 비해 반도체 팹의 “고된” 24시간 근무 일정을 견디려는 경향이 덜하다는 점을 발견했습니다 reuters.com. 일본에서는 장시간 근무가 문화적으로 당연시되어 팹의 요구와 잘 맞지만, 미국에서는 워라밸(일과 삶의 균형) 기대치가 야간 근무 필요성과 충돌할 수 있습니다. 기업들은 이에 적응해야 할 수도 있습니다(예: 야간 근무를 줄이기 위한 자동화 확대, 또는 인기 없는 시간대 근무에 대한 인센티브 제공 등). 또한 업계는 일의 멋지고 영향력 있는 성격(미래 기술을 가능하게 한다는 점)을 강조하고, 다양성과 포용성을 증진함으로써(전통적으로 남성 중심이었으나 더 다양한 집단을 활용할 수 있음) 이미지를 개선할 수 있습니다. 소프트웨어에 비해 역사적으로 덜 매력적이었던 점은 최근 반도체가 자주 뉴스에 오르며 다소 희석되고 있지만, 지속적인 홍보가 핵심입니다.
수치로 보는 인재 부족: 수치로 보면, SEMI(업계 협회)는 2022년 말 기준, 현 추세가 계속된다면 2030년까지 전 세계적으로 약 30만 명의 숙련된 인력 부족이 발생할 수 있다고 추정했습니다. 여기에는 박사급 연구원부터 장비 유지보수 기술자까지 모두 포함됩니다. 가장 심각한 부족 분야는 장비 엔지니어, 반도체 공정 엔지니어, EDA 소프트웨어 전문가입니다. Synopsys와 같은 EDA 기업들도 차세대 설계 툴(이제 AI가 포함됨 – 칩이 칩을 설계!)을 위해 더 많은 알고리즘 및 AI 전문가가 필요하다고 보고합니다. 또 다른 분야는 2년제 기술 학위를 가진 팹 장비 운용 및 유지보수 기술자 등 테크니션급 일자리입니다. 미국 등 일부 국가는 최근 수십 년간 이러한 역할을 위한 직업 교육에 충분히 투자하지 않아, 해당 인재 파이프라인을 재구축하는 것이 매우 중요합니다.
국제 협력 vs. 규제: 흥미롭게도, 인재 수요는 글로벌하지만 일부 정책은 인재 이동을 복잡하게 만듭니다. 미국의 수출 규정은 하드웨어뿐 아니라 인적 노하우도 제한합니다(미국인은 특정 중국 팹과 일하려면 라이선스가 필요). 이는 특정 지역에서 일할 의향이 있거나 가능한 전문가 풀을 제한해 노동시장을 분절시킬 수 있습니다. 반면, 동맹국들은 인재를 공유할 방법을 모색 중입니다 – 예를 들어, 미국과 대만 팹 간 “인재 교류” 프로그램을 통해 엔지니어를 상호 교육하거나, EU와 미국 간 자격 상호인정을 통해 프로젝트를 위해 엔지니어가 더 쉽게 이동할 수 있도록 하는 방안 등입니다.
보상과 경쟁: 인재 부족으로 인해 이 분야의 급여가 상승하고 있습니다. 이는 인재 유치에는 좋지만 기업의 비용도 증가시킵니다. 2021~2022년에는 일부 반도체 기업들이 직원 유지를 위해 상당한 임금 인상이나 보너스를 제공했습니다. TSMC는 2022년 인재 유출 시도 속에서 20% 이상의 임금 인상을 제공한 것으로 알려졌습니다. 인도와 같이 전통적으로 칩 설계자들의 임금이 낮았던 지역에서도, 다국적 기업들이 인재가 경쟁사나 해외로 이직하지 않도록 훨씬 더 높은 보상 패키지를 제시하고 있습니다. 이 모든 것은 전문가들에게는 좋지만, 기업의 이익률을 좁히거나 확장 지역을 바꿀 수 있습니다(기업들이 교육 수준은 높지만 인건비는 아직 합리적인 지역을 찾으려 할 수 있음 – 인텔 등에서 오하이오나 뉴욕주 북부와 같은 곳에 주목하는 이유 중 하나가 초과열된 구직 시장 대신 이런 곳을 택하는 것임).

요약하자면, 반도체 인재 문제는 업계의 야심찬 확장 계획에 있어 중대한 제약 요인입니다. 아이러니하게도, 수십억 달러를 들여 새 팹을 지어도, 이를 운영할 숙련된 인력이 없다면 그저 빈 껍데기에 불과합니다. SIA 회장이 2022년에 말했듯이, “제조업의 부흥은 인력의 부흥 없이는 불가능하다”. 앞으로 몇 년간은 차세대 칩 전문가를 영감 주고 양성하기 위한 집중적인 노력이 이어질 것입니다. 이는 공학 교육과정에 반도체 제조 관련 내용을 더 많이 포함시키고, 매력적인 장학금을 제공하며, 심지어 고등학교 단계에서부터 STEM 홍보를 시작해 학생들이 ‘다음 10억 트랜지스터 칩 만들기’에 흥미를 느끼도록 하는 것일 수 있습니다. 단순히 다음 앱을 만드는 것보다 말이죠.

그동안 기업들은 임시방편을 쓸 것입니다: 인접 산업의 엔지니어를 교차 교육하고, 은퇴자를 컨설턴트로 재고용하며, 팹에서 인력 수요를 줄이기 위해 더 많은 자동화와 AI를 활용하는 등입니다. 정부 역시 이민 정책을 조정할 수 있습니다 – 예를 들어, 미국은 관련 박사 학위 소지자가 미국 대학을 졸업하면 영주권을 자동으로 부여해 이들이 국내에 남도록 할 수 있습니다.

그만큼 중요한 문제입니다: 인재 부족이 해결되지 않으면 혁신과 생산능력 확대의 병목이 되어, 수십억 달러 규모의 반도체 정책 목표를 저해할 수 있습니다. 반대로 새로운 인재의 물결을 불러일으킨다면 이 인적 자본이 반도체의 새로운 황금기를 지속시킬 수 있습니다. 한 전문가의 농담처럼, “반도체 산업의 가장 중요한 자산은 실리콘이 아니라 두뇌다.” 그리고 이 두뇌들이 충분히 반도체 분야에 종사하도록 하는 것이 이 보고서에서 논의된 그 어떤 요소만큼이나 중요합니다.

반도체는 종종 “기술의 DNA”로 불리며, 이 심층 분석을 통해 그 이유가 명확해집니다. 반도체의 작동 원리인 물리학에서부터, 복잡한 글로벌 제조 공정, 그리고 미래를 좌우하는 전략적·인적 과제에 이르기까지 – 칩은 과학, 경제, 지정학의 교차점에 있습니다. 2025년 현재, 세계는 반도체 생산을 선도하는 자가 현대 경제를 이끈다는 사실을 자각하고 있습니다. 그래서 수십억 달러의 투자, 인재와 소재를 둘러싼 국제적 경쟁, 그리고 숨가쁜 혁신이 동시에 벌어지고 있는 것입니다.

일반 대중에게는 이 모든 것이 멀게 느껴질 수 있습니다. 하지만 어느 순간 그렇지 않게 됩니다. 칩 부족은 자동차 가격을 올리거나 전자기기를 구하기 어렵게 만들 수 있고, 정책 변화는 다음 스마트폰에 혁신적인 프로세서가 들어갈지, 뒤처진 프로세서가 들어갈지를 결정할 수 있습니다. 좋은 소식은 2024년부터 2025년까지 공급망을 강화하고 재창조하기 위한 투자가 쏟아지고 있으며, 흥미로운 신기술들이 곧 등장할 예정이고, 업계 전문가들이 리소그래피부터 인력 교육까지 병목 현상을 해결하기 위해 협력하고 있다는 점입니다. 반도체 생산의 이야기는 정말로 끊임없는 혁신의 연속입니다. 한계에 다다른 것처럼 보일 때마다, 엔지니어들은 새로운 길(3D 칩, EUV, 혹은 아직 등장하지 않은 무언가)을 찾아냅니다.

앞으로 몇 년간 주목해야 할 점은 다음과 같습니다: 미국과 EU의 팹 프로젝트가 빠르게 결실을 맺을 수 있을까요? 중국이 제재에도 불구하고 야심찬 자급자족 목표를 달성할 수 있을까요? 칩렛과 같은 무어의 법칙의 후계자들이 계속해서 성능 향상을 이끌 수 있을까요? 업계가 더 친환경적이 되고 다양한 인재를 유치할 수 있을까요? 그 답은 우리가 사용하는 기술뿐만 아니라 21세기의 지정학적, 경제적 환경을 형성할 것입니다.

한 가지는 확실합니다. 이 작은 칩들은 엄청난 중요성을 갖게 되었습니다. ‘칩 전쟁’과 실리콘 경쟁은 계속될 것이지만, 이상적으로는 혁신을 이끄는 경쟁과 안정을 보장하는 협력을 통해 이루어질 것입니다. 결국, 반도체 생태계가 활기차고, 안전하며, 지속 가능하게 유지된다면 모든 소비자와 모든 국가가 이익을 얻게 됩니다. 우리가 보아왔듯, 이는 원자 단위부터 무역 정책까지 모든 것을 능숙하게 다루는 것을 필요로 합니다. 전 세계가 이 분야에 그 어느 때보다 주목하고, 투자하고 있습니다.

더 알고 싶거나 최신 동향을 따라가고 싶은 분들을 위해, 반도체 생산과 업계 트렌드에 관한 공개 자료 및 추가 읽을거리를 소개합니다:

Semiconductor Industry Association (SIA) – State of the Industry Reports: 판매, 투자, 정책 업데이트에 대한 최신 데이터가 담긴 심층 연례 보고서 deloitte.com.
Deloitte’s Semiconductor Outlook 2025: AI 수요, 인재 부족, 지정학적 이슈 등 시장 동향 분석 deloitte.com deloitte.com.
“Chip War” by Chris Miller: 미국과 중국의 반도체 경쟁의 역사적 맥락과 현재에 이르기까지의 과정을 설명하는 강력 추천 도서입니다.
EE Times and Semiconductor Engineering: 기술 혁신, 공급망 이슈, 기업 로드맵 등 일간 뉴스를 다루는 업계 전문 매체 – 3nm/2nm 공정 개발, 새로운 칩 아키텍처 등 최신 동향을 파악하는 데 유용합니다.
세계경제포럼 & Ceres의 반도체 지속가능성 보고서: 이 자료들은 반도체 제조에서의 환경적 영향과, 칩 제조 과정에서의 물과 에너지 문제를 해결하기 위해 어떤 노력이 이루어지고 있는지 다룹니다 weforum.org, blog.veolianorthamerica.com.
기업 웹사이트 및 블로그(TSMC, Intel, ASML): 많은 업계 선도 기업들이 교육 자료나 최신 소식을 게시합니다(예: 인텔의 2030 RISE 지속가능성 목표, ASML의 EUV 관련 기술 브리핑 등).

이러한 소스를 따라가면 반도체 생산 이라는 드라마가 실시간으로 펼쳐지는 모습을 볼 수 있습니다. 이 드라마는 첨단 혁신과 치열한 글로벌 전략이 어우러진 이야기입니다. 미래가 칩 중심이 될 것이라는 말은 과장이 아니며, 이 분야를 이해하는 것은 앞으로 세상이 어디로 향하는지 궁금한 모든 이들에게 점점 더 필수적이 되고 있습니다.

반도체는 작지만 현대 세계의 무게를 짊어지고 있습니다 – 이제 우리는 반도체가 어떻게 만들어지고, 누가 만들며, 왜 전 세계적으로 흥분과 긴장의 초점이 되었는지 그 비밀을 밝혔습니다. steveblank.com

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출처:

2025년 반도체 산업 전망 | Deloitte Insights

반도체 산업의 지속가능한 미래를 위한 길 만들기

Steve Blank 반도체 생태계 – 설명

반도체란 무엇이며, 어디에 사용되는가? | TechTarget의 정의

CHIPS 이해하기, 1부: 반도체 제조의 도전 | 초당적 정책 센터

2020-2030년 주요 반도체 제조 국가: 생산 및 수출 통계 | PatentPC

430억 유로 규모의 EU 칩법, 최종 승인 – TechHQ

칩법: 이사회, 최종 승인 – Consilium.europa.eu

글로벌 반도체에서 도전을 기회로 바꾸다…