[잡담] 차이나의 반도체 생태계 조성 - 4

차이나의 반도체 생태계 조성이 무리인 이유 – 어느 인텔의 한 전직 연구원의 모노로그

인텔의 퇴직 연구원으로서 30여년 근무 경험에 비추어, 2021년 현재 차이나는 왜 하이엔드 칩을 생산할 수 없을까?”라는 기초적인 질문에 답을 구해보자. 인텔에 관련해서는 차이나가 아니라 삼성과 TSMC와 연관되었을 때를 회상했다.

이를 간단하게 설명하자면 Semi Processing 학습 곡선이다. 자세하게 하자면 아래의 설명에 있는 Semi Processing이란, 반도체를 설계하고 만들어 내는 일련의 공정을 말한다.

1. 세미 프로세싱은 과학만큼이나 예술이다. 여기에는 엔지니어 팀과 수백년에 걸친 일관된 집단적 경험과 기억이 필요하다.

a. Semi 프로세스에는 15-20개의 별개의 단계가 있는데, 각 단계는 매우 복잡하다. 예를 들어 각 단계는 일반적으로 10,000여개의 개별적인 작은 수정과 개선으로 구성된다. 그 중 일부는 특허로 캡처되고 많은 부분이 영업 비밀로 유지된다. 예를 들어 인텔의 회사 정책은 프로세스 영역에서 특허 가능한 아이디어 중 1~2개만 특허로 출원하고 나머지는 영업 비밀로 유지하는 것이다. 다른 말로 블랙박스화이다.

b. 경쟁력 있는 칩을 만들려면, 이 모든 분야와 단계를 똑같이 골고루 잘 수행해야한다.

c. 소비자 전자 제품에 사용되는 반도체에는 로직(CPU GPU 등), 메모리, 기능(통신 전력 등의 지정된 특수기능을 수행하는) 등 3가지 이상의 다른 형태가 있으며 3가지 모두 매우 다른 공정이다. DRAM칩을 잘 만들 수 있다고, 로직 또는 혼합신호(통신)칩도 잘 만들 수 있는 것은 아니다.

2. 세미 프로세스는 복잡한 공급망(Supply Chain)이 필요하다. - Photolith (https://news.samsungdisplay.com/21553) 기계는 매우 커다란 지원기능의 일부일 뿐이다. 업계의 리더들은 시간을 넘어 공급 업체와 매우 긴밀하게 협력한다. 그들 상호간에는 엄청난 신뢰가 있으며 장비는 각각의 고객에 맞게 조정된다.

3. 성공하려면 자금, 시간, 전문가 및 헌신적인 핵심 엔지니어 그룹의 일관성이 있는 노력이 필요하다.

나의 유추에 의하면 이것은 요리와 비슷하다 - 당신은 요리하는 Gordon Ramsey의 비디오를 볼 수 있다. 그의 모든 장비를 구입할 수 있다. 모든 재료를 구입할 수도 있다. 그러나 그와 같은 요리를 만드는 데에는 몇 년이 걸릴 수 있다. 음식의 냄새와 맛의 느낌으로 알게 된다. 조리법엔 토마토가 있지만 그것은 잘 익었거나 덜 익어야한다. 실험에 필요한 비디오를 보며 경험하고 그 변화를 보아야 한다.

이제 당신은 하나의 요리를 할뿐만 아니라 15개의 요리를 모두 똑같은 수준의 완벽단계에 있어야한다. 당신이 한 레스토랑을 가지려면 이것은 정말 힘들고 수년간의 헌신과 노력이 필요하다. 예를 들어 TSMC에는 30개의 Fab가 있다. TSMC는 현재 30 개의 미슐랭 스타 레스토랑을 보유하고 있다고 생각하자. 일부는 별 3개이고 다른 일부는 별 1개에 불과하다. 그러나 그것은 모두 동일하게 관리되어야 한다.

예 : TSMC는 1987년에 Philips와의 합작 벤처로 시작되었다. 그들은 Philips의 팹을 점프시키기 위해서 수년간의 경험을 쌓았다. 그다음 IBM으로부터 고급 프로세스를 배우기 위해 연간 10억 달러에 가까운 비용을 지불했지만 통신 칩 분야에서 세계적인 수준이 되기까지 15년이나 걸렸다. 칩의 디자인은 실제로 기술에 밑줄을 치는 것보다 더 쉽고 단순하다. 그래서 TSMC는 Broadcom과 같이 업계의 신규참여자들과 협력했다. Broadcom이 설계를 제공하고 TSMC가 설계를 완성했다. 하지만 둘 다이 작업을 수행하면서 매우 긴밀하게 협력했다.

그렇다면 왜 차이나는 2021년 현재 가전제품용 하이엔드 칩을 생산할 수 없을까?

그 한 가지 이유는 기술이 항상 새로운 표준 등으로 변화하고 있어 놓치기 때문이다. 만약 차이나가 변화에 전념한다면 그들은 칩을 설계 할 수 있다고 생각한다. 설계 지원 및 시뮬레이션 패키지는 매우 훌륭하며 충분히 똑똑한 사람을 고용하면 좋은 설계물을 개발할 수 있다. 또한 디자인 소프트웨어 프로그램은 복사와 이동이 자유로우므로, 예를 들자면, 쉽게 구매할 수 있다.

그럼 이제 디자인이 완성되었으므로 반도체 칩을 만들 수 있을까?

여기에 TSMC의 역사가 요약되어 있다 : Philips와의 JV는 경쟁(선도) 반도체 제조업체(IDM)에 비교하여 2노드(단계) 뒤의 프로세스를 시작하는 도박을 했다. 4-5년 후 TSMC는 1개의 프로세스 노드 뒤에 위치했다. 그리고 10년 뒤에 TSMC는 IDM을 따라 잡았다. 따라서 노드 당 약 5년이 걸렸는데 이는 IDM 역시 동시에 발전되고 있어 움직이는 목표였으며, 10년이 약 4~5개의 노드를 나타낸다. (따라서 TSMC는 A에서 시작하고 IDM은 C에 있었고 그래서 결국 노드 H를 따라 잡은 것이다).

그러나 이것은 메모리(DRAM 및 플래시)칩이 아니고 로직(마이크로 프로세서)칩도 아닌 겨우 통신 칩에 불과하다는 것을 기억해야 한다.

내 추정치는 차이나의 반도체 산업이 현재 약 4노드(단계) 뒤처진 것으로 본다. 따라서 현재 플레이어와 동등하게 되기까지는 약 20년이 필요할 것이다.

선두와 동등해야할까, 아니면 뒤에 1개 또는 2개의 노드라면 충분할 수 있을까? - 시장이 받아들일지 안할지는 모르겠다. 그러나 TV와 같은 일부 영역에서 몇 세대 뒤쳐지는 것이 큰 문제는 아니지만 휴대폰과 같은 다른 영역에서는 치명적일 수 있을 것이라고 생각된다.

차이나가 거기에 도달 할 수 있을까? 물론! - 서방의 반도체 생태계내 참여자의 적극적 지원을 조건으로, 빠르다면 10년일 수도 있겠지만 그러기엔 쉽지 않을 것 같다. 차이나 산업정보기술부 차관인 Wang Zhijun은 최근 다음과 같이 말했다. 반도체 자립을 위한 정부의 지원으로 올해 5만개 이상의 차이나 기업이 반도체 기업으로 등록됐다. 따라서 경쟁력을 높이기 위해 합병 또는 구조 조정이 필요하다. "이러한 문제가 있는 투자에 합류하면서, 차이나 칩 제조업체의 수가 작년에 급증했고, 그 다음에는 근시안적인 투자가 뭉쳤고, 더 나쁜 것은 프로젝트를 방기했다."

과잉투자와 집중력 부족이 현재의 문제인 것처럼 보인다. 꾸준히 발생하는 손실은 역외 경쟁자들에게 이롭고 그들은 여전히 더 발전하고 있을 뿐이라는 것을 의미한다. 더구나 그들은 장래에 무역냉전 같은 형태로 첨단기술이나 민감한 제품인 반도체 칩과 제약 등에서 차이나를 서방산업과 분리시킬 것이다.

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이 인텔에 30년 근무한 본 연구원의 결론에서 반도체는 기술이 승화된 예술로 만드는 작품인 것이다. 일당독제라는 고식적 제도아래의 추진 환경이거나 또는 아무나 돈을 부어넣는다고 만들 수 있는 것이 아니다. 반도체는 전 세계 최고의 사람들이 자유롭게 개방된 시장(Supply Chain)과 환경에서 폭넓은 정보 교환을 통한 협업을 프로젝트가 마무리 될 때까지 꾸준히 지속하는 인내를 통하여 만드는 예술품, 그 자체라는 것이다.

듣고 보니 많이 그렇다. 기존의 산업생태계를 떠나서는 쉽지 않다는 말을 너무 길게 썼다. ^^

 그럼 우리는 팝콘과 함께