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칩 제조 - 글로벌 기술 경쟁
칩은 현대 산업에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이는 최근 코로나19 팬데믹 상황에서 특히 두드러졌습니다. 전자 부품 부족으로 인해 2021년 전 세계 자동차 생산량이 4분의 1로 감소했는데, 이는 칩 제조업체들이 이전에는 가전제품, 컴퓨터, 휴대폰, 전기차에 집중했기 때문입니다.
러시아 산업계는 2022년 해외 칩 제조업체들이 잇따라 공급을 거부하면서 칩 부족 현상이 특히 심각했습니다. ABS(잠김 방지 브레이크 시스템) 제어 장치와 에어백 부족으로 러시아 자동차 생산이 수개월간 중단되기도 했습니다. 중국 라이선스를 받아 칼루가 이텔마에서 국내 ABS 생산을 시작하면서 상황은 다소 개선되었습니다. 하지만 ABS의 가장 어려운 부분인 제어 장치의 전자 두뇌는 중국에서 조립 생산됩니다. 자체 ABS를 개발하려면 1년 이상의 시간과 10억 달러 이상의 투자가 필요합니다. 러시아는 수십 년간 방치된 대가로 이러한 대가를 치러야 합니다. 자동차 산업은 러시아가 수입 칩과 부품을 사용해야 하는 수많은 생산 라인의 한 예일 뿐입니다.
마이크로일렉트로닉스 산업의 자율성은 대내외적인 여러 요인에 따라 좌우됩니다. 첨단 반도체 수입 제한은 러시아뿐만 아니라 중국도 겨냥하고 있습니다. 세계에서 가장 진보된 리소그래피(칩 제조) 장비를 생산하는 네덜란드 기업 ASM 리소그래피는 미국으로부터 중국에 제품 판매가 금지되었습니다. 미국은 2022년 8월부터 반도체 생산 촉진을 위한 인센티브 창출법(CHIPS Act, Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors Act) 또는 반도체 제조 촉진법을 시행해 왔습니다. 이 법은 마이크로칩 생산의 일부를 미국으로 이전하는 것을 주요 목표로 합니다. 현재 미국은 대만(중국)에서 반도체의 70~75%를 생산하고 있습니다. CHIPS 법은 미국 내 생산 시설 개발에 520억 달러를 투자하고 관련 세제 혜택에 240억 달러 이상을 투자할 계획입니다.
또한 미국은 슈퍼컴퓨터 개발에 사용되는 미국 기업 엔비디아(Nvidia)의 첨단 그래픽 프로세서를 러시아와 중국에 공급하는 것을 금지하는 방안을 검토하고 있습니다. 미국은 이로 인해 두 경쟁국의 인공지능 기술 개발이 둔화될 것이라고 주장합니다. 2023년 3월에는 중국 반도체 산업보호법(CHIPS Act)이 발효되어 중국에 대한 통제가 더욱 강화될 예정입니다. 28나노미터 미만의 상호연결 구조를 가진 칩 생산에 대한 중국 내 투자가 금지되었습니다. 이에 대응하여 중국은 국가 안보와 이익을 보호하기 위해 올해 8월 1일부터 마이크로일렉트로닉스 생산에 널리 사용되는 금속 갈륨과 게르마늄에 대한 수출 통제를 시행했습니다. 중국은 현재 전 세계 갈륨의 약 80%, 게르마늄의 약 60%를 생산하고 있습니다.
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칩 자립을 추구하는 국가들의 교훈
2015년 중국 정부는 "중국 제조 2025"라는 개념을 발표하며 2025년까지 국내 반도체 수요의 70% 이상을 충족하겠다는 목표를 세웠습니다. 그러나 2022년에는 그 수치가 16%에 그쳤습니다. 이 프로젝트는 성공적이지 못했지만, 중국은 현재 러시아보다 훨씬 유리한 "위치"에 있습니다.
정보 기술 수준이 상당히 높은 인도의 경우, 자체 칩 기술 구축을 계획하는 것 역시 매우 어렵습니다. 인도는 국내 마이크로칩 생산을 위해 대만(중국)의 폭스콘(Foxconn)을 초청했습니다. 처음에는 28nm 칩 제조 표준을 목표로 했지만, 이후 40nm로 낮추는 데 성공했습니다. 그러나 결국 대만(중국)이 프로젝트에서 철수했습니다. 여러 가지 이유가 있겠지만, 가장 큰 이유는 인도에서 생산에 필요한 고도로 숙련된 기술팀을 확보할 수 없기 때문입니다.
러시아는 다소 늦었지만 글로벌 칩 전쟁에서 물러날 생각이 전혀 없습니다. 현재 러시아는 최소 65nm 이상의 연결 구조를 가진 칩을 생산할 수 있는 반면, 대만의 TSMC(중국)는 5nm 공정을 완벽하게 구현했습니다.
현재 러시아-우크라이나 분쟁에서 제기되는 한 가지 의문은 러시아가 어떻게 미사일과 기타 무기를 무한정 발사할 수 있는가 하는 것입니다. 그 답은 미사일 및 기타 군사 장비용 칩을 100~150nm 상호 연결 구조로 제작할 수 있으며, 러시아가 주도권을 잡을 수 있다는 것입니다. 러시아는 이전에 라이선스를 받아 니콘과 ASM 리소그래피를 사용했던 수입 장비를 통해서만 65nm 칩을 생산합니다.
민간 칩 프로젝트와 관련하여 러시아는 몇 가지 초기 단계에 들어섰습니다. 젤레노그라드에 28나노미터 칩 제조 공장을 건설 중이며, 미크론(Mikron)은 생산 확대를 위해 70억 루블(미화 1억 달러)의 대출을 받았습니다. 또한, 젤레노그라드 나노기술 센터는 130nm 리소그래피 기계에 대한 57억 달러(미화 7천만 달러) 규모의 입찰을 진행 중입니다. 350nm 기계 개발에는 거의 10억 루블이 배정되었습니다. 이 기술은 분명 오래되었지만, 전적으로 국내에서 생산됩니다. 상트페테르부르크를 비롯한 러시아 여러 도시의 모스크바 전자기술연구소(Moscow Institute of Electronic Technology)와 같은 곳에 개발된 칩 생산을 위한 테스트 사이트 네트워크 구축에는 50억 루블이 배정되었습니다.
하지만 돈이 전부는 아닙니다. 칩 자율화 프로그램의 어려움은 제품의 복잡성뿐 아니라 다른 문제들에도 있습니다. 무엇보다도 엔지니어 부족이 심각합니다. 우선순위 프로그램에 수천억 루블을 배정할 수 있지만, 자격을 갖춘 전문가를 찾기가 어렵습니다. 세계적인 수준의 반도체를 개발하려면 수백, 아니 수천 명의 엔지니어와 과학자의 노력이 필요합니다. 그것도 하나의 연구소나 설계 회사가 아니라 기업 전체의 노력이 필요합니다. 코메르산트에 따르면 2023년 7월 기준 러시아 산업 시설의 42%가 인력 부족에 직면했습니다. 유명 드론 공장인 크론슈타트는 운영 및 테스트 엔지니어, 공정 엔지니어, 항공기 조립 엔지니어, 항공기 전기 설치 엔지니어 등 9개 전문 분야에서 동시에 인력을 구하지 못했습니다. 이 문제는 앞으로 더욱 악화될 것으로 예상됩니다. 따라서 미래의 마이크로칩 공장을 위한 인력을 어디서 확보할 수 있을지가 관건입니다.
다음은 실험실에서 얻은 결과를 대량 생산으로 이전하는 문제입니다. 예를 들어, 러시아 과학 아카데미 산하 미세구조물리학 연구소는 오랫동안 EUV 리소그래피 연구에 상당한 성공을 거두었습니다. EUV 리소그래피는 X선을 이용하여 10nm 이하의 미세 구조를 가진 칩을 제조할 수 있는 최신 장비입니다. 2019년, 연구소의 수석 전문가이자 명예 학자인 니콜라이 살라셴코는 러시아가 기존 해외 장비보다 10배 저렴한 리소그래피 모델을 개발 중이며, 5~6년 안에 완성되기를 기대한다고 밝혔습니다. 이 장비는 미세 칩을 제작하는 데 큰 기대를 모으고 있으며, 소량 생산도 가능합니다.
야심 찬 계획이었지만, 실제로는 거의 5년이 지난 지금까지도 리소그래피 기술의 획기적인 발전에 대한 소식은 없었습니다. 과학자들이 시제품을 개발했다 하더라도, 제조 공정을 구축하고 공장을 지어야 했습니다. 이론적으로는 러시아가 니콘이나 ASM 리소그래피가 생산했던 어떤 것보다 더 완벽한 시제품 리소그래피 기계를 개발할 수 있었을지라도, 양산에는 실패했습니다. 이는 소련 시대에도 드문 일이 아니었고, 오늘날에도 여전히 그렇습니다.
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