반도체, 넥스트 시나리오 - 미래는 어떤 모습으로 다가오는가
- 저자
- 권순용 지음
- 출판사
- 위즈덤하우스
- 출판일
- 2021-11-16
- 등록일
- 2022-05-09
- 파일포맷
- EPUB
- 파일크기
- 30MB
- 공급사
- 알라딘
- 지원기기
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책소개
자율주행자동차, 메타버스, 암호화폐, 뇌-컴퓨터 인터페이스…
어떤 미래를 상상하든 그 중심에는 반도체가 있다!
첨단 제품부터 새로운 시장까지, 다음 10년을 설계하는 반도체 기술의 최전선
공학 유튜버 ‘에스오디 SOD’가 가까운 미래 우리 삶을 혁신할 최신 반도체 기술과 시장을 소개한 책이다. 한국생산기술연구원에서 반도체 패키지 소재를 연구한 저자는 이후 유튜버로 활동하며 전문 지식을 쉽고 재미있게 소개해 많은 사랑을 받고 있다. 복잡한 수식 없이 반도체의 기술적 원리와 최신 연구, 시장 동향과 전망을 친절하게 설명한 이 책은 반도체를 처음 공부하는 사람과 투자를 준비하는 사람 모두에게 최고의 입문서가 될 것이다. 특히 반도체와 연계된 주요 분야를 다룬 부록 ‘증폭’과 ‘스위칭’으로 이해의 폭을 한층 넓혔다.
책은 반도체를 “확실한 미래”로 제시한다. 실제로 전 세계의 모든 기술과 자본이 반도체에 집중되고 있다. 반도체 시장은 2020년 10.8퍼센트, 2021년 17.3퍼센트(예상) 성장해 조만간 그 규모만 6,000억 달러(한화 약 714조 원)에 달할 전망이다. 즉 지수적으로 성장하는 중이다.
가파른 성장세 뒤에는 ‘반도체 초혁명’이 있다. 책은 그 핵심 기술로 ‘초소화’, ‘자동화’, ‘에너지화’, ‘인간화’를 꼽는다. 초소화는 반도체의 크기는 줄이면서 성능은 높이는 기술을, 자동화는 고성능 반도체를 이용한 각종 자율 기술을, 에너지화는 에너지를 절약하는 수준을 넘어 만드는 기술을, 인간화는 반도체와 인간이 하나 되는 기술을 뜻한다. 이 기술들은 우리의 생활 방식을 송두리째 바꿀 것이고, 그런 점에서 거대한 부의 원천이 된다. 개별 기업의 주가는 오르내릴 수 있어도, 큰 흐름은 막을 수 없다. 최신 반도체 기술과 시장 전망, ‘테크’와 ‘재테크’를 아우른 이 책으로 그 흐름에 누구보다 먼저 올라타라.
“기술을 알면 돈이 보인다!”
2019년 말부터 ‘투자의 시대’가 계속되고 있다. 투자처야 다양하겠지만, 적어도 주식 시장에서는 반도체 관련 주가 가장 크게 사랑받았다. 이유는 간단하다. 반도체 없는 삶은 상상할 수 없기 때문이다. 컴퓨터와 스마트폰은 물론이고, 전자레인지부터 냉장고까지 사물인터넷으로 묶여 통제되는 온갖 가전제품과 심지어 자동차에도 반도체가 들어간다. ‘아는 것에 투자하라’는 격언을 따른다면 답은 반도체다.
하지만 대부분의 사람은 반도체가 굉장한 일을 한다고만 생각하지 정확한 원리는 알지 못한다. 기술에 대한 이해가 충분하지 못한 탓에 투자 포트폴리오도 삼성전자, SK하이닉스, TSMC, 엔비디아 등 누구나 아는 몇몇 기업으로 국한되어 있다. 하지만 “반도체처럼 미래 가치가 큰 기술은 보이는 게 전부가 아니다.” 책은 반도체 초혁명을 이끌 네 가지 핵심 기술(초소화, 자동화, 에너지화, 인간화)을 바탕으로 아직 모습을 드러내지 않은 ‘넥스트 시나리오’를 제시한다. 그 혁신의 실마리를 따라가다 보면, 대기업이 막대한 연구.개발비를 쏟아붓는 기술은 무엇인지, 게임 체인저가 될 스타트업은 어디일지, 적게는 몇천억 원에서 많게는 몇십조 원에 이를 신규 시장의 등장 시기는 언제인지 알게 될 것이다.
[초소화] _ 반도체, 세상을 바꾸는 1나노미터
반도체는 크기가 작아질수록 성능이 좋아진다. 더 많은 전기 신호를 더 빠르고 정확하게 전달할 수 있기 때문이다. 그래서 반도체 기업들은 1나노미터라도 더 작은 반도체를 설계하고 양산하기 위해 애쓴다. 하지만 아무리 작아도 최소한의 물리적 면적이 필요하기에, 이 한계를 극복하고자 양자역학을 도입한 터널펫이 개발 중이다. 이 외에도 반도체의 ‘용적률’을 높여 크기 문제를 해결한 TSV, 2진법 대신 3진법을 도입해 양자 컴퓨터에 버금가는 처리 속도를 자랑하는 3진법 반도체 등이 주목받고 있다.
이러한 초소화 기술의 최전선에 삼성전자와 TSMC가 있다. 초소화 기술은 거대 자본이 필수다. 최근에는 극자외선을 쏘아 미세 회로를 그리는 노광 장비가 대세인데, 시장에 보급된 장비의 90퍼센트 이상이 네덜란드의 ASML 제품이다. 그 가격이 대당 2,000억 원을 넘지만 다른 선택지가 없다. 이를 부담할 기업은 삼성전자와 TSMC 정도다.
최근 이 두 기업은 패키징 공정의 표준을 놓고 맞붙고 있다. 패키징 공정이란 반도체를 단단히 포장하고, 다른 부품과의 접점인 전극을 설치하는 공정이다. 삼성전자는 FOPLP를, TSMC는 FOWLP를 밀고 있는데, 승리하는 쪽이 반도체 시장을 석권할 것이다.
[자동화] _ 바로 지금, 당신의 일상을 설계하는 반도체
첨단 기술로 최근 가장 주목받는 것으로 자율주행자동차가 있다. 아직 완벽한 자율주행시스템은 개발되지 않았지만, 지금 수준만으로도 탄성을 자아낸다. 이러한 자동화 기술의 핵심은 막대한 양의 데이터를 빠르고 정확하게 처리할 고성능 반도체와 계속해서 정보를 습득하는 초소형 반도체, 이 모두를 끊김 없이 연결하는 무선 통신용 반도체다.
그중 초소형 반도체 시장이 가장 급속히 커지고 있다. 연평균 성장률이 9.8퍼센트에 달하는데, 미국의 놀스가 42퍼센트를 점유 중이다. 연계된 분야 중에는 자동차용 반도체 시장이 가장 뜨거운데, 현재 500억 달러(한화 약 60조 원) 규모로, 네덜란드의 NXP반도체, 독일의 인피니언 테크놀로지스 등 유럽의 반도체 기업이 강세를 보이고 있다.
무선 통신 반도체의 경우, 더 빠른 5G 통신을 실현하기 위해 퀄컴과 삼성전자가 노력 중이다. 특히 퀄컴의 기술력이 독보적인데, 최신 5G 통신인 밀리미터파 통신 기술을 선점해 독주를 이어갈 가능성이 크다.
[에너지화] _ 미래를 책임질 반도체 시너지 기술
반도체 기술은 에너지와 연결된다. 성능 좋은 반도체는 더 효율적으로 전력을 사용하기에, 그만큼 에너지를 아낄 수 있다. 그런데 한발 더 나아가 에너지를 만들어 내는 반도체 기술이 개발 중이다. 이를 에너지 하베스팅이라고 한다.
사실 우리는 매우 막대한 에너지를 제대로 써보지도 않고 버리고 있다. 자동차 연료 중 동력으로 전환되는 것은 30~40퍼센트에 불과하다. 나머지는 열에너지로 날아가 버린다. 일상생활에서 발생하는 마찰 전기나, 우리 몸에 흐르는 생체 전기도 활용하지 못하고 있다. 이것들을 모아 쓸 수 있다면 전기세도 아끼고 지구 환경도 보호할 수 있을 것이다.
이러한 생각에서 수많은 연구소가 에너지 하베스팅 개발에 뛰어들었다. 신체 움직임에서 발생하는 마찰 전기나 통신용으로만 쓰는 와이파이를 전자 제품의 전원으로 사용하는 기술, 공기 중의 습기로 전기를 발생시키는 기술 등이 대표적이다. 에너지 하베스팅은 이제 막 기초 연구가 시작된 수준이지만, 시장 규모는 벌써 6억 5,000만 달러(한화 약 8,000억 원)에 달할 정도로 가능성이 무궁무진하다.
[인간화] _ 반도체 인간의 탄생
반도체 기술의 발달로 가상현실 구현이 그 어느 때보다 ‘현실적’인 일이 되고 있다. 최근 각광받는 메타버스도 일종의 가상현실 플랫폼인데, 5년 내에 시장 규모 7,800억 달러(한화 약 900조 원)에 이를 것으로 전망된다. 하물며 현실과 구분할 수 없는 수준의 가상현실이 만들어진다면 모든 기술과 자본을 빨아들일 것이 분명하다.
현재 가상현실 기술은 크게 두 가지 방향으로 발전하고 있다. 첫째는 외부에서 인공적인 감각을 가해 몸을 속이는 것이다. 섬세한 터치까지 전달할 수 있는 인공 피부, 냄새를 풍기고 맛을 만들어 내는 뉴로모픽 반도체 등이 대표적이다. 특히 삼성전자가 비교적 앞서고 있는 홀로그램 디스플레이 기술은 아직 기초적인 수준인데도 시장 규모가 205억 달러(한화 약 24조 원)에 달한다.
둘째는 뇌-컴퓨터 인터페이스로, 전기 신호로 뇌와 직접 상호 작용하는 기술이다. 뇌파를 읽어내면 생각만으로 사물을 조정하거나 의사를 표현할 수 있고, 반대로 뇌에 적절한 전기 신호를 가하면 무엇을 상상하든 현실처럼 체험할 수 있다. 지금까지 이 정도 수준의 뇌-컴퓨터 인터페이스 연구는 미국 국방성 산하의 다르파나 나사 같은 특정 연구소의 몫이었는데, 최근 들어 테슬라(뉴럴링크)나 페이스북(메타), 커널 같은 거대 민간 기업이 적극적으로 뛰어들고 있다. 그만큼 상용화도 빨라질 것이다.
대한민국은 반쪽짜리 반도체 강국?
“또 한 번의 슈퍼 사이클을 기대하라!”
장밋빛 전망과 달리 최근 우리나라 반도체 기업들의 주가는 좋지 못하다. 특히 삼성전자는 매 분기 역대 최고 실적을 내고 있지만, ‘7만 전자’의 수렁에서 벗어나지 못하고 있다. 이유야 다양하겠지만, 무엇보다 주력 상품이 데이터를 저장하는 메모리 반도체이기 때문이다. 그보다는 연산에 특화된 시스템 반도체가 고부가 가치 상품이다. 삼성전자는 메모리 반도체 시장의 41퍼센트를 점유하지만, 시스템 반도체 시장은 4퍼센트를 점유할 뿐이다.
하지만 책은 ‘동학’을 그만두고 ‘서학’으로 갈아탈 필요는 없다고 강조한다. 우리나라는 반도체 산업의 기초 체력이 매우 좋은 편이다. 최근 5년 내의 성과만 봐도 놀랍다. 카이스트 연구팀은 상용화 수준의 터널펫과 고성능 열전 소재를 개발했다. 키스트 연구팀은 선진국 수준의 양자 컴퓨터와 양자 보안, 양자 통신 개발을 위해 박차를 가하고 있다. 유니스트 연구팀은 3진법 반도체, Fe램, 2차원 전극 등 고성능 반도체에 필요한 기술을 개발하고, 시장 규모만 400조 원에 달할 유기 소재 개발을 선도하고 있다. 또한 태양 전지부터 웨어러블 기기까지 다양한 분야에서 활용될 신소재 페로브스카이트의 효율을 높이는 데 성공했다. 포스텍 연구팀은 미래 가치를 가늠조차 할 수 없는 신소재인 메타 물질을 개발 중이다.
이러한 연구는 대개 기업의 지원을 받아, 또는 공동으로 진행된다. 예를 들어 3진법 반도체 개발은 삼성전자의 지원을 받았다. 이 반도체가 상용화된다면 갤럭시에 가장 먼저 적용될 가능성이 크다. 바로 그때 삼성전자는, 최근 고성능 반도체인 M1을 개발해 고성능 스마트폰 시장을 석권한 애플처럼, 관련 시장을 압도할 것이다.
이처럼 기회는 멀리 있지 않다. 문제는 누가 먼저 포착하는지다. 지금까지 반도체 슈퍼 사이클은 시장 수요에 의지했다. 기업들이 서버를 증축해 D램이 많이 팔리면 슈퍼 사이클이 발생하는 식이다. 하지만 다음번 슈퍼 사이클은 생활 방식을 완전히 바꿀 반도체 기술에서 비롯될 것이다. 어떤 기술이 등장할지, 그래서 우리의 삶이 어떻게 바뀌고, 어떤 시장이 형성될지 궁금한 사람일수록 반도체에 주목해야만 한다.
