[고영화의 중국 반도체 노트] <1> 中 반도체 굴기, 한국 따라잡나 <上>

[편집자] 미국의 대중국 기술 제재 이후 중국의 반도체 굴기가 한층 맹렬하게 진행되고 있다. 의욕 만큼이나 실패도 연속되고 있지만 중국은 시행착오를 통해 한발짝 씩 기술 축적의 수준을 높여가고 있다. 중국이 반도체 전용 펀드를 앞세워 반도체 육성에 나선 것은 2014년이지만 미중 무역 마찰을 겪으면서 반도체 약진세가 한층 빠르게 추진되고 있다는 분석이다. 2보 전진 1보 후퇴의 공방이 계속되는 가운데 국내외 전문가들은 대륙의 실수 '샤오미' 처럼 반도체 분야에서도 어느 순간에 '대륙의 실수'가 터져 나올지 모른다고 입을 모은다. 중국 4차산업 혁명 기반 디지털 신기술에 정통한 고영화 연구원의 중국 반도체 이야기를 시리즈로 연재한다. 글 싣는 순서는 시시각각 변하는 중국 반도체 이슈에 따라 최신 내용으로 다소 조정될 수 있다.

글싣는 순서

1. 중국 반도체 굴기, 한국 따라잡나
2. 중국 반도체 설계 기술 현주소
3. 中 파운드리 점유율 확대와 한계
4. 후공정 분야 중국 반도체 세계 정상
5. 반도체 굴기 '보틀넥' 장비산업 공급망 회복은?
6. 무서운 잠재력 중국 반도체 소재
7. 이미지 센서 반도체 세계 3위
8. 세계를 리드하는 중국 AI반도체
9. 반도체 굴기 지탱하는 자동차 반도체 위용
10. 중국 휴대폰 반도체 놀라운 시장 규모
11. 다양한 응용 中 MCU 반도체 시장
12. 3세대 반도체 세계 1등의 꿈
13. 반도체 협력 한중 상생 방안

중국이 2014년 이후 추진하는 '반도체 굴기'를 성공시키기 위해서는 반도체 시장의 27% 정도를 차지하고 있는 메모리 반도체에서도 성과를 내야 한다.

하지만 현재 중국은 유일한 낸드플래시(NAND Flash) 공장 창장메모리(YMTC)와 유일한 D램(DRAM) 공장 창신메모리(CXMT) 등의 매출을 모두 합쳐도 세계시장점유율 1% 정도만을 차지할 정도로 성적이 저조하다.

그런 상황에 최근 홍콩언론들이 2022년 3월에 중국 정부가 선전(深圳)에 새로운 D램 반도체 공장 성웨이쉬(昇维旭, SwaySure)를 설립했다고 보도하면서 중국의 메모리 반도체 산업에 어떤 변화가 올 것인지 궁금증이 더해지고 있다.

[베이징=뉴스핌] 최헌규 특파원 = 1970년 세계 최초의 D램 제품 모델 Intel 1103 (출처: 인터넷 공개 자료). 2022.07.04 chk@newspim.com

◆ 세계 메모리 반도체는 가격과 특허 경쟁

메모리 반도체는 1966년 아이비엠(IBM)이 발명했고, 1970년 인텔(Intel)이 최초로 상용 D램(모델 Intel 1103)을 출시한지 이미 50년이 경과했다. 미국에서 시작해 유럽 및 일본에 이어 1990년대 한국에도 기술이 전달되었고, 2000년대에 수많은 업체가 경쟁을 하던 중 2007년부터 가격 '치킨게임'이 시작됐다.

2008년 세계 경제위기를 지나면서 일본 엘피다(Elpida, 당시 2위), 독일 키몬다(Qimonda, 당시 3위) 등이 파산했으며 그 뒤를 이어 한국의 삼성전자와 SK하이닉스가 세계 시장을 독점하는 체계를 만들어 냈다. 이후 가격을 낮추기 위해 규모를 키우고 수율을 높이는 경쟁은 더욱 치열해졌다.

메모리 반도체는 구조상 1개의 트랜지스터에 1개의 콘덴서로 1비트(bit)를 저장하는구조를 취하기 때문에, 너무 작게 만들 수 없는 특성이 있어, 최첨단 3~5 나노 기술을 겨루는 파운드리 제조공정 보다는 다소 정밀도가 떨어지는 10~20 나노의 제조공정에서 생산된다. 그래서 기존 메모리 기업들은 특허장벽을 높이 쌓아 새로운 경쟁자의 진입을 막고 있다.

또 하나 반도체 메모리의 특성은 여러 가지 IT 제품에 활용하기 위해 표준화가 잘 되어 있어 소품종 대량생산이 가능하기 때문에, 설계-제조-후공정을 일괄 처리하는 종합반도체회사(IDM) 방식을 취해 더 가격을 낮추고 있다. 최근에는 부가가치가 낮은 후공정의 일부를 외주 주는 경우도 있다.

[베이징=뉴스핌] 최헌규 특파원 = 009년 키몬다(Qimonda)의 DDR3 제품 (출처: 바이두 백과사전, 2022.7). 2022.07.04 chk@newspim.com

◆ 중국 기업의 메모리 반도체 경험 축적

중국의 메모리 반도체 설계 및 제조 관련 산업은 2000년대 초반부터 산발적으로 시도되었고, 기술이 조금씩 축적되어 왔다.

2000년 설립된 전문 파운드리 기업 SMIC(中芯国际, 688981.SH, 중신국제)는 2002년부터 독일 인피니언(Infineon)과 일본 엘피다(Elpida)의 D램을 파운드리 생산하면서 크게 성장했기 때문에 메모리 반도체 제조 노하우를 일부 가지고 있다. 현재 SMIC는 세계 5위 파운드리 기업이다.

우한신신(武汉新芯, XMC, 비상장)은 2006년 설립 이래 NOR Flash를 IDM생산해 왔고, 현재는 50나노 공정으로 12인치 웨이퍼 월 6만장 규모를 양산하고 있다.

자오이창신(兆易创新, 조역창신, 603986.SH, GigaDevice)은 2005년 미국 실리콘벨리에서 반도체 설계(팹리스) 전문회사로 설립되었고, 주요사업은 플래시 메모리(NOR Flash 세계 1위), MCU(ARM 기반, RISC-V 기반), 센서(터치스크린, 지문, 거리측정) 등 3가지 분야이다. 중국의 대표적 반도체 기업으로 2022년 가트너 선정 중국 반도체 설계 기업 매출 6위에 올랐고, 2022년 6월 중국 반도체 전문 매체 IC카페에 의해 중국 MCU 반도체 경쟁력 1위 기업에 선정된 바 있다.

◆ 중국 유일의 D램 공장 창신메모리(CXMT)

중국 유일의 D램 IDM 공장 창신메모리(长鑫存储, CXMT, 비상장)는 중국 내 최고의 반도체 설계기술을 보유하고 있던 자오이창신과 D램 반도체 사업진출을 계획하던 안후이성 허페이시 정부의 공동 출자를 통해 2016년 6월 허페이시에 설립되었고, 자오이창신의 CEO 주이밍(朱一明)이 회장으로 추대되었다.

이후 창신메모리는 2017년 3월 1공장을 착공하고, 2018년 1 월 1공장을 완공한 후 장비설치를 시작했고, 같은해 7월에는 1공장을 가동했다. 그 해 12월 19나노 공정의 8Gb DDR4 시제품을 생산하고, 다음 해인 2019년 9월 8Gb LPDDR4 시제품을 생산했으며, 12월 양산규모는 12인치 웨이퍼 월 2만장 수준에 도달했다. 창신메모리는 현재 생산 능력을 확장 중이며, 2020년 19나노 공정의 12인치 웨이퍼 월 4만, 5만장 수준에서 2021년엔 월 6만장을 생산했고, 2022년에는 월 12만장 생산을 목표하고 있다.

[베이징=뉴스핌] 최헌규 특파원 = 창신메모리(CXMT)의 DDR4 및 LPDDR4 8Gb D램 (출처: 창신메모리 홈페이지). 2022.07.04 chk@newspim.com

창신메모리가 어떻게 회사설립 2년 반의 짧은 기간 안에 일사천리로 DDR4 및 LPDDR4 등 D램 2개 모델 개발에 성공했을까? 그 해답은 독일 키몬다(Qimonda)로 부터 입수한 D램, 플래시 메모리, 반도체 제조 공정, 제조, 노광, 후공정, 메모리 인터페이스 상관기술을 기초 삼아, 약 25억 달러를 쏟아 부어, 키몬다의 46나노 메모리 공정을 19나노 급으로 개발하는데 성공했다는 것을 알 수 있다.

여기 언급된 키몬다는 독일 인피니온(Infineon)이 2006년 당시 세계 3위의 규모를 가지던 메모리 반도체 사업 부문을 분사시켜 설립 되었다. 이후 2007년 메모리 반도체 치킨게임을 견디지 못해, 2009년 뮌헨 파산 법원에 파산 보호 제도를 신청하였으나, 2011년 법원은 청산을 결정했다. 당시 인피니언도 같은 해 분사 당시에 비해 매출이 4분의 1로 급감하고 8000억 원(한화)이 넘는 손실을 입는 등 큰 위기를 맞았으나, 무선 통신 반도체 사업을 인텔에 매각하고 주력 사업에 집중하며 회생할 수 있었다.

이 와중에 2009년 8월, 랑차오그룹(浪潮集团, INSPUR)은 1억 위안이 이상 가치의 장비과 기술을 보유한 키몬다 중국 R&D센터 (시안 소재)를 3000만 위안이라는 헐값에 인수하여 시안화신반도체(西安华芯半导体)로 개명한다. 이때 전수된 키몬다의 1000만 건 이상의 D램 관련 기술 파일과 2.8TB의 데이터가 창신메모리의 기술 기반이 되었다. 시안화신은 2015년 다시 칭화유니(紫光集团)에 인수되고, 시안쯔광궈신반도체(西安紫光国芯半导体, UniIC)로 개명되어 현재에 이르고 있다.

D램 개발을 완료한 창신메모리는 공식판매에 앞서, 2019년 12월 미국 와이랜(WiLAN, 나스닥 상장사 쿼터힐(Quarterhill)의 자회사)과 특허 라이센스 계약을 통해 기존 키몬다의 D램 기술특허를 공식적으로 확보했고, 2020년 4월 미국 반도체회사 램버스(Rambus)로 부터 라이센스 계약을 통해 D램 기술 특허를 추가로 확보했다. 이로서 창신메모리는 D램 분야 특허장벽을 완벽히 넘을 수 있게 되었다.

창신메모리는 올해 2월에 대규모 투자유치에 성공해, 알리바바를 비롯한 19개 투자투자자부터 200억 위안 이상의 자금을 투자유치했지만, 구체적인 사항은 비공개 하고 있다. 이름도 기존의 '허페이창신'에서 '창신메모리'로 바꿨다.

이 회사는 현재 19nm 공정을 17nm 공정으로 고도화 시키고, DDR5 등 신기술 개발에 발차를 가할 것으로 보인다. 특히 이름을 창신메모리로 바꾼 것으로 보아, D램 뿐만 아니라 낸드플래시를 개발해 종합 메모리 기업으로의 발전을 추구하고 2, 3공장 설립으로 생산량 확대에 나설 것으로 예상된다.

하지만 2022년도 1분기 현재, 허페이창신의 세계 시장점유율은 0.2%에도 미치지 못해, 생산능력 확충과 판로개척이 시급한 문제로 대두되고 있다.