미국, 양자컴퓨터용 차세대 반도체는 일본 밀어주기로

조 바이든 미국 대통령이 반도체 재료인 웨이퍼를 들고 있는 모습. /AP 연합뉴스

미국과 일본이 양자컴퓨터 등에 사용하는 차세대 첨단반도체 양산을 위한 공동 연구를 시작한다. 일본은 연내 자국내 공동 연구개발의 거점을 건설하고 시범 제조라인을 둘 계획이다. 일본은 2025년까지 차세대 반도체의 대량 생산이 가능한 인프라를 정비할 계획이다. 목표 회로선폭은 2나노(나노는 10억분의 1)m다. 이 분야 세계 최고인 대만 TSMC의 목표가 2025년 2나노 기술의 생산 시작이다. 일본과 미국은 각각 수조~수십조원의 자금을 확보해 공동 프로젝트를 지원할 계획이다.

미국이 안정적인 반도체 공급망과 관련, 차세대 반도체 분야에서 일본과 손을 잡은 것이다. 단, 이 분야의 세계 최강인 한국과 대만의 도움없이 성공할지는 미지수다. 이를 의식한 미국과 일본은 공동 연구에 한국, 대만 등 민간기업에도 협조 요청할 계획인 것으로 알려졌다.

29일(현지시각) 개최할 예정인 미일 외무·경제 각료회의인 ‘경제판 2 플러스 2′에서 이같은 내용을 명기할 예정이라고 니혼게이자이신문이 29일 보도했다. 서플라이 체인(공급망) 협력 방안의 공동 문서에 적시한다고 니혼게이자이는 전했다. 이 신문은 “일본의 하기우다 고이치 경제산업상과 러몬도 미국 상무장관이 지난 5월 맺은 반도체 제휴와 최근 양국 정상회담의 합의를 근거로 이런 협력에 합의했다”고 전했다.

일본은 연말까지 새로운 연구기관인 차세대 반도체 제조기술개발센터(가칭)를 출범시킨다. 일본의 최고 국책연구기관인 산업기술종합연구소나 이화학연구소, 일본 국립대학인 도쿄대학 등과 협력, 이번 차기 반도체 제조 거점을 확립할 계획이다. 미국의 국립반도체기술센터(NSTC)의 인재와 기술도 제조 거점 건설과 이후 공동 개발에 참여할 것으로 보인다.

◇ 일본, 2나노 시범제조라인 건설나서

반도체는 회로 폭이 좁을수록 고성능이고 전력 소비도 적다. 이번 공동 연구는 회로폭이 2나노(나노는 10억분의 1)m인 차세대 반도체다. 현재 최첨단 스마트폰 등에는 주로 10나노 미만의 반도체가 쓰인다. TSMC를 비롯해 대만 반도체기업들이 ‘위탁제조’(파운드리) 시장을 주도하는 상황이다. 삼성전자도 파운드리 시장의 세계 2위다.

닛케이는 “대만의 TSMC는 2025년 2나노의 반도체 제조를 시작할 계획”이라고 보도했다. 삼성전자도 TSMC와 2~3나노 경쟁을 치열하게 펼치고 있다. 미국과 일본은 중국이 대만의 침공 가능성이 있는 상황에 우려를 표시하고, 대만에서 유사 사태가 발생하더라도 미국과 일본에 일정량의 첨단 반도체 공급이 원활하게 이뤄지도록 한다는 대의 명분을 내걸고 있다.

신연구기관에는 민간 기업도 대거 참가할 예정이다. 연구 분야는 반도체의 설계, 제조 장치·소재 개발, 제조 라인의 확립 등 3분야다. 미국과 일본은 한국과 대만의 정부 연구기관과 민간기업에도 협력을 요청할 계획이다. 미국과 일본 정부는 재정 지원 방안도 검토 중이다. 일본은 10년간 1조엔(약 9조6000억원) 연구개발비를 확보할 것이라고 닛케이는 보도했다. 앞서 미국 의회 상원은 27일 반도체 생산연구에 7조엔의 보조금을 투입하는 법안을 통과시켰다.

한국과 대만에 밀린 일본이지만, 여전히 반도체 제조 장비와 소재 분야에서는 경쟁력을 갖추고 있다. 반도체 시장은 3개 축으로 이뤄졌다. 연산을 담당하는 인간의 두뇌에 해당하는 로직칩이 있는데, 이 분야는 미국이 세계 최강이다. 엔비디아, 애플, 퀄컴, 인텔 등이 두뇌 설계의 최고다. 여기에 기억을 담당하는 메모리 반도체 분야는 한국 삼성전자와 SK하이닉스, 미국 마이크론, 일본 키옥시아 등이 시장 장악했고, 한국이 세계 최강이다. 마지막으로 중요한 분야가 파운드리다. 로직칩을 설계하면, 이걸 가져다가 생산해 납품하는데, 워낙 제조 기술이 첨단이 되다보니, 오히려 설계도보다 위탁 제조가 투자 자금도 많이 들고 기술적 난이도가 높아진 이례적인 상황이다. 대만 TSMC가 가장 앞서있다. 이번 미일의 공동연구는 이런 세번째 파운드리 시장에 대한 공급망 확보 차원이다.

주요 분야에서 모두 밀린 일본이지만, 반도체 제조시 꼭 필요한 제조 장비나 제조 공정때 들어가는 첨단 소재에선 도쿄일렉트론이나 스크린홀딩스, 신에츠화학공업, JSR 등이 세계적인 경쟁력을 확보하고 있다. 미국이 일본을 공동 개발의 파트너로 삼은 이유 중 하나로 보인다.