D램·낸드플래시 시대 뒤이을 차세대 메모리 소자 찾는다…3나노 이하 선점도 목표

반도체 미래기술 로드맵 전략 발표회
전문가 192명과 함께 10개월간 구성
“민관협의체 구성해 기술 변화 대응할 것”

이종호 과학기술정보통신부 장관이 9일 오후 서울 서초구 엘타워에서 열린 '반도체 미래기술 로드맵 발표회 및 반도체 미래기술 민관협의체 출범식'에 참석해 발언하고 있다. /과기정통부

과학기술정보통신부는 9일 오후 서울 서초구 엘타워에서 ‘반도체 미래기술 로드맵’을 발표했다. 작년 5월 태스크포스(TF)를 꾸리고 산·학·연 반도체 전문가 192명이 작업을 시작한 지 1년 만이다. 구혁채 과기정통부 기초원천연구정책관은 반도체 기술력이 국가 경쟁력과 직결되는 상황에서 정부가 직접 나서 한국 반도체가 나아갈 길을 진두지휘하겠다는 의미라고 설명했다.

이날 정부가 발표한 ‘반도체 미래기술 로드맵’은 2032년까지 향후 10년 간의 연구개발(R&D) 전략을 총망라하고 있다. 크게 소자, 설계, 공정 분야로 나눠서 연구개발(R&D)이 진행된다.

소자 분야에서는 기존 반도체 소자인 CMOS(상보성금속산화막반도체)의 뒤를 이을 신소자 개발에 주력한다. 삼성전자와 SK하이닉스가 주도하고 있는 D램, 낸드플래시 메모리 대신 정부의 R&D는 차세대 메모리 소자 구현에 초점을 맞췄다. 민간이 잘하는 건 민간에게 맡기고, 정부는 새로운 먹을거리를 찾기 위한 마중물을 조성하는 셈이다.

과기정통부는 반도체 소자 분야의 3대 기술로 강유전체, 자성체, 멤리스터를 꼽고 있다. 강유전체는 플래시 메모리처럼 전원을 제거해도 정보가 유지되는 특징을 가지면서도 기존 소자보다 에너지 효율이 높고 동작 속도가 빨라 차세대 소자로 주목받고 있다. 자성체 또한 전원 없이도 정보 저장과 연산을 모두 할 수 있는 차세대 소자다. 자성체 속 전자는 계속 회전하는 ‘스핀’이란 특성을 지니는데 여기서 발생하는 자성을 이용해 정보를 다룰 수 있도록 만들었다.

멤리스터는 메모리(Memory)와 저항(Resistor)의 합성어로 전류 흐름과 시간 변화에 따라 저항 강도가 바뀌는 특성을 이용해 만든 차세대 소자다. 빠른 속도로 많은 정보를 처리할 수 있다는 장점이 있어 대용량 메모리반도체를 만드는 데 쓸 수 있을 것으로 기대된다. 과기정통부는 2032년까지 3대 기술 분야에서 핵심기술 19개를 확보하겠다는 목표를 세웠다.

반도체 미래기술 로드맵에 포함된 45개 핵심기술주제. /과기정통부

반도체 설계 분야에서도 새로운 혁신을 찾아 나선다. 챗GPT처럼 빅데이터를 이용한 거대 인공지능(AI)이 빠르게 발전하는 가운데 기존 반도체 설계로는 막대한 정보를 효율적으로 처리하기 어려워졌기 때문이다.

정보 대량 전송에 특화한 인공지능 반도체, 정보 통신 속도 개선에 쓰일 6세대(6G) 통신용 반도체를 차세대 반도체 설계 기술로 선정하고 핵심 기술 개발에 나선다. 외부에서 들어오는 전기를 효율적으로 분배해주는 전력 반도체, 차량 전용 반도체도 로드맵에 포함됐다.

공정 기술 혁신을 통해 파운드리 경쟁력을 강화해야 한다는 내용도 이번 로드맵에 담겼다. 삼성전자와 대만 TSMC가 3나노 공정을 두고 맞붙는 가운데 향후 3나노 이하 공정에서도 반도체를 안정적으로 생산하기 위한 기술을 먼저 확보하는 것이 중요해졌다. 구체적인 기술로는 반도체 소자를 원자 단위로 쌓아올리는 ‘원자층 증착’, 반도체 소자를 수직으로 쌓는 ‘3D 패키징’이 포함됐다.

정부는 로드맵을 원활하게 진행하기 위해 R&D 투자를 확대할 계획이다. 앞서 정부는 12대 국가전략기술에 5년간 25조원 이상을 투자하겠다고 발표했다. 지난해 3조7400억원 규모였던 관련 예산을 매년 10%씩 끌어올려 2027년에는 약 6조원까지 늘릴 예정이다.

로드맵이 장기 계획인 만큼 상황에 따라 이를 유동적으로 수정, 보완할 수 있도록 민관 협의체도 꾸린다. 구 정책관은 “보다 실무적이고 탄력적으로 움직일 수 있도록 민관 협의체를 구성하려 한다”며 “국내 산‧학‧연 전문가가 모두 참여해 미래 R&D 방향성과 그간 연구 성과를 논의할 수 있는 교류의 장이 될 것”이라고 말했다.

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