"中 기술력으론 안될텐데…?" 화웨이, 7nm 자체 칩 생산 어떻게 가능했나

자체 생산 가능한 DUV 기술 고도화 추정
'멀티 패터닝' 기술 이용하면 10nm 극복
"中 기업, 여전히 거대한 혁신 역량 갖춰"

중국의 대표 IT 기업이자 미 상무부의 고강도 제재를 받는 화웨이가 자국 기술로 최첨단 스마트폰을 내놔 전 세계의 이목이 쏠리고 있다. 화웨이 '메이트 60 프로' 스마트폰의 핵심은 7나노미터(nm) 공정을 도입한 반도체다.

8월 30일 중국 광둥성 선전에 위치한 화웨이 플래그십 스토어에서 직원이 새로운 화웨이 메이트 60 스마트폰을 고객에게 소개하고 있다. [이미지출처=로이터연합뉴스]

현재 미국의 반도체 기술 관련 수출 제한을 받는 중국에선 7nm급 반도체를 자체 생산할 기술력이 전무한 것으로 전해졌다. 그런데도 화웨이는 어떻게 7nm 칩을 수급할 수 있었을까.

글로벌 고급 기술 없이 10nm 벽 뚫은 中

[이미지출처=로이터연합뉴스]

화웨이는 스마트폰 애플리케이션 프로세서(AP) 디자인 자회사인 '하이실리콘'에서 칩을 설계한다. 하이실리콘의 AP는 영국 ARM 홀딩스의 설계도(ARMv8) 기술에 의존한다는 점에서 완전한 '중국산'은 아니다. 하지만 ARMv8은 ARM의 중국 자회사인 'ARM 차이나'를 통해 공급받을 수 있으니 현재로서는 수출 제한될 우려는 없다.

결국 관건은 완성된 설계도를 위탁생산할 반도체 팹이다. 미 상무부 블랙리스트에 오른 뒤로 TSMC, 삼성전자 등 글로벌 1, 2위 파운드리와 계약하지 못하게 된 화웨이에 선택지는 같은 중국 업체인 SMIC뿐이다. 실제로 화웨이의 7nm 칩은 SMIC 기술력으로 생산한 것으로 전해졌다.

문제의 '자국산 7나노미터(nm) 칩' 탑재 스마트폰인 화웨이 메이트 60 프로 [이미지출처=연합뉴스]

문제는 선단 공정 기술력이다. 현재 중국은 고급 반도체를 제조할 기술을 수입할 수 없는 처지에 놓여있다. 그중에서도 10nm 이하 칩을 제조할 때 핵심이 되는 설비인 ASML EUV 노광기는 사실상 수급이 끊긴 상태다. 즉, SMIC는 EUV 노광기 없이 '10nm의 벽'을 뚫었다는 뜻이 된다.

자체 생산 가능한 DUV 고도화했을 가능성 커

ASML의 EUV보다는 구식 기술이지만, 중국 업체 SMEE도 DUV라는 노광기계를 제조할 수 있다. SMIC는 이 DUV의 빛 패턴을 여러 번 그려 회로의 밀도를 높이는 '멀티 패터닝' 기술을 활용해 10nm의 벽을 뚫었을 것으로 추정된다. [이미지출처=SMEE]

SMIC의 7nm 공정이 처음 세상에 모습을 드러낸 건 지난해다. 당시 미국의 반도체 산업 분석 업체 '테크인사이츠'는 SMIC가 제작한 7nm 칩 샘플 일부를 입수해 분석한 결과, TSMC의 7nm 공정과 유사한 칩이 맞다고 주장했다. 화웨이의 7nm 칩에 적용된 공정도 바로 이 기술일 가능성이 높다.

SMIC는 어떻게 EUV 없이 7nm 공정에 성공했을까. EUV의 역할은 극미세한 빛을 반도체 표면에 쪼여 '전자 회로' 역할을 할 패턴을 새기는 것이다. 하지만 이런 '패터닝 공정'은 EUV만 할 수 있는 게 아니다. EUV 전 세대 기술인 DUV 노광기로도 할 수 있다. 중국은 DUV 노광기 자체 제조 기술을 보유한 나라다.

DUV는 EUV처럼 미세한 단위로 빛을 조정할 수 없기에 14nm 공정 이하부터는 한계를 드러낸다는 게 정설이었다. 하지만, DUV의 빛을 여러 번 쪼여 패턴의 밀도를 높이는 '멀티 패터닝' 기술을 활용하면 이 한계를 어느 정도 극복할 수는 있다. EUV가 아직 보편화되지 않았던 시절 SK하이닉스, TSMC 등도 이런 멀티 패터닝 기술을 이용해 미세 공정의 한계에 도전했다.

SMIC가 7nm을 극복해낸 것도 멀티 패터닝 덕분으로 보인다. 다른 업체들이 EUV 확보에 열을 올릴 때, SMIC는 대신 DUV 기술을 고도화하는 방식을 택한 것이다.

아직 中 기술력은 美에 뒤처져…하지만 "여전히 역량 크다"

중국 최대 반도체 위탁생산 업체인 SMIC [이미지출처=연합뉴스]

그러나 SMIC의 7nm은 EUV 노광기를 사용한 다른 업체의 7nm 칩보다는 훨씬 성능이 떨어질 것으로 보인다. 미 IT 전문 매체 '탐스하드웨어'도 SMIC에 대해 "첨단 노드 공정에 진입했다"라고 평가하면서도 "(칩의) 세부 사항은 시장 선두업체들과 비교해 상당히 낮을 것"이라고 지적했다.

무엇보다도 SMIC는 이제 막 7nm 공정을 안정화하는 단계에 돌입했겠으나, TSMC, 삼성, 인텔 파운드리 등 다른 위탁생산업체는 1nm의 영역을 가늠하고 있는 상태다. 순수한 기술력 측면에서 중국 업체들은 아직 몇 계단이나 뒤처져 있는 셈이다.

다만 전문가들은 단순한 수출 규제, 고관세 정책 등으로는 중국의 '혁신 속도'를 늦출 순 있어도 막을 순 없다는 게 드러났다고 지적했다. 크리스 밀러 미국 터프츠 대학 교수는 워싱턴 포스트(WP)와 인터뷰에서 "화웨이 같은 중국 기업은 여전히 큰 역량을 지녔다"라며 "(대중) 규제를 강화할지를 둘러싼 미 정가의 논쟁이 더 심화할 수 있을 것"이라고 내다봤다.

임주형 기자 skepped@asiae.co.kr