일본과 밀착하는 TSMC, 엔비디아 대항군 구축 나선 ‘챗GPT 아버지’…반도체 지각 변동

지난해 글로벌 반도체 시장이 메모리의 깊은 불황 속에 중국 견제에 나선 미국의 공급망 재편을 중심으로 움직였다면, 올해는 인공지능(AI) 반도체부터 파운드리(위탁생산), 핵심 장비 산업에 이르기까지 기업별로 연합 전선 구축에 나서는 모양새다. 각 영역에서 점유율 1위를 달리는 기업들은 시장 지배력 확장을 위해, 후발 주자들은 격차를 줄이기 위해 상호 시너지를 극대화할 파트너 모시기에 열을 올리고 있다.

최근 반도체 시장에서 특히 눈에 띄는 변화는 대한민국의 경쟁국인 대만과 일본의 협력 강화다. 대만은 파운드리 시장 점유율에서 압도적인 1위인 TSMC(57.9%)가 적극적인 보조금 지원을 약속한 일본 정부에 호응해 현지 공장 신·증설을 확대하고 있다.

대만 파운드리 기업 TSMC가 일본 구마모토에 짓고 있는 공장 현장. 교도통신

10일 업계에 따르면 일본 구마모토현에 총 11조 2000억원을 들여 신설 중인 1공장에 이어 최근 이곳에 2공장 건설도 공식화했다. 12~28나노미터(1nm·10억분의 1m) 공정을 적용한 반도체 제품을 생산할 1공장은 일본 소니그룹과 세계 2위 자동차 부품 기업 덴소가 합작사 형태로 참여했고, 일본 정부는 1공장 신설 비용의 41%에 해당하는 4조 5600억원을 보조금으로 지원했다. 일본 정부는 자국에서 10년 이상 반도체 공장을 운영하고, 글로벌 시장에서 반도체 제품이 부족할 경우 일본에 우선 공급하는 조건으로 보조금을 지급하고 있다. 구마모토 1공장은 올해 10월 초도 물량 양산을 목표로 마무리 공정이 진행 중이다.

TSMC는 1공장 투자에 그치지 않고 올해 말 구마모토 2공장 건설을 시작하기로 했다. 2027년 말 가동을 목표로 하며 6~7나노 첨단 반도체 생산을 주력으로 한다. 1공장이 현재 활발히 사용되는 ‘레거시 제품’ 공급을 담당하고 2공장이 첨단 반도체를 공급하는 형식이다. 1·2공장을 합산한 생산능력은 12인치 웨이퍼 기준 월 10만장에 달할 전망이다. 공정은 HPC(고성능컴퓨팅), 산업 및 소비자용 칩, 차량용 반도체 등 산업 전반에 필요한 제품을 생산한다.

TSMC는 “구마모토 1·2공장의 총 투자 규모는 일본 정부의 강력한 지원으로 200억 달러(약 26조 6700억원)를 초과할 것”이라며 “생산능력 계획은 고객 요구에 따라 추가로 조정될 수 있다”고 밝혔다.

구마모토현이 속한 규슈 지역에서는 향후 10년간 반도체와 관련해 180조원 규모의 경제효과가 발생할 것으로 기대하고 있다. TSMC가 반도체 생산 거점으로 집중 투자하고 있는 구마모토현의 경제효과는 10조 5360억엔(약 94조원)으로 구마모토현 10년간 예산보다 많을 것으로 추산된다. 니혼게이자이신문(닛케이)은 TSMC의 현지 투자와 관련해 “일본과 대만이 협력을 심화해 경제 안보를 강화한다”라면서 “일본, 미국, 유럽은 중국에 대항한 반도체 공급망 재구축을 추진하고 있다”고 보도했다.

국영 반도체 기업 ‘라피더스’를 앞세워 글로벌 반도체 시장을 장악했던 1980년대의 영광 재현에 나선 일본은 여전히 세계 최고 수준의 경쟁력을 보우한 반도체 소부장(소재·부품·장비) 시장에서도 공격적인 행보를 보이고 있다. 소부장 분야에서는 카메라와 프린터 등 앞선 광학 기술력을 갖춘 캐논이 노광장비 시장을 사실상 독점하고 있는 네덜란드 ASML에 도전장을 내밀었다.

방진복을 입은 윤석열(왼쪽부터) 대통령이 지난해 12월 12일(현지시간) 네덜란드 벨트호벤 소재 ASML 본사에서 빌럼-알렉산더르 네덜란드 국왕과 함께 클린룸을 방문, 크리스토프 푸케 ASML 최고사업책임자의 설명을 듣고 있다. ASML은 최첨단 2나노 공정에 들어갈 차세대 극자외선 노광장비를 이미 개발한 상태다. 서울신문 DB

노광장비는 반도체 제조 공정 중 핵심 단계인 ‘포토 공정’에 쓰이는 장비로, 반도체 원판인 웨이퍼 위에 나노미터 단위의 미세 회로를 빛으로 새겨 그리는 데 쓰인다. 첨단반도체의 기준이 되는 7나노 공정부터는 극자외선(EUV) 노광장비가 필요한데 ASML이 글로벌 공급의 91%를 점유하고 있다. 삼성전자와 SK하이닉스, 인텔과 같은 종합 반도체 기업 입장에서는 ASML의 EUV 장비 확보가 제품 생산성과 매출 증대에 직결되기 때문에 ASML은 장비를 납품하는 협력사임에도 막강한 영향력 덕에 ‘슈퍼 을’로 불릴 정도다.

캐논은 ASML의 방식과는 달리 반도체 설계도를 웨이퍼에 각인하는 방식의 ‘나노 임프린트 리소그래피’ 기술을 개발해 상용화를 앞두고 있다. 구체적인 가격은 알려지지 않았지만, 캐논은 1대 당 1억 5000만 달러가 넘는 ASML의 장비에 비해 매우 낮은 가격에, 전력 효율은 90% 높은 장비를 시장에 공급한다는 계획이다. 타케이시 히로아키 캐논 총괄 책임은 “이 기술은 최첨단 반도체를 간단하고 저렴한 비용으로 만들 수 있는 매우 독특한 기술”이라고 강조했다.

2022년 11월 생성형 AI ‘챗 GPT’를 세상에 내놓으면 산업계 전반에 생성형 AI 개발 경쟁에 불을 붙인 개발사 오픈AI는 새롭게 문이 열린 AI반도체 시장에서 ‘일인자’ 엔비디아에 대항하기 위해 연합전선을 구축하고 있다. AI 반도체 시장은 엔비디아가 80%가 넘는 점유율로 지배하고 있다.

올해 거대언어모델(LLM) GPT-4의 업그레이드 버전 공개를 추진하고 있는 오픈AI는 이를 위해 고가의 AI 반도체가 대량으로 필요한 상황이다. 엔비디아의 공급에만 의존하기에는 공급 부족 현상이 심화하고 있어 최근 샘 올트먼 최고경영자(CEO)가 직접 협력 파트너 확보에 나섰다.

샘 올트먼 오픈AI 최고경영자(CEO)가 미국 샌프란시스코 아시아태평양경제협력체(APEC) CEO 서밋에 참석하고 있다. 로이터 자료사진 연합뉴스

우선 안정적인 자금 조달을 위해 중동의 ‘큰 손’ 들과 협의하고 있으며, 삼성전자와 SK하이닉스, TSMC 등과는 AI칩 공동 개발과 공급망 구축 방안 등을 논의한 것으로 알려졌다.

앞서 올트먼 CEO는 지난달 25일 방한해 그 이튿날 삼성전자의 반도체 사업을 총괄하는 경계현 DS부문장(사장)과 곽노정 SK하이닉스 사장, 최태원 SK그룹 회장까지 연쇄 미팅을 가지며 오픈AI와 협력 방안을 논의했다.

반도체 업계 관계자는 “우리 입장에서 보면 작년은 사업적으로는 메모리가 얼어붙었고, 사업 외적으로는 미국의 ‘룰 세팅’에 따른 지정학적 변수 예측 및 대응 방안 마련의 해였다”라면서 “올해는 메모리도 반등을 시작했고, AI 반도체라는 새로운 시장 공략이 필수 과제로 떠오르면서 기업의 기술 투자와 주요 기업 간 협업이 더욱 활발해질 것으로 보인다”라고 말했다.

박성국 기자