첨단산업의 「쌀」에 비견되는 반도체산업의 국내기술수준은 어디까지 와 있는 것일까. 과연 일부에서 얘기되는 세계 2위권에 근접해 있는 것인가?
지난 4월26일 느닷없이 국내에서 최첨단반도체인 16메가D램이 개발됐다는 뉴스가 각 일간지와 TV에 보도됨으로써 세상을 깜짝 놀라게 했다.
이 보도의 주요내용은 삼성전자 기흥종합 연구소 '진대제'박사팀이 16메가D램의 시제품을 개발하는데 성공했으며, 5월27일에 일본 교토(京都)에서 열리는 세계 초대규모집적회로학회에서 이 내용이 담긴 논문을 공식 발표한다는 것.
이 보도가 있자마자 산업계와 학계는 물론 정부에서도 깜짝 놀라는 한편 당황해하는 기색을 감추지 못했다. 그 이유는 국내기술수준으로는 91년에 가서야 16메가D램이 개발되리라고 예측돼 왔기 때문.
이제까지 관례로 보아 16메가D램 4메가D램 등 새로운 제품이 개발되는데 보통 3~5년이 소요됐다. 삼성전자 금성반도체 현대전자 등 반도체업체들이 지난해 중반에야 비로소 16메가D램 개발팀을 구성했으므로 그동안에 이를 개발하기에는 그 기간이 너무나 짧다는 것이다.
세계적으로 지난 87년 일본 NTT가 세계 최초의 16메가D램을 개발, 국제고체회로회의(ISSCC)에 발표해 신선한 충격을 주었다. 이어 지난해에 히다찌 도시바 마쓰시다가, 금년 2월에는 NEC(일본전기) 미쓰비시 등이 각각 16메가D램을 발표했다.
이처럼 일본을 제외하고는 미국조차도 아직 개발에 성공한 적이 없는 16메가D램을 우리나라가 세계 2번째로 개발했다니 만약 사실이라면 충분히 놀랄만한 일이다.
세계 2번째(?)
그러나 정작 가장 당황한 측은 삼성전자와 전부. 16메가D램 개발소식은 먼저 삼성전자에 초비상을 걸었다.
삼성은 이 보도가 나간 직후 5월초 황급히 기자회견을 자청. 16메가D램을 개발사실을 극구 부인하고 나섰다. 프레스센터에서 열린 기자회견에서 삼성측은 '올해 3월까지 16메가D램 기술개발을 위한 선행, 연구로서 기본적인 개발방향을 정립했을 뿐 이라고 밝혔다. 즉 메모리소자 메로리셀(cell)및 주변회로의 배열방향설정과 내부전압강화를 위한 설계회로및 동작을 확인하는 정도로서 16메가D램에 사용될 메로리셀구조의 가능성을 확인하는데 그쳤다는 것이다.
셀구조기술로는 16메가D램에서 사용된 스태키드타입을 축소하여 16메가D램 개발가능성을 확인했으며, ELDD(Enhanced Lighhtly Doped Drain)의 구조를 갖는 소자의 유용성이 확인됐다. 그러나 16메가D램의 비트가 완전히 다 작동하는 시제품을 얻기 위해서는 핵심기술의 개발이 선행돼야하며 이를 위해 앞으로 2~3년이 더 소요될 것이라는 설명이 주요 골자였다.
삼성측은 내년 1월경에 약 50%수준의 셀동작및 주변회로동작이 가능해지며, 91년 3월까지는 완전하게 비트가 나오는 시제품을 개발할 예정이라고 덧붙였다.
16메가D램개발이 기업이미지를 향상시킬수있는 절호의 기회임에도 불구하고 삼성이 극구 부인하고 나선데에는 나름대로 그만한 속사정이 있다. 그 주된 이유는 삼성이 16메가D램 프로젝트로 인해 정부로부타 받게되는 자금지원 문제이다.
정부는 16메가D램의 공동개발을 위해 지난 4월부터 과기처 상공부 체신부가 각각 2백50억원씩 총 7백50억원을 거둬 삼성 금성 현대 등 반도체 3사와 전자통신연구소(ETRI)에 지원키로했다. 결국 이들 3개업체와 ETRI가 공동으로 개발하기로 한 16메가D램이 삼성에서 이미 개발돼버렸다면 자금지원은 바랄 수가 없게되는 형편이었다.
이와관련 정부측으로서는 나름대로 크게 두가지가 마음에 걸렸다.
우선 16메가D램 개발에 이미 적지않은 예산이 책정되어있는데 삼성이 한발 앞서간다 하더라도 그것을 전면 백지화시키는데는 현실적인 어려움이 따른다는 것이다. 거꾸로 그럼에도 불구하고 정부가 16메가D램 공동 연구에 자금지원을 강행하면 중복투자라는 비난을 면치못할 것은 불을 보듯 뻔한 일.
또 하나는 당시 쌍둥이 적자를 안은 미국이 우리나라에 대해 새 통상법에 따른 우선협상국지정이라는 무기를 휘두르려고 하던 찰나였다는 점이다. 어떻게든 미국의 눈밖에 벗어나는 일은 피하려고 전전긍긍하던 것이 정부의 입장이었다. 당시 한국은 우선협상국지정을 면하기 위해 부총리를 비롯한 경제각료들이 직접 현지에서 백방으로 묘책을 찾고 있었다. 특허침해등을 빌미로 첨단산업이 아닌 분야까지도 시장개방을 강요해왔던 미국은 우리나라가 반도체칩보호법을 제정하지 않는데 대해 강한 불만을 표시해 온게 사실이다.
그런 상황에서 국내에서 16메가D램이 개발했다고 한다면 한·미통상협상에 악재(惡材)로 작용할 공산이 컸다.
아무튼 그후 우리나라가 우선협상국지정에서 벗어나기는 했지만 이 문제는 국회에서까지 중복투자여부로 논란의 대상이 되었다. 그렇다면 이처럼 문제가 되고있는 16메가D램은 과연 어떤 것이며, 우리나라의 반도체 산업수준은 어디까지 와 있는 것일까?
물질은 전기적 특성에 따라 전기를 잘 통하게 하는 전도체와 전기를 전혀 통하지 않게 하는 절연체, 주위의 여건변화에 따라 전기를 통하게도 하고 통하지 않게도 하는 반도체로 구분된다.
손톱만한 크기에 2백만자를 기억
전도체에는 금 은 구리 알루미늄 등이 있고, 절연체에는 유리 고무 플래스틱등이 있으며 반도체의 대표적인 물질을 실리콘 게르마늄 세렐 등이다. 반도체의 이러한 특성을 이용해 만든 것이 반도체소자이다. 반도체소자는 트랜지스터 다이오드 등 개별소자와 집적회로(IC)로 대별된다. 일반적으로 반도체는 개별소자와 직접회로를 총칭하고 있다.
오늘날 가장 중요한 비중으르 차지하고 있는 반도체는 메모리칩 마이크로프로세서 마이크로컨트롤러 마이크로페리퍼럴 등 마이크로컴포넌트류및 주문형반도체(ASIC등)이다.
직접회로는 반도체인 실리콘 조각위에 사진식각법으로 에칭(Eching)을 해 트랜지스터 다이오드 캐패시터(Capacitor) 저항 등 구조를 집적시킨 것이다. 이중 메모리(기억소자)는 램(RAM)과 롬(ROM)이 있는데, 칩속에 기억셀을 형성시켜 문자나 숫자를 기억 하도록 만든 것이다.
램은 기억된 정보를 읽어내기도 하고 다른 정보를 기억시킬 수 있어 마치 '칠판'과도 같다. 롬은 기억시킨 정보를 읽을 수만 있게된 것으로 흔히 '책'에 비유된다.
램은 다시 D램과 S램으로 나뉘어진다. D램은 전원이 공급되고 있는 동안에도 일정시간내에 주기적으로 정보를 다시 써넣지않으면 기억내용이 없어지는 메모리로서, 기억셀은 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터로 구성된다. 이것은 집적도를 크게 높일 수있는 장점이 있어 오늘날 컴퓨터 기억장치에 주로 사용된다. 즉 32비트 퍼스컴에는 2백50KD램이 주기억장치로 20개내외가 들어간다.
S램은 전원이 공급되는 동안 항상 기억내용이 남아있도록 만든 반도체이다. 1개의 기억셀 보통 4개의 트랜지스터와 2개의 저항으로 구성된다. 이것은 소비전력이 동작속도가 느린 단점이 있지만 정보의 보존력이 D램에 비해 뛰어나다.
반도체는 개별소자의 집적개수에 따라 집적도가 달라진다. 이것은 정보처리단위인 비트(bit)로 나타내며 일반적으로 1K(K는 1천)비트이하는 IC, 1K~15K비트는 LSI(대규모집적회로), 64K비트이상은 VLSI(초대규모집적회로)라고 한다. 집적도는 4배씩 향상된다. 즉 1K에서 4K 16K 64K 2백56K 1메가(1천24K) 4메가 16메가 64메가 등으로 발전된다.
가령 4메가 D램은 약 5mm×12mm 크기의 칩속에 약 1천만개의 트랜지스터와 캐패시터를 집적시킨 것이다. 이는 약 4백만비트 즉 한글 52만 4천자를 기억시킬 있는 능력을 갖췄다. 4메가D램보다 4배 높은 집적도를 가진 16메가D램은 약 2백만자의 한글을 기억할 수 있는 놀라운 반도체이다.
당하기만 하는 특허분쟁
우리나라가 이러한 반도체산업에 손을 댄것은 그리 오래전의 일은 아니다.
1965년 미국 KMOG사의 투자로 합작업체인 '고미(高美)산업'이 인가되면서 국내 반도체산업은 그 서막을 열었다.
미국 벨연구소의 쇼클리, 브래틴, 바덴등 세 과학자가 트랜지스터를 개발함으로써 노벨상을 받은지 18년후의 일이다. 그후 외국인 업체및 합작업체의 주도아래 다이오드 트랜지스터 IC등이 단순조립 생산되었다.
국내기업으로는 금성사가 70년 처음으로 반도체조립생산에 착수했다. 그후 삼성전자가 74년, 금성반도체가 79년, 현대전자가 83년에 각각 설립돼, 80년대이후 재벌기업들의 반도체분야에 대한 본격적인 투자가 이루어졌다. 이들은 서로 뒤질세라 메모리사업에 참여해, 84년 64KD램을 첫개발한 이후 2백56KD램(85년) 1메가D램(86년) 4메가D램 및 1메가S램(88년) 을 개발하는데 성공해 눈부신 성장속도를 과시해왔다.
그러나 주로 조립 또는 모방생산을 해온 국내반도체산업의 기술수준은 비교적 낮은 상태이다. 이는 근복적으로 미국둥 선진국과 비교해 엄청나게 뒤늦게 출발에 기인한다. 반도체기술은 크게 설계기술 웨이퍼가공기술 및 조립기술로 나눠지는데 조립기술은 비교적 발전한 반면 가공이나 설계기술은 매우 뒤져있다. 또 반도체재료와 제조장비등을 거의 외국산에 의존해 순수한 국산이라고는 별로 없다는 지적도 받고있다.
그러나 D램분야에서는 선진국에 1~2년 격차를 두고 뒤쫓아가고 있다. 이는 D램이 칩회로의 규칙적인 배열등으로 인해 구조가 비교적 단순하므로 공정기술만 어느정도 확보되면 쉽게 생산해낼 수있기 때문이다.
반면 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)로 쓰이는 마이크로프로세서나, 오디오 비디오 등 가전제품이나 각종 산업용 기계의 특정용도에 맞춰 제작되는 ASIC(특정용도집적회로)등 주문형IC는 고도의 설계기술이 필요하므로 국내생산이 어려운 실정이다.
설계기술이 뒤지는 대표적인 예가 수년전부터 우리나라가 미국과 일본한테 일방적으로 당하고 있는 특허권분쟁이다.
그 발달은 이렇다. 85년 세계적인 반도체 불황에 직면한 미국은 이를 타개하기위해 일본 한국 등에 특허침해를 이유로 막대한 로열티를 요구해왔다.
일본은 자신들의 노하우를 최대한 활용해 오히려 역공세를 폄으로써 이에 효율적으로 대처해 나갔지만 설계기술이 전무한 한국은 무방비상태에서 곤욕을 치뤄야만 했다.
삼성이 TI사에 엄청난 금액의 로열티를 지불했으며 현대도 인텔사의 특허제소에 휘말려 최근까지도 고전을 하고있다.
심지어 2백56KD램 하나에도 여러 외국회사들이 덤벼들어 국내기업들에 로열티를 뜯어가고 있는 실정이다. 국내기업들이 반도체 특허와 관련돼 외국업체에 지불한 로열티만도 수천만달러에 이르고 있다는 것이다.
미래의 기간산업
이처럼 엄청난 댓가를 치르면서도 반드시 우리나라가 반도체산업을 해야만 하는 것일까?
물론 세계 모든 나라들이 반도체산업에 힘을 쏟고있는 것은 아니다. 현재 반도체산업이 활발한 나라는 미국과 일본이며 독일과 한국 대만을 포함한 동남아 일부국가들이 미·일을 멀찌감치에서 추격하고 있다. 그러나 전자산업에 초년병인 중국도 서서히 이 분야에 눈을 뜨고 있는 형편이어서, 반도체산업을 '하지못해서'이지 '하지않으려고'하는 나라는 없다고 해도 과언이 아니다.
철강산업이 현대공업사회의 기간을 닦은 산업이었듯이 반도체산업도 장차 정보와 사회의 기간산업이 될 것이 틀림없기 때문이다.
현재에도 반도체가 쓰이지 않는 전자제품은 거의 없으며 그 용도가 점차 넓어지고있다. 컴퓨터 통신은 말할 것도 없고 오디오 비디오 세탁기 가전제품에서 항공 우주 군수산업에 이르기까지 다양하게 쓰이고 있다.
반도체시장규모 또한 무시하지 못한 만큼 거대하다.
세계적인 시장조사회사인 '데이터퀘스터'에 따르면 세계 반도체시장규모는 올해 4백63억달러에서 오는 91년에는 6백80억달러로 성장해 간다는 것. D램만 하더라도 올해 63억달러에서 91년에 88억달러규모에 이를 전망이다.
반도체의 중요성은 무엇보다 모든 첨단제품의 핵심부품으로서 그 기술이 없이는 제품의 경쟁력을 높일수 없다는데 있다. 또 날로 두터워지는 선진국의 기술보호장벽은 반도체의 기술이전을 더욱 어렵게하고 있다.
인텔 모토롤러 등 미국업체들은 몇년전만 해도 일본업체들에게 8비트 마이크로프로세서의 세컨드소스(Second Source)를 제공했다. 그러나 일본이 미국을 바짝 추격해오자 32비트 마이크로프로세서 부터는 일체 세컨드소스를 허용하지 않고 있다. 냉엄한 기술경쟁의 한 단면을 보여주는 대목이다.
세마테크
반도체산업은 최근 국가차원의 전략산업으로 변하고 있는 느낌이다.
반도체 대국(大國)인 미국도 정부차원에서 대대적인 지원을 하고 있다.
지난 85년이후 메모리분야에서 미국은 일본에 추월당해 최근에 이르러서는 미국의 메모리생산이 전무한 상태에까지 이르렀다. 이렇게 선두가 뒤바뀐 가장 큰 원인은 85년 불황이 닥쳤을때 일본이 거대기업의 막강한 자금력과 조직력으로 버텨갔던데 비해 미국의 실리콘밸리에 산재한 중소기업들은 손을 뗐거나 잇달아 도산하는 수밖에 없었기 때문이다. 모토롤러와 같은 대기업조차도 메모리 사업을 포기하고 보다 안정적인 수요가 보장되는 마이크로프로세서에 주력할 정도였다.
미국은 이로인해 지금은 메모리분야에서 일본에 완전히 뒤져있다. 87년부터 미국 정부는 IBM TI 모토롤러 AM0 내셔널세미컨덕트등과 공동으로 '세마테크'라는 프로젝트를 추진하고 있다. 연간 2억5천만달러를 투입해 16메가D램등 첨단반도체를 개발, 옛 영화를 되찾기위해 안간힘을 쓰고있는 것이다. 이중 미국정부가 지원하는 금액은 1억달러정도이고 나머지는 기업들이 나눠 분담 한다는 것.
미국은 세마테크를 통해 지난 3월말 64KS램용 웨이퍼생산을 시작했으나 앞으로 단시일내에 일본을 따라잡기는 힘들 것으로 보인다. 미정부와 기업들이 공동으로 결성한 세마테크는 미국 정부가 반도체산업을 산업계에만 맡겨두어 결국 메모리분야에서 일본에 뒤쳐진데 대한 반성의 소산이기도하다.
공동연구의 실효성 확립돼야
우리나라의 반도체산업은 이제 갓 걸음마를 마친 단계이다. 설령 메모리분야에서 선진국에 1~2년 차로 육박하는 성장속도를 보이고 있지만 제품의 시장도입기에서 그 격차는 엄청난 결과를 초래한다. 실제 지난해 중반 1개당 30달러를 호가하던 1메가D램이 올해들어 12달러까지 하락했다. 시장도입기에서 한발 뒤지면 그만큼 부가가치는 서너발 이상 낮아질 수밖에 없다. 특히 반도체산업에서는 2, 3위는 의미가 없다. 오로지 1위만 생존할 수 있는 비정한 승부의 세계인 것이다.
어쨌든 삼성전자의 진박사는 예정대로 일본학회에서 '피크 큐런트노이즈를 줄인 실험적인 16메가D램'이란 제목으로 16절지 3장정도의 논문을 발표했다. 그러나 이 내용만으로 16메가D램 개발의 진위를 판단할 수는 없는 일이다. 일본 NTT가 87년 세계 최초로 16메가D램을 개발했다고 발표한지 2년이 지난 지금에도 시제품조차 선보이지 못하고 있는 설정인 것이다.
결국 어느 단계까지를 개발로 볼 것이냐는 문제가 남게 된다. 통상적으로 반도체는 개발, 시제품생산, 양산의 3단계가 있는데 이 3단계가 상당한 간격을 가지고 있어 개발이 곧 양산으로 이어지지는 않는다. 설령 반도체를 완전히 개발했다 할지라도 상품화(양산) 하려면 일정치 이상의 수율(收率)이 확보돼야 한다. 수율이 떨어지면 채산성이 맞지않아 양산을 할수없는 것은 당연한 사실이다.
이런 견지에서 보면 이번 사건이 개발이냐 아니냐를 가지고 논란을 거듭한다는 것은 그 의미가 크게 삭감된다. 정부측에서도 그후 전자통신연구소와 함께 16메가D램개발에 관한 실사(實査)에 나섰으나 삼성이 기자회견시 발표한 내용과 크게 다르지 않았다는 후문이다. 정부는 이에따라 예정대로 ETRI와 반도체 3사가 참여하는 공동프로젝트를 추진키로 했다.
고도의 장치비용이 들고 위험부담이 큰 반면 미래의 기간산업적인 성격을 갖는 반도체산업에 정부가 적극 지원한다는데 반대할 이유는 없다. 그러나 이번일을 계기로 보다 실효성있는 공동연구의 제도적 장치가 마련돼야할 것으로 보인다.
아울러 이제까지 D램중심의 성과주의적 지원에서 벗어나 반도체재료 제조장비 마이크로컴포넌트 ASIC등에도 지원의 눈을 돌려 보다 균형있는 반도체산업의 발전을 이룰수 있어야 할 것이다.
