구미시가 쇠락하는 구미산단에 오랜가뭄 끝 한줄기 폭포수 처럼 반도체 특화단지 유치라는 쾌거를 이뤘다. 지난 20일 정부가 발표한 국가 첨단 전략사업 발표에는 용인과 평택,안성, 구미시가 포함됐다.

이중 용인시는 기흥의 삼성전자와 플랫폼시티로부터 처인구 원삼의 반도체클러스터를 잇는 'ㄴ자형' 반도체 벨트를 완성한다는 큰 그림 아래 테스트베드 구축, 소부장(소재·부품·장비) 기업 유치, 반도체 고교 설립 등을 뒷받침해 견고한 반도체 생태계를 조성하겠다고 선언했다. 또 용인을 반도체 산업을 이끌어 갈 전략적 요충지로 육성하고자 도로망 연결·확충 등 교통 인프라까지 갖출 비전도 밝혔다.

이처럼 용인시의 대대적 L 자형 반도체 밸트 구성 발표에 구미시 소부장 유치에 걸림돌은 되지 않을까 반도체 관련 전문가들은 우려하는 분위기다.

실제로 용인은 대대적 환영한 반면 소부장 유치에 성공한 안성과 평택은 차분한 분위기다. 반면 구미시는 이들 도시와 달리 곳곳에 현수막 게첨등 축제 분위기다.

◆ 반도체 완제품 생산 대기업 감기들면 소부장 업체는 몸살아닌 생사기로 

국내 반도체 소부장·팹리스·후공정(OSAT) 기업이 회원사로 참여하고 있는 반도체산업구조선진화연구회를 총괄하는 노화욱 회장은 "정부의 인프라 확대 정책 의지는 환영하나, 기업의 투자 의욕을 살려야 할 후속 정책이 핵심 관건이다"고 말했다.

노 회장은 "올 초 삼성전자와 SK하이닉스의 투자 중단 및 축소로 인해 가동율이 절반에서 제로까지 직면한 소부장 하청기업이 부지기수다. 갑이 감기에 들면 을은 생사기로에 서는 구조다. 소자생산 대기업 두 곳 만을 운명처럼 바라보는 우리나라 소부장 생태계의 한계 때문인데, 후속 조치로 이런 구조를 혁신해야 한다"고 꼬집었다.

이어  "반도체 투자 세제특례도 최근 핵심 이슈가 되는 후공정 소부장 투자는 간과되고 있어, 이런 실질적인 투자 유인과 확대정책이 후속적으로 받쳐주지 않으면 더 많은 반도체 소부장 특화공단을 제공해도 기업엔 무용지물로  2차 범지원 협의체의 혁신적 활동” 을 기대했다.

그럼 산업의 쌀 반도체는 무엇일까 

우리가 음식을 만들 때 알맞은 조미료를 첨가하는 것처럼, 반도체 역시 쓰임새에 따라 종류가 다르다. 반도체 종류는 크게 메모리반도체와 시스템반도체(비메모리반도체)로 나눌 수 있다.

사람으로 비유하자면, 메모리반도체는 기억을 잘하는 사람, 시스템반도체는 암산을 잘하는 사람이다. 참고로 Memory IC = 메모리반도체, Memory IC 제외한 전부 시스템 반도체 다.

전체 반도체 시장에서 차지하는 비중은 메모리반도체가 약 30%, 시스템반도체가 약 70% 정도 된다.

​이중 우리나라의 삼성전자와 하이닉스는 메모리반도체를 주력으로 하고 있고, 높은 순위와 시장점유율을 차지하고 있다. 다만 반도체 전체 시장으로 봤을 땐, 삼성전자와 하이닉스의 순위는 달라지게 된다.

​아직 삼성전자와 하이닉스는 시스템반도체 시장에서 우위를 차지하지 못하고 있고, 메모리반도체 시장의 관심은 축소되는 반면, 시스템반도체 시장의 관심은 점점 더 커지고 있어 그 중요성은 배가 되고 있다.

​그럼 메모리반도체와 시스템반도체의 차이점은 무엇일까  

◆ 메모리반도체 와 시스템반도체의 쓰임새등 차이점

소부장 협회등 반도체 관련자료에 메모리반도체 시장점유율 30%이며, 시스템반도체 시장점유율 70%로 나와있다.

사용 용도 는  데이터 저장용과 데이터 처리용이며. 사용처는 컴퓨터, 스마트폰, 데이터 저장 장치 등 한정적인 곳에서만 사용한다.  컴퓨터, 스마트폰은 물론, 냉장고, 밥솥 등 전류가 필요한 모든 곳에서 다 방면하게 사용된다. 

특히, 반도체 종류는 한정적인 곳에서만 사용되기에 품종이 많지 않지 않고 다양한 곳에서 사용되다 보니, 쓰임새에 맞게 품종이 많다.

생산구조면에서는 메모리 반도체는 소품종 대량생산이지만 시스템 반도체는 다품종 소량생산이다.  기술 수준도 메모리는  반도체 칩 회로가 비교적 단순한 면 시스템은 반도체 칩 회로가 매우 복잡하다.  이러한 메모리와 시스템 반도체의 제품 차이점 으로 소프트웨어(기술)도 비교적 간단하여, 하드웨어(생산)에 대규모 투자하는 것이 핵심,으로 즉 얼마나 싸게 만드는지가 중요하다. 

◆ 반도체 생산시 대기업과 중소기업 

생산 구조면에서 대기업은 생산에 많은 투자를 위해 자본이 많이 들어간 반면 중소기업, 벤처기업은 기술과 아이디어가 핵심이다. 

판매형식면에서는 메모리는 무특정 다수에게 표준화된 형태로 대량 판매해 기성복 수준이며, 시스템 반도체는 특정 수요에 맞게 각각의 모양으로 소량 판매하는 주문형 양복이라 생각하면 된다. 

생산 업체들의 판매 전략면에서는 메모리반도체는 선두주자로 진입한 소수의 대기업들이 원가 수준으로 판매를 하며 후발주자들의 진입을 막고 있는 상황으로 삼성전자, 하이닉스, 마이크론 세 기업이 독점 중으로 알려졌다.

시스템반도체는 대기업 및 국가의 투자로, 기술을 갖고 있으나 자금이 마땅치 않은 중소기업, 벤처기업의 기술 개발에 힘쓰고 있는 상황으로 정부가 계획하고 있는 용인 반도체 클러스터가 한 예다.

​◆ 반도체 시장의 호불황 사이클 

메모리반도체의 경우 판매처가 정해지지 않은 상태에서 대량으로 생산되는 제품이다 보니, 주기적으로 공급 과다로 인한 불황이 오지만 시스템 반도체는 대기업등독점 공급으로 제품 부족으로 호황이 찾아온다.

​반도체 호,불황 주기는 경제가 좋을 때와 나쁠 때를 의미하는데, 대체로 4~5년마다 반도체 시장의 불황과 호황이 이어져 이를 반도체 사이클이라고 불러 호황,불황시 가격 차이는 심하면 10배이상 차이도 난다.

실제로 2015년에 구글, 아마존 등 IT 대기업들이 데이터 센터를 지으면서 메모리 반도체 시장이 호황을 맞이했었다. 하지만 너무 많은 메모리 반도체 업체들이 시장에 진입해 공급이 과다됐고, 코로나가 찾아오면서 2020년 불황이 찾아왔다.

반면  시스템반도체의 경우 판매처가 정해진 주문형 시스템이기에, 반도체 사이클에 영향을 받지 않고 꾸준히 우상향했다.

이러한 상황으로 메모리반도체 비중이 높은 우리나라가 시스템 반도체 비중을 높여야 하는 이유 중 하나로 지적되고 있다.

가장 큰 시스템반도체 시장 로직에서, 우리나라의 점유율은 6%밖에 되지 않는다.

​◆ 메모리반도체 시스템반도체의 종류

 메모리 반도체 휘발성 메모리, 램(RAM)은 전원이 꺼지면 저장된 데이터가 사라진다. 반면 시스템은  휘발성인 대신, 저장된 데이터를 읽고 쓰는 속도가 빠르다.

예를 들자면 컴퓨터 기능 중 복사, 붙여넣기가 램을 사용하는 기능이다. 전원이 꺼지면 복사한 내용이 사라지게 된다. 램은 D램(동적 램, Dynamic)과 S램(정적 램, Static)으로 나뉘게 되는데 각각 특징은 다음과 같다.

△D램(Dynamic): 시간이 지남에 따라 주기적으로 ‘리프레시’ 해줘야 한다. 소흘시정보 가 유실된다. 

△S램(Static): 시간이 지나도 전원만 꺼지지 않으면 리프레시 없이도 정보 유지가 가능하고 속도도 엄청 빠르다.

S램의 성능이 D램보다 좋지만, S램은 D램보다 스위치도 6배가 더 들어가 만들기 복잡하고, 크기도 커서, 대량 생산에 부적합하다.

따라서 흔히 부르는 램은, 보다 만들기 쉽고, 대량생산이 가능한 D램을 칭한다.

롬(ROM)은 읽기만 가능했지만, 플래시(Flash)라는 게 나오면서 쓰기도 가능해졌다.

예시를 들자면 컴퓨터 저장 장치로 쓰이는 SSD, 우리가 편하게 들고 다니는 USB가 플래시에 해당된다.

* 리프레시란 D램 내부 커패시터(축전기)가 있는데, 시간이 지날수록 전하가 방전되어 방전 시는 정보가 유실될시 이를 다시 채워주는 걸 리프레시라고한다.

플래시는 낸드(NAND)와 노어(NOR)로 나뉘게 되는데 각각 특징은 다음과 같다.

▶ 낸드(NAND): 직렬 구조(회로가 간단), 읽기보다 쓰기가 빠름. 용량 늘리기가 쉬움.

▶노어(NOR): 병렬 구조(회로가 복잡), 쓰기보다 읽기가 빠름. 용량 늘리기가 어려움.

실시간으로 내용을 전달해야 하는 것들(예를 들어 무선 이어폰 등)을 제외하고는 낸드플래시만 사용하며, 낸드플래시의 시장규모 604억 달러(메모리 시장의 43%) 로  삼성전자 33%, 키옥시아 19%, 하이닉스 17% 다.

이처럼 한눈에 봐도 전원이 꺼졌을 때도 데이터가 유지되는 낸드플래시가 휘발성 메모리 D램보다 좋아 2025년에는 낸드플래시 시장이 D램 시장을 넘어설 걸로 예측하고 있다. 이에 따라 하이닉스는 기존 제품보다 생산 효율 34%, 정보 전송 속도 50%, 읽기 쓰기 성능 20% 좋은 낸드플래시를 개발했다고 한다.

이창용 고려대 교수(기술경영)는 “전략물자화된 반도체를 거머쥔 국가가 미래 산업의 패권을 가져간다고 보는 것”이라며 “거대 반도체 기업을 유치한 국가들은 소재·부품·장비 생태계 구축은 물론 대규모 인력 고용 효과까지 얻을 수 있다”고 말했다.