생생한 반도체 이야기 - 중국의 메모리 반도체 진출을 조금 더 객관적으로 바라 봅시다

안녕하세요. capincau입니다.
이번 여름 정말 힘드셨지요? 역대급이라고 했던 1994년에도 그렇게 힘들었다는 생각을 안했는데, 에어컨 없이는 잠을 자기 어려울 정도로 견디기 힘들었습니다. 나이 탓이 아니었기를 바래 봅니다.

최근 반도체 관련 기사들 중에 중국이 하반기에 낸드 플래시 메모리 양산을 시작할 예정이고 내년에는 DRAM도 생산할 거라는 내용을 읽은 적이 있습니다. 낸드 플래시 메모리는 32단 제품, DRAM은 30나노급 제품이라고 하네요. 경쟁력 있는 우리나라 기업이 중국 기업에게 1위 자리를 내준 경험이 많다 보니 반도체도 그러지 않을까 하는 우려가 많습니다. 중국이 메모리 시제품을 내놓기만 하면 메모리 공급이 늘어나서 가격이 떨어지고, 삼성전자와 SK하이닉스의 이익이 줄어들거라는 뉴스와 기사를 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 충분히 걱정할만한 상황이긴 합니다만, 정말 그렇게 될까요? 삼성전자가 메모리 반도체를 어떻게 키웠는지 그 과정을 먼저 들여다보면 중국의 반도체 굴기를 예측하는데 도움이 될 것 같습니다.

삼성전자의 반도체 사업 성장과정

1974년 한국반도체를 인수한 후 LSI(집적회로) 개발과 생산을 시작했습니다. 당시에 생산하던 LSI제품은 전자제품에 들어가는 IC라고 보면 됩니다. 이후 1983년 64k DRAM 개발을 선언하면서 미국의 마이크론과 기술협약을 체결하였습니다. 마이크론으로부터 받은 것은 DRAM 설계도와 포토 패터닝에 필요한 마스크, 그리고 완제품 정도였고, 제조 기술과 제조 과정에서 발생하는 문제점을 해결하는 노하우는 전혀 도움을 받을 수 없었습니다. 자체 개발 외 방법이 없었으므로 엄청난 시행착오를 경험하게 되었지만 결국 64k DRAM 개발에 성공하게 됩니다.

64k DRAM 개발에 성공한 이후 256k DRAM, 1M DRAM을 차례대로 개발하는데 성공하였으나 90년대 초반까지는 수익을 내지 못했습니다. 개발은 했지만 수율이 낮았기 때문인데, 80년대 후반에 기술 과목 선생님께서 수업 중 이런 말씀을 하신 적이 있습니다. ‘웨이퍼 한 장 생산해봐야 칩이 한두 개 정상적으로 동작하는데, 수율이 그렇게 낮으니 손해만 나지. 저러다 회사 망한다니까.’ 언론에서 하던 이야기를 그대로 전달한 것일 수 있습니다만, 삼성전자가 반도체 사업을 하는 것을 어느 누구도 긍정적으로 보지 않았습니다. 오히려 누적된 적자가 수천 억에 이를 정도로 상황이 좋지 않았습니다.

적자를 감수하면서 고용량의 DRAM 제품을 꾸준히 개발하고 양산하면서 개발 기술과 제조 기술을 쌓았는데, 80년대 후반에서 90년대 초반까지 수율이 어느 정도였는지 알 수 있거나 추정할 수 있는 자료는 찾을 수 없었습니다. 그러나 반도체 사업을 유지한 것으로 보아 수율이 높아지면서 수익성도 개선되었을 것으로 예상합니다. 독자 기술로 DRAM을 개발하고 생산했다는 것은 매우 대단한 일입니다만 이때까지도 반도체가 돈을 많이 벌게 해주는 사업은 아니었던 것 같습니다. 그런데 90년대 초반에 들어서면서 몇 가지 사건들로 인해 삼성전자는 메모리 분야의 절대강자로 올라서게 됩니다.

첫 번째는 과감한 투자입니다. 삼성전자가 반도체 사업에서 어느 정도 기술력을 쌓았을 1990~1991년도는 전 세계 반도체 산업이 불황이었던 시기입니다. 모든 반도체 기업들이 투자를 줄일 때 삼성전자는 투자에 나섰는데, 6인치 웨이퍼가 대세였던 때 8인치 웨이퍼로 전환하는 결정을 했습니다. 웨이퍼에 가공하는 반도체 제품은 웨이퍼 위에 똑같은 반도체 칩을 여러 개 만든 뒤 잘라서 사용합니다. 웨이퍼의 면적이 넓어지면 그만큼 더 많은 반도체 칩을 얻을 수 있는데, 6인치에서 8인치로 지름이 1.3배 커지면 면적은 1.69배 커지게 되어 생산성이 약 70% 상승하는 효과를 얻을 수 있습니다. 반도체 장비회사도 그들만의 경쟁이 있었는데, 생산성이 높은 8인치 장비를 개발하여 시장을 선점하려는 그들의 계획을 실행해줄 회사가 삼성전자 밖에 없었기 때문에 싼 값에 장비를 구입할 수 있었던 점은 투자 비용을 낮추는데 큰 도움이 되었습니다.

두 번째는 PC 시장의 성장입니다. 1990년 정도로 기억하는데, 친구 집에 놀러 갔다가 애플컴퓨터로 게임하는 친구를 부러워했던 적이 있습니다. 불황 이후 MS-DOS를 OS로 하는 IBM 호환기종과 애플컴퓨터의 폭풍 같은 성장 덕분에 PC에 들어가는 RAM 수요가 급증하였고, 과감한 투자와 8인치 라인으로 생산능력을 키운 삼성전자는 증가하는 수요에 효과적으로 대응할 수 있었습니다.

세 번째는, 이렇게 표현하는 것을 다른 곳에서 본 적이 없지만, 운이라고 생각합니다. 준비가 되어야 기회가 왔을 때 잡을 수 있다고 합니다만, 그 기회가 원하는 때 오라는 법은 없습니다. 삼성전자가 8인치 장비로 투자를 결정하고 언제 올지 모를 기회를 준비한 것은 사실입니다만, 불황에 그렇게 투자를 결정할 수 있는 경우는 절대적인 1위가 아니면 어렵습니다. 지금이야 그때의 결정을 신의 한 수라고 이야기할 수 있겠지만 경영자는 성공을 100% 확신하고 그런 결정을 내렸을까요? 언젠가 불황이 끝나고 호황을 맞이하게 되겠지만 준비가 끝난 뒤 곧바로 기회가 찾아온 것은 엄청난 행운이라고 봅니다.

삼성전자는 메모리로 얼마나 벌고 있을까요?

반도체 산업에 관심이 있고 조금 아는 내용으로 평가를 할 수는 없습니다. 그래서 이미 언론에 발표된 내용을 근거로 추정을 한번 해볼까 합니다. 삼성전자를 분석 대상으로 삼은 이유는 1위 기업이기도 하지만 자료를 찾기가 가장 쉬웠기 때문입니다. 이해 바랍니다.

언론의 발표에 따르면, 삼성전자의 메모리 반도체 영업이익률은 50%가 넘었다고 합니다. 2018년 2분기 영업이익은 11조 6000억 원이 넘습니다. 낸드 플래시 메모리와 DRAM의 가격이 다르긴 합니다만, 전체 생산량을 알면 장당 가격도 어느 정도 계산이 가능해지므로 검색을 해보았고, 올라온 기사 중 "올해 완공되는 중국 기업의 메모리 공장 3개의 월 생산능력이 26만 장에 달하는데, 이는 삼성전자의 20% 초반 대 수준과 맞먹는다"라는 인터뷰를 찾았습니다. 월간 웨이퍼 생산량은 110~130만 장 정도의 규모라는 이야기입니다. 해당 기사의 링크입니다.
http://www.zdnet.co.kr/news/news_view.asp?artice_id=20180201171240

월 생산량과 분기 영업이익, 영업이익률을 알았으니 계산을 한번 해봅시다. 월간 웨이퍼 생산량은 120만 매, 영업이익은 3.8조 원, 영업이익률은 50%로 잡아서 계산해보면, 웨이퍼 당 영업이익은 310만 원 정도 됩니다. 영업이익률 50%로 계산하면, 웨이퍼 한 장의 가격은 620만 원으로 어림잡을 수 있겠네요.

중국은 과연 메모리 반도체로 수익을 낼 수 있을까요?

중국이 반도체 굴기를 선언하면서 메모리 반도체에 10년 간 우리 돈으로 약 180조 원을 투자하겠다고 했을 때 사람들 사이에서 이런 이야기들이 있었습니다.

1. 이미 실리콘 밸리와 전 세계 반도체 회사에 엄청나게 많은 수의 중국인 엔지니어들이 일하고 있고 엔지니어들이 중국의 메모리 회사로 돌아가게 된다면 경쟁력을 확보하는 것은 시간문제이다.
2. 중국은 사회주의 계획경제이기 때문에 자국에서 메모리를 생산하게 되었을 때 반도체 수입을 제한할 수 있고, 자국산 메모리 사용을 위해 보조금까지 사용하게 되면 많은 중국회사들이 중국산 메모리를 선택하게 될 것이다.

충분히 가정해볼 수 있는 상황인 것은 맞습니다. 인력 문제는 지난 번에 다룬 적이 있으니 그것으로 대신하고, 위의 두 번째 가정에 대해 제 생각을 적어 보겠습니다.

내년에 중국에서 양산할거라는 DRAM은 30나노급 제품입니다. 아래 표에 따르면 삼성전자와 SK하이닉스에서 2010년에 이미 양산을 시작한 제품이라고 보면 됩니다. FLASH는 32단 3D NAND로 알려져 있는데, 국내 업체는 2014년에 생산했던 제품이고 지금은 96단 3D NAND를 생산하고 있습니다.

메모리는 보통 PC와 서버, 데이터센터 그리고 모바일 기기에 들어갑니다. 중국이 현재 개발한 메모리를 내수용으로 사용하고 한국 업체에서 생산한 메모리를 수입하는데 제약을 둔다고 가정해 봅시다. 메모리 제품에서 세대 간 가장 중요한 차이는 크기와 성능입니다. 메모리는 스마트폰에 꽤 많은 양이 사용되는데요, 메모리의 크기가 커지면 그만큼 많은 공간을 차지하기 때문에 디자인에 제약을 줍니다. 멋진 스마트폰을 만들기 어려워지고 배터리가 들어갈 공간이 줄어들게 되기도 합니다. 메모리의 성능은 속도와 소비전력으로 이야기할 수 있는데, 최근의 제품일수록 속도도 빠르고 소비전력도 낮아집니다. 30나노급 DRAM과 32단 3D NAND를 스마트폰에 사용한다고 하면 아마도 갤럭시S3 정도의 성능이 될 것입니다.

애플은 2017년에 출시한 아이폰X에 이어 아이폰9를 준비하고 있고 삼성전자는 얼마 전 갤럭시S9를 발표했습니다. 가격이 엄청나게 싸면 중국인들이 자국산 스마트폰을 구입해줄 수도 있겠지만, 이미 눈이 높아진 중국 소비자들이 비교가 불가할 정도로 성능이 떨어지는 자국산 스마트폰을 구입할 가능성은 별로 없어 보입니다. 해외로 수출하는 스마트폰은 성능이 좋아야 회사가 성장할 수 있으므로 중국산 메모리를 사용할 가능성은 전혀 없습니다.

데이터 센터의 경우는 어떨까요? SSD가 데이터 센터의 저장장치로 오래 전부터 사용되고 있으므로 중국산 NAND를 사용하게 되면 데이터 센터에 저장할 수 있는 단위면적 당 용량이 줄어 듭니다. 데이터 센터를 더 크게 만들어야 된다는 의미인데 이렇게 되면 센터를 유지하는데 그만큼의 전력이 더 필요합니다. 데이터 센터는 전력 소비를 줄이고 용량을 늘려야 하는데, 이전 세대의 제품을 누가 선택할까요?

중국은 어떤 고민을 하고 있을까요?

앞서 설명드린 이유 때문에 아무리 중국 정부가 보조금으로 저사양의 메모리 사용을 독려하더라도 메모리가 필요한 기업이 중국산 메모리를 선택하게 하기는 어렵습니다. 시장점유율은 고사하고 수익을 기대하기도 어려울 것입니다. 시장의 선택을 받으려면 삼성전자와 SK하이닉스가 생산하는 고성능의 메모리를 생산하는 방법 밖에는 없어 보입니다.

중국의 메모리 회사의 기술수준은 우리나라에 비해 적어도 3~4년은 뒤처져있다고 이야기합니다. 이것은 현재 생산하고 있는 제품을 비교했을 때 그렇다는 것이지 3~4년 뒤에 중국이 한국을 따라 잡는다는 의미가 아닙니다. 중국의 기술이 한국과 동일하다고 가정하더라도 한 개의 생산라인을 만드는데 최소 1~2년의 시간이 필요하고 중국에서 수입하는 물량만큼 생산하려면 서너 배의 시간이 더 필요합니다. 이것은 장비회사가 장비를 충분히 공급할 수 있다고 가정했을 경우입니다. 장비 한 대를 생산하는데 수 개월이 소요되고 동시에 만들 수 있는 장비의 대수도 제한적이기 때문에 양산을 하려면 더 많은 시간이 필요합니다. 또 생산라인을 운영할 숙련된 엔지니어를 확보하는 것도 많은 어려움이 예상되므로 기술, 공장, 엔지니어를 모두 확보하려면 매우 긴 시간이 필요합니다. 이 시간을 최대한 줄이는 것이 첫 번째 고민일 것입니다.

두 번째는 수익입니다. 경쟁이 가능한 제품을 만들 수 있다고 가정했을 때 수익을 보장받으려면 원가 경쟁력이 있어야 합니다. 월간 웨이퍼 생산량과 영업이익률 그리고 지난 2분기의 영억이익으로 삼성전자는 웨이퍼 한 장을 가공했을 때 얼마의 원가가 들어가는지, 어느 정도의 영업이익을 얻고 있는지 대략적인 계산을 해보았습니다. 원가를 낮추는데 가장 큰 영향을 주는 것은 수율입니다. 영업이익률이 50%인 현재, 한국 기업이 생산하는 고성능 메모리를 개발했다고 하더라도 수율이 경쟁사의 절반 정도 밖에 되지 않으면 영업이익은 기대할 수 없습니다. 메모리 가격이 떨어져서 영업이익률이 낮아지면 오히려 손해를 보게 됩니다. 한국 기업과 동일한 수준의 원가 경쟁력을 보장할 수 있는 양산 기술을 확보하는 것이 두 번째 고민일 것 같습니다.

하나 더 꼽는다면, 빈약한 메모리 반도체 사업의 역량을 무리하게 키우다가 4차 산업혁명을 기회손실로 가져갈 수 있다는 것입니다. 저사양의 메모리를 자국에서 소비하게 하여 내수 기업을 키우는 전략은 메모리 사업에 관해서라면 효과가 있을지 모르겠습니다만, 4차 산업혁명에 꼭 필요한 고성능의 메모리 반도체 사용을 포기함으로써 떠오르는 블루오션들을 다른 국가들에게 빼앗기는 결과를 만들 수도 있습니다. 역사적으로 산업혁명이 일어났을 때 세계경제의 주도권이 이동했던 것을 우리는 잘 알고 있습니다. 증기기관으로 시작한 1차 산업혁명은 영국을 해가 지지않는 나라로 만들어 주었고 컨베이어 벨트로 대변되는 대량생산은 미국을 현재의 위치에 있게 하는데 큰 기여를 했습니다. 정보통신의 3차 산업혁명은 미국을 초강대국으로 만드는데 큰 역할을 하기도 했고요. 이러한 배경으로 미루어 볼 때, 전 세계 주요 국가들의 4차 산업혁명과 관련한 움직임들은 절박하다는 느낌까지 주고 있습니다. 이런 시기에 낮은 성능의 메모리 반도체를 내수로 대체하려고 한다면 중국은 세계 경제의 패권을 영원히 포기해야할 수도 있습니다.

전망

개인적으로 중국의 메모리 사업 진출에 대한 언론의 우려는 상당히 과장되었다고 생각합니다. 워낙 많은 산업 분야에서 중국에 시장을 내줬기 때문에 그런 경험에서 기인한 트라우마가 만들어낸 집단적인 히스테리가 아닐까 하는 생각도 들긴 하는데요, 시간이 오래 지나면 우리가 우려하는 상황이 올 거라는 예측도 한편으로는 동의합니다.

가장 중요한 것은 시간이라고 봅니다. 메모리 기술, 인적 자원, 생산기반을 확보하는데 필요한 시간을 최대한 줄이는 것이 중국의 반도체 굴기의 핵심인 것 같습니다. 시간은 절대 중국의 편에 있지 않기 때문에 중국은 메모리 업체, 장비 업체 등을 인수하는데 더 많은 역량을 집중할 것으로 예상합니다. 더불어 한국 기업에서 일하는 메모리 반도체 엔지니어를 확보하기 위해 제시하는 조건은 갈수록 달콤해지지 않을까 싶기도 하네요.

한국 기업은 이 시간을 잘 이용하는 것이 우위를 지키는데 가장 효과가 좋을 것 같습니다. 중국에서 얼마 전 메모리 가격이 높은 것을 가지고 한국 기업에 담합 여부를 조사하겠다고 엄포를 놓기도 했는데, 중국의 이러한 태도는 한국 기업들이 투자를 늘리는데 좋은 명분을 제공한 것 같습니다. 중국이 메모리 반도체를 양산한다고 가정했을 때 가장 좋은 견제방법은 생산량을 늘려서 가격을 낮추는 것입니다. 한국 기업의 메모리 반도체 시장점유율은 이미 60%를 넘었고 DRAM은 70%를 웃돌고 있습니다. 특히 DRAM은 3개 회사가 90% 이상을 점유하는 과점 상태이기 때문에 시장점유율을 높이기가 어려웠을 것으로 예상합니다. 이런 상황에 중국의 가격 시비는 공급물량 확대의 명분이 될 가능성을 높였다고 보고 있고, 얼마 전 발표한 삼성전자의 180조 원 투자계획은 개인적으로 이러한 관점에서 이해하고 있습니다.

급격한 변화가 있을지는 모르겠습니다만, 한국 기업들은 공급확대를 통해 메모리 가격을 서서히 떨어뜨리는 전략을 사용할거라고 예상합니다. 전 세계가 중국의 반도체 산업 진출을 견제하고 있기 때문에 메모리 시장이 과점 상태이긴 하지만 기존 기업들의 공급물량 확대는 어려움이 없을 것으로 보이고, 엄청나게 오른 메모리 가격을 낮춘다는 긍정적인 면도 있기 때문에 과점 기업들이 시장점유율을 높이는 것에 이의를 제기할 것 같지는 않습니다. 설령 과점 시비가 있다고 하더라도 한국 기업들은 해외에 사업장을 만들어서 이 문제를 비켜갈 수 있기 때문에 충분히 중국을 견제할 수 있습니다.

매우 낙관적인 전망이기 때문에 말도 안된다고 생각하실 분도 있을 수 있겠습니다만, 지나치게 자극적인 비관론이 불편하기도 하고 개인적으로 꽤 오래 쌓아온 이쪽 분야의 경험으로 보았을 때 희망적인 예측도 가능하다고 생각해서 주제넘게 몇 줄 적어 봅니다. 중국에 대한 우려가 틀렸다는 의미는 아니니 편안하게 읽어 주셨으면 좋겠고, 언론에서 볼 수 있는 우려와 저와 같은 사람들의 낙관으로 반도체 산업에 관심을 가지는 분들이 점점 많아졌으면 하는 것이 저의 바람입니다. 지루한 글, 끝까지 읽어 주셔서 고맙습니다.