일본 도쿄에 위치한 라피더스 본사서 포즈를 취한 히가시 테츠로 라피더스 회장. /사진=로이터/뉴스1
2024.12.20 15:14
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138차례의 화상회의 끝에 세계에서 가장 중요한 기술 분야의 일본 최고 전문가들은 마침내 계획을 수립했다. 반세기 만에 이루어질 국가 최대 규모의 산업 부활을 위한 청사진이었다.
2020년 신조 아베 당시 일본 총리에게 제시된 이 비밀 프로젝트는 세계적인 반도체 제조업체를 만들어내기 위해 고안되었다. 일본은 한때 이 6000억 달러(78조 원) 규모 산업의 선두주자였으나 미국, 한국, 대만의 경쟁자들에게 그 자리를 내주었다. 일본은 이제 왕좌를 되찾으려 한다.
"이건 메이지 시대 이래 일본에게 가장 중요한 프로젝트라고 아베 총리께 설명했었죠." 전문가 그룹을 이끌었던 반도체 산업 베테랑 고이케 아츠요시가 일본을 근대 세계로 도약시킨 19세기의 변혁기를 언급하며 말했다.
이 청사진에 따라 정부와 일본의 주요 기업들, 은행들로부터 수십억 달러를 조달받은 라피더스Rapidus라는 회사가 설립되었다.
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고이케가 최고경영자를 맡은 이 회사는 세계에서 가장 자본 집약적인 스타트업 중 하나이며, 일본 정부의 가장 위험한 기술적 도박 중 하나다.
라피더스는 홋카이도에 대규모 반도체 제조 시설을 건설하고 있다. /그래픽=Financial Times
라피더스 프로젝트의 핵심은 맞춤형 칩을 대량 생산이 아닌 소량으로도 효율적이고 수익성 있게 생산할 수 있음을 입증하는 것다. 이는 첨단 반도체 제조 분야의 통념을 뒤엎는 발상이다.
세계 첨단 칩의 약 90%는 대규모 운영과 막대한 자본 비용을 수반하는 모델을 가진 TSMC가 생산하고 있다. 만일 라피더스가 성공한다면 반도체 산업의 경제학과 지리학을 모두 뒤집을 것이다.
"TSMC가 1987년 모리스 창에 의해 설립된 이후로 반도체 산업은 모든 것이 규모의 경제였는데 라피더스는 정말 누구도 시도해보지 않은 것을 하고 있어요. 만약 성공한다면 이는 게임체인저가 될 것이라고 봅니다." 자산운용그룹 번스타인의 홍콩 주재 반도체 애널리스트 데이비드 다이David Dai가 말했다.
마지막 화상회의가 끝나고 3년 후, 라피더스는 개념에서 현실이 되었다. 도쿄 본사에서 북쪽으로 900km 떨어진 홋카이도의 숲 속에 엄청난 비용이 투입된 공장이 세워지고 있다.
2024년 12월에는 네덜란드 장비 제조업체 ASML로부터 극자외선리소그래피(EUV) 장비를 인도받을 예정이다. 이는 회사가 2025년 4월부터 시험 생산을 목표로 하는 2나노미터 칩 제조에 핵심적인 장비이다.
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계획대로 진행된다면 2027년에 대량 생산이 시작될 예정이다.
하지만 라피더스가 검증되지 않은 기술로 실제 성공할 수 있을지에 대해 애널리스트들과 경쟁사, 업계 임원들 사이에서 깊은 회의감이 존재한다.
20년 이상 TSMC에서 근무하다 2018년에 퇴직한 콘라드 영Konrad Young 교수는 라피더스가 곧바로 가장 첨단인 2나노미터 칩 제조에 뛰어드는 시도를 "터무니없는 발상"이라고 칭했다.
이런 하이엔드급 칩을 소량으로 생산할 경우 가격이 높기 때문에 그는 누가 그 칩을 구매할지 알 수 없다고 말한다. "엔비디아는 신경도 쓰지 않을 거예요. 비용이 훨씬 더 높을 테니까요. 일본 기업들이 살까요? 일본에서는 아무도 그 2나노미터 칩을 사용할 수 없을 거예요. 너무 비싸거든요." 그가 말했다. "그럼 누가 있을까요? 과학 연구의 아름다움을 위해서인가요? 일본이 가끔 그런 식으로 생각하긴 하죠."
이 프로젝트에 대한 국가 지원을 감안할 때, 프로젝트가 실패할 경우 일본 정부도 위험해진다. 정부는 이미 라피더스에 9200억 엔을 지원하기로 약속했으며, 11월에는 향후 7년간 인공지능과 반도체 산업에 10조 엔(92조 원)을 지원하는 패키지를 발표했는데 여기에는 회사에 대한 정부 지원을 두 배로 늘릴 수 있는 자금이 포함될 수 있다. 또한 민간 투자 유치를 위해 대출보증도 검토하고 있다.
여당인 자민당의 고위 정치인 세키 요시히로는 정부가 단일 기술에 이토록 집중적으로 초점을 맞춘 적이 없었다고 말한다.
"첨단 산업 기술에 있어서 한 회사에 수천억 엔 이상을 지원하는 것은 우리의 모든 역량을 쏟아붓는 일입니다." 그가 말했다. "어떻게든 라피더스를 성공시킬 수 있는 시스템을 만들 수밖에 없어요."
일본이 이런 도박을 하는 것은 그 잠재적 보상 때문이다. 라피더스가 성공할 경우 일본에 대한 막대한 수익과 투자를 안겨줌은 물론이고 첨단 반도체칩 생산을 위한 완전히 새로운 가능성을 열어 새로운 기업들과 국가들이 반도체 산업에 진입할 수 있게 된다.
또한 이는 오늘날의 주요 지정학적 문제인 반도체 제조 전문성이 대만에 과도하게 집중된 상황을 완화할 수 있다.
여러 기준으로 볼 때, 일본은 이러한 시도를 하기에 완벽한 위치에 있다. "1980년대 말, 일본은 50% 이상의 시장 점유율로 세계 반도체 제조를 지배했어요." 다이가 말했다. "오늘날에는 15%에 불과하죠."
이젠 한국, 미국, 대만 반도체 산업을 주름잡고 있다. 한때 웨스턴디지털 재팬의 사장이었던 고이케와 다른 이들은 그 원인으로 일본 정책가들의 오만함과 기업들의 적응 및 협력 능력 부족을 지목한다. 하지만 자국 산업을 구축하려 했던 미국과 엔지니어들을 빼갔던 한국에 의해 일본이 견제당했던 것도 사실이다.
하지만 일본은 여전히 반도체 도구와 장비 사업에서 깊은 전문성과 틈새 시장 지배력을 보유하고 있다. 지정학적 세력 구도도 이젠 일본에 유리하다. 역설적이지만 미국과 동맹국들은 일본이 TSMC에 대한 견제력을 구축하기를 간절히 바라고 있다. TSMC의 칩 공급망 내 지배적 위치가 미국과 중국 간의 지정학적 긴장의 중심에 놓여있기 때문이다.
일본의 강력한 경제산업성(METI)도 라피더스를 중심축으로 하여 국내에 완전한 반도체 생태계를 구축하기 위해 수십 년간 산업적 과제들에 대해 일본 단독 해결책을 추구해왔던 정책 기조를 완화했다.
"우리는 단순히 강한 일본 기업들을 만들기를 원하는 것이 아니라, 소유자가 누구든 반도체 산업 역량이 일본 내에 있기를 원합니다." 한 경제산업성 고위 관료가 말했다. "아마도 20년 전에는 우리가 이런 이야기를 하기가 어려웠을 겁니다."
고이케는 이전에도 일본의 반도체 역량을 부활시키려고 시도했다. 2000년에 그는 일본의 히타치와 다른 기업들을 위해 계약으로 칩을 제조하는 독립 파운드리 모델을 개척한 대만 기업인 유나이티드마이크로일렉트로닉스 간의 합작 투자를 시작했던 적이 있다.
초기의 성공에도 불구하고 회사는 실패했다고 고이케는 말한다. 이는 오늘날 한국의 삼성전자와 미국의 인텔이 직면한 것과 같은 딜레마 때문이었다. 반도체 설계와 개발이라는 그들의 핵심 사업이 자신들의 파운드리 고객들과 경쟁 관계에 놓이게 된 것이다.
하지만 2020년 여름, 오랜 친구이자 전 도쿄일렉트론 최고경영자인 히가시 테츠로가 IBM으로부터 전화를 받은 후 그의 야망은 다시 불타오르게 되었다.
히가시는 IBM이 삼성을 포함한 기존 파트너들에 대한 의존도를 줄이고 새로 설계한 2나노미터 칩을 일본에서 생산할 방법을 찾고 있다는 말을 들었다. 현재 라피더스의 회장인 히가시는 이 제안을 고이케에게 가져갔고 2020년이 끝나기 전에 첫 화상통화가 시작되었다.
오늘날 라피더스와 일본의 성공 희망은 두 가지 명제에 걸려 있는데 둘 다 많은 논란의 대상이다. 첫째는 급증하는 AI 시장 덕분에 소규모 고객들의 맞춤형 특수용도 칩에 대한 수요가 충분하다는 것이다. 엔비디아가 생산하는 것 같은 범용 칩보다 특정 작업에서 더 나은 성능을 발휘할 수 있으며 효율성을 우선시하는 맞춤형 설계를 제공하는 것이다.
라피더스는 이러한 고객들이 생산 속도를 위해 프리미엄을 지불할 것이며, 이미 더 큰 고객들의 주문이 밀려 있는 TSMC로부터 필요한 생산능력을 확보할 수 없기 때문에 라피더스를 선택할 것이라고 믿는다. 라피더스는 900억 달러(117조 원)로 추정되는 파운드리 시장의 10%를 차지할 수 있다고 생각한다.
두 번째이자 더 논란이 되는 명제는 수백 개의 웨이퍼를 동시에 제작하는 대규모 일괄 생산이라는 업계의 핵심 전제를 거부하고 훨씬 더 빠른 단일 웨이퍼 공정을 택하는 게 가능하다는 것이다.
고이케는 실리콘 웨이퍼를 고속으로 한 장씩 연속 생산하면 실시간으로 효율성을 개선할 수 있는 데이터가 생성된다고 주장한다. 이는 품질과 일관성을 높이고 '수율'(고객에게 출하 가능한 것으로 판단되는 반도체칩의 비율)을 향상시킨다.
"미래에는 단일 웨이퍼 개념이 핵심이 될 거예요. 그래서 우리가 모든 것을 바꿀 수 있는 거죠." 그가 주장했다. 라피더스는 또한 이른바 첨단 패키징을 사용하여 여러 칩을 더 긴밀하게 통합함으로써 속도와 효율성을 높여 성능을 향상시킬 것이다.
라피더스는 "세계에서 가장 짧은 총 사이클 타임"을 자랑하게 될 것이라고 고이케는 말한다. 이는 제조 공장에서 웨이퍼를 처리하는 데 걸리는 총 시간을 의미한다. 그는 1년 안에 최대 90%의 수율을 달성할 수 있다고 생각한다.
"보통은 30% 수율에 도달하고 생산을 시작하는 데까지 1년이 걸립니다. 하지만 우리의 속도는 매우 빨라서 생산 시작 시점에 간단히 50% 수율에 도달할 수 있어요." 그가 예측했다. "1년 안에 수율 80~90% 달성이 가능할 수 있어요. 핵심은 얼마나 빠르게 피드백을 생성하느냐입니다."
라피더스를 가로막는 몇 가지 냉혹한 현실이 있다. 일본 정치인 세키는 "라피더스의 가장 큰 문제는 사람"이라고 본다. 지난 수십 년간 해외로 떠났던 엔지니어들을 다시 데려오고 있지만 이미 고령화로 인해 압박을 받고 있는 일본 사회에는 숙련된 노동자가 여전히 태부족이다.
"자금과 법률, 구조는 마련할 수 있어요. 하지만 가장 큰 난관은 라피더스가 개발을 수행할 수 있는 천재들과 전문가들을 확보할 수 있느냐죠." 세키가 말했다.
홋카이도에는 기존 공급업체 생태계가 없으며 도쿄와의 거리로 인해 인재 유치가 어려울 수 있다. 라피더스는 홋카이도 대학 등 현지 학계와 협력하여 새로운 인력 교육을 시작하고 있다고 한다.
업계 임원들과 애널리스트들이 보는 가장 근본적인 문제는 라피더스가 현재 TSMC만이 대량 생산을 준비 중인 최첨단 기술인 2나노미터 공정에 곧바로 뛰어들려 한다는 것이다.
"안 될 겁니다. 2나노미터 수준에서는 TSMC만이 할 수 있어요." 한 일본 반도체 기업의 고위 임원이 말했다. "인텔도 못하고 삼성도 아직 성공적으로 하지 못하는데 라피더스가 어떻게 그렇게 짧은 시간 안에 따라잡을 수 있다고 기대하는 걸까요?"
현재 일본에서 생산되는 최첨단 칩은 일본이 보조금을 지원한 공장에서 TSMC가 생산하는 40나노미터 제품이며, 최근 반도체 제조 역사를 보면 첨단 공정 기술을 개발하고 상용화하는 경쟁에서 TSMC의 경쟁자들은 줄줄이 탈락했다.
과거 수백 개였던 세계 반도체 제조업체가 2000년대 초반이 되자 20여 개로 줄어들었다. 그 이후로 새로운 공정 기술 세대가 등장할 때마다 나가떨어지는 업체들이 생겼고 현재는 TSMC, 삼성, 인텔만이 남아있다.
라피더스는 2나노미터 칩의 핵심 기술을 개발한 IBM과의 파트너십이 다른 기업들이 실패한 지점에서 성공할 수 있다는 확신을 준다고 말한다. "라피더스는 매우 비용이 많이 드는 스타트업이라고 생각해요." 맥쿼리의 애널리스트 데미안 통Damian Thong이 말했다. "그들이 목표로 하는 시장이 그들이 필요로 하는 규모로 존재하는지, 또는 그들의 접근 모델이 실제로 작동할지 잘 모르겠습니다."
한 TSMC 임원은 라피더스가 경쟁자가 아니라고 말한다. "그들은 사업이나 수익성을 추구하는 게 아닌 것 같아요. 인큐베이터에 더 가깝다고 여겨집니다."
라피더스가 직면한 또 다른 큰 과제는 새로운 생산 기술 개발과 공장 건설에 필요한 막대한 자금이다.
베인앤컴퍼니의 컨설턴트들에 따르면, 새로운 세대의 칩을 개발하는 비용은 28나노미터에서 10~15억 달러(1조4000억~2조 원)였던 것이 3나노미터에서는 60억 달러(7조8000억 원)로 급증했다. 지금까지 라피더스는 대량 생산에 필요하다고 하는 5조 엔의 20%만을 확보했으며 투자금을 회수해야 할 필요성은 개발이 진행되는 매달 점점 더 커지고 있다.
"사람들은 새로운 공정을 최초로 성공시켰을 때 프리미엄을 지불합니다... 조금이라도 뒤처지면 따라잡을 수 없어요." 기술 제조와 반도체를 전문으로 하는 베인앤컴퍼니의 파트너 피터 핸버리Peter Hanbury가 말했다.
출시 시점에는 2나노미터 공정 기술이 더 이상 최첨단이 아닐 수도 있음을 감안할 때, 라피더스의 2027년 대량 생산 계획은 그 자체가 리스크다. 만약 그렇게 될 경우 일본 정부에게는 값비싼 망신이 될 수 있다.
"정부가 어디까지 재정 지원을 해야 하는지에 대한 의문이 있어요." 세키가 인정했다.
라피더스와 라피더스의 야망에 대해 많은 의문이 있지만 업계 일각에서는 성공 가능성을 점친다.
"전 처음엔 정말 회의적이었어요. 하지만 더 많은 것을 보면서 '음, 그렇군... 모든 곳에서 최신 최고의 기술을 얻고 있고 완전히 새로운 기술 기반에서 출발하는 데도 이점이 있긴 하지,' 이렇게 생각하게 됐죠.'" 세계 최대 칩 테스트 장비 공급업체인 일본 어드반테스트Advantest의 최고경영자 더글라스 르페버Douglas Lefever가 말했다.
경제산업성의 고위 관료는 "지금까지 기술 개발이 잘 진행되고 있으며 일부 측면에서는 예상보다 더 좋다"고 한다.
반도체 업계의 한 일본 기업 고위 임원은 라피더스가 2나노미터 칩을 생산할 수 있을 것이라고 생각하지만 고객들에게 수지가 맞을 만큼 단가를 충분히 낮출 수 있을지는 확신하지 못한다고 말한다.
정확한 목표치는 밝히지 않았지만 고이케는 라피더스가 TSMC만큼의 재고를 보유할 필요가 없기 때문에 TSMC와 비교해서도 "경쟁력 있는" 비용을 달성할 수 있다는 확신을 유지하고 있다. 라피더스의 성공 또는 실패를 보여주는 첫 시연은 시험 생산이 시작된 후 몇 달 뒤인 2025년 7월에 있을 것이라고 고이케가 덧붙였다.
고이케의 이론이 실제로 작동함을 입증할 수 있다면 라피더스는 홋카이도의 제조 시설 확장에 착수할 수 있을 것이다. 관계자들에 따르면 더 비싼 EUV 노광장비들을 도입하고 회사를 기업공개(IPO)할 수도 있다고 한다. 고이케는 기업공개를 고려하기 전에 더 많은 투자자들을 끌어들이고 싶다고 하면서 특정한 날짜를 언급하지 않았다.
그가 실패를 인정하기를 거부하는 한편, 시장의 다른 이들은 라피더스가 약속을 실현하지 못하면 어떻게 되는지 묻고 있다. 라피더스 없이도 일본은 그토록 갈망하는 반도체 생태계를 얻을 수 있을까?
한 가지 확실한 것은 라피더스가 실패하더라도 홋카이도에는 여전히 많은 기업들의 주요 인수 대상이 될 극도로 가치 있는 제조 공장이 남아있게 되리라는 점이다.
그리고 모든 이점에도 불구하고 일본이 반도체 생산 최상위권에 진입할 수 있다는 보장은 없다. 도쿄의 한 업계 전문가는 이렇게 말했다. "세계가 물어봐야 할 질문은 만약 일본이 지금 이것을 해낼 수 없다면... 누가 할 수 있겠냐는 겁니다."
일본이 대만과 한국에 빼앗긴 반도체 산업의 지분을 되찾기 위해 애를 쓰고 있습니다. 거의 100조 원이 투입되고 있는 일본의 스타트업 라피더스는 하나의 '도박'이라고 해도 과언이 아닙니다. '규모의 경제'의 극한을 보여주는 반도체 제조에서 최첨단 칩을 주문자의 요구에 맞춰 '소량' 생산을 해도 사업성을 확보할 수 있다는 게 그 핵심 명제입니다. 이것이 정말로 가능한지는 업계 전문가들 사이에서도 견해가 엇갈립니다만 한편으로는 일본 정부와 업계가 합심하여 이렇게 큰 모험을 감행할 수 있다는 사실이 부럽기도 합니다. 한국은 세계적인 반도체 산업을 보유하고 있지만 점차 그 위상이 흔들리고 있습니다. 일본의 도박은 설사 실패하더라도 자국 업계의 자산으로 일부는 남게 될 것입니다.