일본의 대중반도체설비공급중단: 중국에 얼마나 치명적일까?

글: 과기명정(科技銘程)

 

3월 31일, 일본정부는 6개류 23종의 반도체제조설비의 수출을 제한한다고 발표했다. 비록 직접 중국을 제한대상국으로 명시하지는 않았지만, 이 조치는 미국의 '반도체동맹전략"에 호응하는 것이다.

 

로이터에 따르면, 수출제한조치는 7월에 발효할 예정이며, 반도체칩의 세정, 증착, 노광, 식각등에 걸쳐있으며, 니콘, 도쿄일렉트릭등 십여개 일본회사가 생산하는 설비에 영향을 미칠 것이다.

 

알아야 할 것은, 화웨이는 하반기에 14나노반도체칩양산을 계획하는데, 일본이 7월에 제조설비공급중단을 선택한 것은 우연이라고 할 수 있을까?

 

비관자들은 이렇게 말한다: "국산반도체칩은 90나노생산으로 되돌아갈 것이고, 중국의 반도체포위망돌파는 실패한다."

 

그들이 보기에, 네덜란드, 일본이 전방위적으로 제한한 후, 반도체설비방면에서 거대한 영향을 받게 되어, 제조설비가 없으면 만들어낼 수가 없다는 것이다.

 

그렇다면, 문제가 있다. 일본이 공급중단한 후, 국산반도체는 얼마나 곤란을 겪을까? 국산대체로 국내반도체산업체인을 지탱할 수 있을까?

 

일본의 공급중단목적

 

최근 들어, 한 50여세의 일본남자가 베이징에서 체포된다. 이유는 '간첩활동에 종사'했다는 것이다.

 

항전승리가 이미 70여년이 지났고, 지금 중국인들은 평화롭고 안정적인 나라에서 살고 있다. 비록 생활이 풍족하지는 못하지만, 이전과 비교하면 훨씬 낫다고 할 수 있다.

 

그러나, 겉으로 평정스러운 수면하에, 암류가 움직이고 있다. 잠복, 간첩, 도청, 이 모든 것은 현재 비밀리에 진행되고 있다.

 

그러나, 곧 일본 외상의 방중이 확정된다. 동시에 일본은 6종류 23종의 반도체제조설비규제를 선언한다. 다만 발효는 7월부터이다. 이런 조치는 상당히 재미있다!

 

추측해보면 그 속에는 몇 가지 의미가 포함되어 있다.

 

1. 평화외교

 

 일본 국내에서는 평회와교를 호소하고 있고, 일본정부도 평화를 갈망한다. 어쨌든 강대한 국가와 대항하는 것은 그다지 좋은 결과를 얻을 것같지 않기 때문이다.

 

그외에, 최근 들어 국제경제가 하락하면서, 일본경제는 설상가상이 되었다. 중국은 아시아 최대의 경제체로서, 동시에 세계최대의 반도체칩수입국으로서, 일본경제무역에 대하여 아주 큰 흡인력을 가지고 있다.

 

그래서 일본은 경제를 발전시키려면, 중국과의 경제무역협력이 불가피하다. 그렇다면 먼저 양국은 평화외교를 해야 하는 것이다.

 

2. 간첩구출?

 

많은 사람들이 생각하는 것은 일본 외상의 방중은 반도체설비제한을 포함하여, 중국에 압박을 가하여 체포된 간첩을 구해내기 위한 것이라고 본다.

 

그럴 가능성도 있다. 그러나 크지는 않다.

 

중국의 기밀공작은 지금까지 잘 해왔다. 정보누설의 가능성은 그다지 크지 않다. 설사 사람을 구해내더라도 그다지 정보가치가 있는 정보를 얻기 힘들다.

 

사람을 구출하는 것은 상징적인 의미가 더욱 크다. 일본의 능력이 아주 강해서, 동시에 다른 해외간첩들에게 안심하고 일하라는 사인을 줄 수 있게 된다는 것이다.

 

3. 압력

 

최근 3건의 일에 일본은 동아시아대국의 압력을 받고 있다:

 

첫째, 중국이 이란과 사우디아라비아의 구원을 풀어주었다; 둘째, 중국과 러시아가 더욱 많은 협력을 전개할 걳이다. 셋째, 동남아각국이 집중적으로 중국을 방문하고 있다.

 

이런 일은 국제적으로 큰 반향을 불러왔다. 일본은 그냥 앉아있을 수가 없게 되었다. 절박하게 앞으로 중국이 일본에 대하여 어떠한 태도를 취할 것인지를 알아볼 필요가 있었다. 그리고 중국의 다음 단계의 생각을 알고 싶다.

 

당연히 이런 압력은 바이든 정부로부터 왔다. 어쨌든 미국은 세계에서 유일한 수퍼강국이고, 일본은 절박하게 미국으로부터 군사적, 경제적인 지지가 필요하다.

 

일본은 섬나라이다. 그래서 양측과 모두 관계를 유지해야 하고, 여러 방면의 압력을 받으며, 이익을 획득하고자 한다. 그러나 상대방이 강대하게 되는 것은 원치 않는다. 이런 '섬나라의 섬나라기질'적인 생각은 실로 가소롭기 그지없다. 

 

공급중단은 어떤 영향을 조성할 것인가?

 

일본은 공급중단에 중국을 언급하지 않았다. 그리고 특별히 수출제한은 특정한 국가를 겨냥하는 것이 아니라고 밝힌다. 다만 동시에 우호국가와 지구는 허가가 필요없다고 말한다. 이건 욕개미창(欲蓋彌彰)이 아닌가?

 

올 건 결국 오고 만다. 먼저 중국반도체기업이 어떤 영향을 받게 될 것인지 살펴보자.

 

제한받는 23종의 설비는 구체적으로 다음이 포함된다. 3개항목의 세정설비, 11개항목의 박막증착설비, 1개항목의 열처리설비, 4개항목의 노광설비, 3개항목의 식각설비, 1개항목의 검사설비. 당연히 EUV설비도 포함된다.

 

이건 절대로 반도체제조의 모든 산업체인에 걸친 것이다!

 

제조단계에서 막히게 되면, 파운드리기업은 가동중단할 수밖에 없고, 전방의 패키징분야, 응용단계도 큰 영향을 받게 된다. 당연히 후방의 설계, EDA에도 영향은 파급된다.

 

그럼 이렇게 묻는 네티즌도 있을 것이다. 일본의 설비가 없으면, 중국은 다른 나라에서 사면 되지 않는가?

 

글로벌반도체설비시장에서 미국이 41.7%를 차지하고, 일본이 31.1%를 차지하며, 네덜란드가 18.8%를 차지한다. 3개국가를 합치면 91.6%의 시장점유율을 차지하고 있는 것이다.

 

일단, 네덜란드, 일본이 미국을 따라, 대중반도체제한을 실시하면, 중국의 반도체산업에 미치는 영향은 거대한 것이다.

 

현재, 미국, 일본, 네덜란드 3개국의 제한은 주로 14나노미터이하의 선진공법을 제한하고 있어서, 중국은 주로 14나노미터이상의 성숙공법에서 힘을 쓰는데는 영향이 크지 않았다.

 

다만, 7월이 되면, 일본,네덜란드가 공법은 28나노미터로 확대할지아닐지 말하기 어렵다. 그래서, 국산반도체기업에 있어서 3개월이후의 나날은 천양지차가 있을 수도 있다.

 

우리는 SMIC를 예로 들어보자.

 

SMIC는 중국에서 가장 강한 반도체파운드리기업이다. 제조공법에서 이미 12나노미터를 돌파했다. 그러나 사용하는 설비는 기본적으로 모두 미국, 일본, 네덜란드에서 왔고, 국산설비가 차지하는 비중은 아주 적다.

 

동시에 SMIC는 거액의 자본을 투자하여 베이징, 텐진, 상하이, 선전등 여러 곳에 반도체웨이퍼공장을 건설한다. 계획은 향후 2-3년내에 생산개시하는 것이다.

 

그중 베이징 이좡(亦莊)의 12인치 웨이퍼공장은 500억위안을 투자했지만, 설비문제로 이미 생산개시일자를 연기시켰다.

 

만일, 일본, 네덜란드의 설비를 구매할 수 없다면, 아마도 나머지 몇개 웨이퍼공장에도 영향이 미치게 될 것이다.

 

그때가 되면 성숙공법의 굯산반도체칩의 생산량은 대폭 하락하게 될 것이다.

 

어떡할 것인가? 수입할 수밖에 없다. 수입에도 여러가지 심각한 문제에 직면할 것이다.

 

먼저, 선진적인 제조공법을 살 수 없다.

 

선진적인 제조공법은 선진기술을 대표한다. 선진적인 CPU, GPU, AI, 5G칩등은 이미 제한을 받고 있다. 앞으로는 더욱 엄격해질 것이다.

 

사지 못하는 선진적인 칩은 통신, AI, 빅데이타, IoT분야에서 계속 낙후되고, 계속 뒤쳐진다는 것을 의마한다.

 

과학기술시대에 강대한 과학기술역량이 없으면 모두 질 수밖에 없다.

 

다음으로, 칩의 가격이 상승할 것이다.

 

우리가 없으면, 가격은 천정부지로 뛴다.

 

중국에 터널굴착기가 없었을 때, 외국인들은 중국에 7억위안이라는 엄청난 고가로 팔았다. 중국이 터널굴착기 국산화를 실현하자, 가격은 수천만위안으로 떨어진다.

 

화웨이가 핸드폰을 만들지 않았을 때, IPhone은 한번도 할인행사를 한 적이 없다. 화웨이가 Mate시리즈를 내놓자, IPhone은 내면 프로모션행사를 벌이고 있다.

 

반도체도 마찬가지이다. NVidia H100은 이미 24만에 팔린다. 왜냐하면 중국에 고급GPU가 없기 때문이다. 

 

만일 중국이 14나노미터칩마저도 구매해야 한다면 14나노미터칩의 가격은 천정부지가 될 것이다.

 

마지막으로 철저히 이익을 빨리게 된다.

 

그때가 되면 반도체는 우리의 피를 빨아먹는 도구가 될 것이다. 수십위안짜리 칩의 가격을 수백, 수천위안으로 끌어올릴 것이다.

 

중싱(ZTE)을 기억하는가?

 

미국은 3년동안 중싱이 200억의 벌금을 과했다. 당시 주식가격은 연일 폭락하여, 시가총액이 600여억증발했다. 2022년 중싱의 이윤은 겨우 80억이었다.

 

만일 반도체를 전면적으로 제한받으면, 앞으로 더 많은 '중싱'이 나타날 것이다. 중국이 창조하는 가치는 계속하여 '빨리게' 될 것이다.

 

공급중단으로 나타날 영향은 이렇게 크다. 그러면 중국은 국산대체로 이를 견뎌낼 수 있을까?

 

국산대체는 어떠한가?

 

비관적이라고 말할 수밖에 없다.

 

제품을 보면, 노광기, 식각기, 박막증착설비는 반도체의 핵심설비이다. 점유비율은 각각 24%, 20%, 20%이다. 나머지 검사설비와 패키징설비의 점유비율이 각각 9%, 6%이다. 

 

여러 해동안의 연구개발을 거쳐 국산반도체설비도 크게 발전했다. 그러나 정도차이가 크다. 핵심설비대체는 아직 요구조건을 맞추지 못하고 있다. 구체적으로는 다음과 같다:

 

노광기: 일본 니콘, 캐논, 국산대체: 상해미전자(上海微電子) 공법은 90나노이고, 대체율은 겨우 1-3%이다.

식각설비: 일본 도쿄일렉트론, 히타치. 국산대체: 중미공사(中微公司), 북방화창(北方華創), 대체율은 30%.

CVD: 일본 도쿄일렉트론,  국산대체: 척형과기(拓荊科技), 북방화창, 성미상해(盛美上海), 대체율은 13%

PVD:  국산대체: 북방화창, 대체율은 13%

세정설비: 일본 도쿄일렉트론, 스크린 국산대체: 성미상해, 치순과기(致純科技), 대체율은 50%

도포설비: 일본 도쿄일렉트론, 스크린 국산대체: 심미원(芯微源) 대체율은 15%

ALD:  국산대체: 북방화창, 척형과기 대체율은 3%

이온주입: 국산대체: 만업기업(萬業企業), 중과신(中科信) 대체율은 3%

측정기업: 국산대체: 예려과학(睿勵企業), 정측전자(精測電子), 중과비측(中科飛測), 어도(御渡): 대체율은 9%

CMP: 국산대체: 화해청과(華海淸科), 대체율은 20%

열처리설비: 국산대체: 북경흘당(北京屹唐), 북방화창, 성미상해, 대체율은 50%

 

여기에서 알 수 있는 것은 노광기가 여전히 중국에서 가장 시급하게 해결해야하는 핵심적인 반도체설비라는 것이다. 왜냐하면 국산대체가 겨우 90나노에 그치고 있고 대체율도 1%에 불과하기 때문이다.

 

즉 우리가 일본, 네덜란드의 노광기를 사용하지 않으면, 국산반도체는 90나노미터로 되돌아가야 한다. 이는 중국반도체에 치명적인 타격이다.

 

90나노미터의 칩은 주로 군사공업칩, 전원관리칩, LCD구동칩, WiFi칩, RF칩, 각종 ADC IC등 전체에서 차지하는 비중은 52%이다.

 

즉, 절반의 칩을 제조할 수 없게 된다는 것이다. 다시 국산설비교체의 진통기를 고려하면 그 비율은 더욱 높아질 것이다.

 

그렇다면, 여러번 발표되었던 것처럼 중국은 28나노미터칩을 만들 수 없을까?

 

답은 불가능하다는 것이다.

 

이론적으로 90나노노광기를 두번 노광시키면 45나노미터칩을 만들어낼 수 있고, 3번 노광시키면 28나노미터칩을 만들어낼 수 있다. 그러나, 실제로, 여러번 노광시키면 수율이 대폭 하락하고, 누전율이 대폭 증가한다.

 

ASML의 노광기도 겨우 2번 노광할 수 있을 뿐이다. 상해미전자의 노광기는 더더욱 수차례노광을 실현하지 못한다.

 

여러 방면의 데이타를 보면, 상해미전자의 90나노미터 노광기는 65나노미터칩을 제작할 수 있다. 다만 수율은 아주 낮다.

 

즉, 순국산설비로 최대한 만들 수 있는 것은 68나노미터이다. 그것도 수율을 희생한다는 전제하에서이다. 이를 보면 국산대체의 길은 멀고 험하다.

 

마지막으로,

 

여러 방면의 소식을 종합하면, 국산28나노미터노광기는 현재 만들어지고 있다. 금년하반기 혹은 내년이면 공개될 것이다. 그중 광원기술은 과익홍원(科益虹源)이 제공하고, 쌍공대(雙工臺)는 화탁정과(華卓精科)가 제공하고, 광학렌즈는 장춘기소(長春機所)가 제공한다.

 

핵심기술이 돌파구를 마련할 때, 중국은 해외의 거두들에게 "No"라고 말할 수 있을 것이다.

 

이번 일본의 공급중단사건은 다시 한번 중국에 일깨워준다: 어떤 때라도 다른 사람에 의지해서는 안된다. 국산대체야말로 중국과기의 탄탄대로가 될 것이다.