저자: 안민기자 · 한국인
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AI 붐으로 한국·대만 증시 순위가 상승했고, TSMC는 파운드리·패키징(CoWoS) 독점 지위를 바탕으로 가격 인상을 이어가고 있다. SK하이닉스는 HBM 점유율 57%로 선두이며 삼성전자는 HBM4 양산과 HBM5 공개로 추격 의지를 보인다. 중국은 화웨이의 로직 폴딩(타우 법칙) 등 자체 기술과 대기금 투자로 반도체 자립을 추진 중이며, 격차는 존재하나 빠르게 좁히고 있다는 취지다.
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안녕하세요. 데이터를 다루는 안민 기자입니다. 젠슨 황의 움직임과 말 한마디가 한국 주식 시장을 뒤흔들고 있습니다. 메모리, 클라우드, 로보틱스 등 젠슨 황과 연관된 우리 기업들의 주가가 연일 오르내리고 있죠. 그중에서도 특히 SK하이닉스와 삼성전자는 레버리지 상품까지 출시될 정도로 투자자들의 관심을 한몸에 받고 있습니다. AI 붐으로 우리 반도체가 호황을 누리는 사이 조용히 기지개를 켜고 있는 곳도 있습니다. 바로 중국이죠. 특히 화웨이는 미국의 강력한 제재를 극복하고 도약을 준비하고 있습니다. 오늘 오그랩에서는 한국, 중국, 대만, 세 나라의 반도체 이야기를 준비해 봤습니다.
한국과 대만의 AI 반도체 상황은 어떤지, 중국 반도체 실력은 어느 정도인지 다섯 가지 그래프로 살펴보겠습니다. 중국 반도체 이야기에 앞서 먼저 우리나라와 대만 이야기부터 시작하겠습니다. 지금 AI 반도체에서 압도적 우위를 갖고 있는 두 나라의 상황을 제대로 파악해 둬야 중국 반도체의 영향을 얼마나 받을지 알 수 있을 테니까요. AI 붐으로 글로벌 주식 시장이 흔들리고 있지만, 그중에서도 특히 수혜를 받는 국가를 뽑자면 누가 뭐래도 대한민국과 대만일 겁니다. 대만에는 TSMC라는 파운드리 1위 기업이 있고, 우리나라에는 메모리 쌍두마차인 SK하이닉스와 삼성전자가 있으니까요.
AI 반도체 수요는 끊임없이 이어지고 있고, AI 반도체를 만들어 파는 한국과 대만 입장에서는 웃음이 나올 수밖에 없습니다. 작년 12월까지만 해도 대만 주식 시장 순위는 전 세계 9위였고 우리나라는 11위였습니다. 하지만 지금은 어떨까요? 오그랩 첫 번째 그래프입니다. 5월 초 기준으로 보면 대만 주식 시장은 캐나다를 제치고 전 세계 6위로 올라섰습니다. 우리나라도 마찬가지입니다. 영국을 제치고 8위로 상승했죠. 세계 파운드리 시장이 점점 영역을 확장해 나가면서 두 나라 모두 상승세를 타고 있습니다. 기존에는 반도체 위탁 생산을 하는 단순 제조 공장 역할만 했다면, 지금은 반도체 제조 전 과정을 통합해 제공하는 이른바 파운드리 2.0 시대가 열렸습니다.
전 세계 파운드리 2.0 시장 매출액은 3,200억 달러로 집계되는데, 이 중 38%를 TSMC가 차지하고 있습니다. TSMC가 이렇게 압도적인 1위를 차지할 수 있는 이유는 제조 공정에서 뛰어난 기술력을 갖고 있기 때문입니다. TSMC는 삼성전자나 인텔 같은 경쟁사들보다 앞서 이미 작년 말부터 2나노 양산에 돌입했습니다. 초기 수율은 70%를 넘어섰고, 일부 라인에서는 90% 안팎을 달성했다는 얘기까지 들려오죠. 파운드리 업계에서 통용되는 손익분기점이자 대량 양산 라인의 기준은 수율 80%인데, TSMC는 이미 이를 훌쩍 넘겨 버린 겁니다. 압도적인 기술력을 바탕으로 TSMC의 2나노 공정은 올해 말까지 예약이 완료된 상태입니다.
사실상 독점적 지위를 갖고 있어서 가격을 올려도 고객사는 살 수밖에 없습니다. 2나노 웨이퍼 가격을 작년에 2만 달러에서 3만 달러로 50%나 올렸고, 올해에도 인상할 계획을 갖고 있는데 예약이 꽉 차 있는 걸 보세요. TSMC는 여기서 멈추지 않고 차세대 공정인 1.4나노급 초미세 공정 로드맵을 발표하며 박차를 가하고 있습니다. 파운드리 역량도 중요하지만, 최근 TSMC의 경쟁력 핵심으로 떠오른 건 패키징 기술입니다. 엔비디아가 발표하는 최신 GPU를 보면 가운데 GPU 칩이 있고, 그 주변에 HBM 같은 것이 함께 배치되어 있는 걸 자주 보셨을 겁니다.
HBM은 D램을 여러 층 쌓아 만든 고대역폭 메모리로, 기존 메모리보다 훨씬 많은 양의 데이터를 GPU에 보내줄 수 있습니다. 효율을 높이려면 HBM이 쏘아주는 엄청난 양의 데이터를 GPU가 받아 처리해야겠죠. 그런데 기존 패키징으로는 한계가 있었습니다. 연결을 위해 길을 하나하나 다 뚫어줘야 했거든요. 그러다 보니 효율을 높일 수 있는 이 패키징 영역이 AI 반도체의 경쟁력을 가르는 핵심 승부처로 떠올랐습니다. 이런 상황에서 TSMC가 그 영역까지 해결해 주겠다고 나섰습니다. 그리고 등장한 것이 바로 CoWoS 패키징이죠. Chip on Wafer on Substrate, 즉 기판 위의 웨이퍼 위에 칩을 올리는 방식입니다. 기존에는 기판 위에 바로 칩을 올렸지만, 그러면 HBM과 GPU를 연결하기가 너무 어려우니 TSMC는 기판 위에 중간다리 역할을 할 인터포저를 두고 그 위에 칩을 올렸습니다.
인터포저 역시 실리콘 웨이퍼로 만든 일종의 반도체 칩입니다. 다만 여기에는 배선만 있는 거죠. 현재 AI 반도체에서 가장 큰 병목이 바로 이 후공정 패키징 라인에서 발생하고 있습니다. 인터포저라는 새로운 반도체 칩을 만들어야 하니 당연히 시간이 지체되고요. 또 이 부품은 크기가 기존 반도체보다 커서 웨이퍼 한 장에서 나오는 개수가 적어 비용도 많이 듭니다. 조립 과정에서 하나라도 불량이면 패키지 전체가 폐기되는 구조라 많이 만들고 싶어도 제약이 있죠. 일단 TSMC는 폭증하는 시장 수요에 대응하기 위해 CoWoS 생산 능력을 더 늘릴 계획을 갖고 있습니다.
TSMC의 생산량 확대를 가장 학수고대하는 기업이 바로 엔비디아입니다. 이번에 열린 컴퓨텍스 대만 행사에서 젠슨 황은 TSMC와 함께 엔비디아의 차세대 AI 가속기 베라 루빈이 본격적인 양산 체제에 돌입했다고 밝히기도 했죠. 수백 단계의 공정을 거쳐 완성되고, 3나노 공정 기반의 패키징이 적용되며, 마이크론과 SK하이닉스, 삼성전자의 HBM4 메모리가 탑재됩니다. 그중에서도 대한민국의 핵심 먹거리인 HBM이 있죠. 대만 GTC 행사가 끝난 뒤 젠슨 황은 한국 파트너사들을 모아 뒤풀이를 진행했습니다. 이 자리에서 젠슨 황은 SK하이닉스의 HBM을 치켜세우며 하이닉스와 엔비디아 사이의 파트너십을 강조했죠.
파운드리 영역에서 1위는 대만의 TSMC지만, 메모리는 다릅니다. 오그랩 두 번째 그래프입니다. 카운터포인트리서치 기준 2025년 4분기 글로벌 HBM 매출 현황입니다. 한국의 점유율은 무려 79%나 되죠. SK하이닉스가 57%를 차지해 절반을 넘게 차지하고 있고, 삼성전자가 22%, 마이크론이 21%를 차지하고 있습니다. 그런데 SK하이닉스가 이렇게 압도적인 점유율을 차지하게 된 이유는 뭘까요? 불과 몇 년 전까지만 해도 HBM 시장에서 SK하이닉스와 삼성전자 사이의 격차는 이렇게까지 크지 않았습니다. 사실 2020년 전까지는 HBM 시장 세계 1위가 삼성전자였습니다.
하지만 내부적으로 HBM의 성장 가능성을 높게 평가하지 않으면서 HBM 조직에 힘을 뺐죠. 이후 챗GPT가 등장하고 HBM의 수요가 급속도로 늘어나면서 시장이 예상치 못한 방향으로 흘러갑니다. 그 사이 HBM 사업을 꾸준히 키워온 SK하이닉스는 엔비디아 공급망을 선점해 두었고요. 그 결과가 이렇게 압도적인 점유율로 이어진 거죠. 다만 그렇다고 삼성전자가 뒤처지고만 있을까요? 그렇지 않을 겁니다. 삼성전자는 올해 2월 6세대 HBM인 HBM4를 세계 최초로 양산 출하했습니다. 또 이번 컴퓨텍스 행사 부스에서 HBM5의 모형을 공개하면서 차세대 시장에서도 선도하겠다는 의지를 강하게 보이고 있습니다.
이렇게 생산된 HBM 가운데 엔비디아가 대다수를 가져가는 것으로 알려져 있습니다. 오그랩 세 번째 그래프입니다. 국내 증권사 보고서에 따르면 작년에 엔비디아가 필요로 한 HBM 규모는 전체의 60.8%를 차지했습니다. 물론 엔비디아만 HBM을 필요로 하는 건 아닙니다. 엔비디아 GPU가 아닌 자체 AI 가속기를 만들려는 기업들도 HBM이 필요하죠. 가령 구글의 TPU나 AWS의 트레이니움에도 HBM이 들어가고 있습니다. 사려는 기업들은 줄을 서 있는데, 생산할 수 있는 HBM 양은 한정되어 있습니다. 일반 D램과 달리 HBM은 여러 층을 쌓아 올리는 공정이 필요하고 각 층을 연결하는 기술까지 들어가다 보니 공정이 훨씬 복잡하거든요.
그만큼 수율도 낮고, 생산 능력을 만드는 데도 시간이 오래 걸릴 수밖에 없습니다. 최태원 SK 회장은 컴퓨텍스 현장 부스에서 2030년까지 메모리 공급 부족은 이어질 것이라 전망했습니다. 하이닉스도 향후 5년 안에 생산력을 두 배로 늘리겠다고 밝혔죠. SK 부스를 찾은 젠슨 황은 HBM 웨이퍼에 "제발 더 많이 만들어 달라"는 문구를 남길 정도였습니다.
그런데 이런 시장에 중국 반도체가 명함을 내밀고 있습니다. 5월 25일에 열린 국제 회로 시스템 심포지엄에서 화웨이의 허팅보 반도체 사업 부문 사장이 기조연설에 나섰습니다. 허팅보 사장은 이 행사에서 반도체 패러다임을 바꿀 새로운 법칙을 공개했죠. 이름하여 타우 스케일링 법칙입니다. 기존 반도체 영역을 지배하던 법칙은 반도체 집적도가 2년마다 두 배씩 늘어난다는 무어의 법칙일 겁니다. 많은 연구진과 기업들이 반도체의 집적도를 높이려 한 이유는 무엇이었을까요? 반도체가 작아질수록 소자 사이의 거리가 줄어들고, 신호가 이동하는 데 드는 시간이 줄어들어 전체 칩 성능과 효율을 높일 수 있기 때문입니다. 화웨이는 결국 무어의 법칙에서 중요한 건 단순히 크기가 작아지는 게 아니라 시간을 줄이는 것이라고 판단했습니다.
그래서 탄생한 것이 타우의 법칙입니다. 타우는 물리학에서 시간 상수를 나타내는 기호입니다. 기존에는 공간적으로 칩을 더 작게 만드는 공정 경쟁이었다면, 화웨이는 칩 구조를 접어서 신호 전달 시간 타우를 줄여 버렸습니다. 화웨이 타우 법칙의 핵심 기술은 수직으로 쌓아 올리는 아키텍처인 로직 폴딩입니다. 오그랩 네 번째 그래프로 조금 더 구체적으로 살펴보겠습니다. 일반적인 평면에 칩이 배치되어 있으면 신호가 이동하는 거리는 길 수밖에 없습니다. 하지만 로직 폴딩은 칩을 접어 버리죠. 그렇게 되면 신호 이동 거리가 기존보다 짧아집니다.
기존 방식으로는 트랜지스터 밀도를 제곱밀리미터당 1억 2,600만 개에서 1억 5,500만 개로 높이는 데 3년이 걸렸습니다. 하지만 로직 폴딩을 이용하니 2억 3,800만 개로 단번에 53.5%를 늘릴 수 있었다고 합니다. 다만 로직 폴딩 자체가 완전히 새로운 개념은 아닙니다. 반도체 업계에서 이미 연구해 온 수직 적층 방식을 화웨이가 자신들의 방식으로 재해석한 것이라 할 수 있습니다. 화웨이는 ASML의 EUV 노광 장비 없이도 로직 폴딩을 이용하면 첨단 칩 생산이 가능하다고 주장하고 있습니다. 나아가 2031년까지 1.4나노 수준의 반도체 성능 구현을 목표로 하겠다는 로드맵까지 밝혔죠.
실제로 EUV 없이 첨단 칩을 생산할 수 있는지, 또 실제 수율과 성능을 안정적으로 유지할 수 있는지는 아직 검증이 필요합니다. 이번 발표에 앞서 쉬즈쥔 화웨이 회장은 미국의 압박에 감사를 표하기도 했습니다. 미국이 중국 기업과 산업을 압박하지 않았더라면 지금과 같은 변화와 혁신은 일어나지 않았을 거라는 거죠.
사실 화웨이가 EUV 노광 장비 없이도 첨단 칩이 가능하다고 말하는 진짜 이유는 쓰고 싶어도 쓸 수가 없기 때문입니다. 미국이 막고 있으니까요. 원래 화웨이는 우리가 익히 아는 휴대폰이나 통신 장비를 판매하던 기업이었습니다. 하지만 2004년 하이실리콘이라는 자회사를 만들어 반도체 설계 영역까지 사업을 확대했죠. 설계는 자체적으로 하고 생산은 대만의 TSMC에 맡겨서 반도체를 만들어 왔습니다. 그렇게 잘 굴러가던 화웨이의 반도체 사업이 거대한 암초를 만나게 됩니다. 트럼프 1기 행정부가 들어서고 미중 무역 갈등이 심해지자 2019년 미국이 화웨이를 블랙리스트에 올려 버린 겁니다. 미국의 기술과 장비를 사용하는 반도체 기업들은 화웨이와 거래할 수 없게 되었습니다. 화웨이 입장에서는 퀄컴 칩 거래도 어려워졌고, TSMC와도 더 이상 거래를 이어갈 수 없게 되었습니다.
당시 회장이 직접 나서서 미국 정부의 제재를 풀어 달라고 공개적으로 호소할 정도로 상황이 심각했습니다. 화웨이도 가만히 있지는 않았습니다. 중국의 파운드리 1위 기업인 SMIC와 손잡고 돌파구를 마련하려 했지만 기술 격차가 커서 쉽지 않았죠. 중국 정부가 SMIC에 자금을 쏟아부었지만, 반도체 설비와 장비 수입까지 막혀 제대로 풀리지 않았습니다. 바이든 정부로 정권이 바뀌면 나아질까 싶었지만 그렇지도 않았습니다. 오히려 수출 통제는 더 강화되었죠. 그런데 웬걸, 2023년 하반기에 화웨이는 새로운 반도체 칩인 기린 9000S를 공개했습니다. TSMC 없이, ASML의 최첨단 노광 장비 없이, 중국의 기술만으로 7나노급 고성능 반도체를 만들어 낸 겁니다. 기술적으로 완벽하거나 뛰어나진 않았지만, 불가능하다고 여겨진 것을 해냈다는 사실만으로도 업계에는 꽤 큰 충격이었습니다. 미국의 제재 이후 2021년 매출은 급감했지만, 절치부심한 화웨이는 이후 4년 연속 성장이라는 성적표를 받았습니다. 스마트폰에 들어가는 AP뿐 아니라 AI 반도체 역시 중국의 기술만으로 설계하고 생산해 내고 있습니다. 화웨이가 중국 내부 수요에 집중하게 되면서, 오히려 미국 기업이 거대한 중국 시장을 놓치게 된 격이 되어 버렸죠. 이 지점을 가장 아쉬워하는 사람이 바로 젠슨 황입니다. 미국의 수출 규제만 없었다면 중국 시장에도 엔비디아 GPU를 판매할 수 있었는데, 지금은 중국 AI 칩 시장 전체가 화웨이의 내중골이 되어 버렸으니까요.
미국의 규제에도 꿋꿋이 살아 돌아온 중국 반도체의 저력은 중국 정부의 강력한 투자에서 비롯되었습니다. 사실 중국은 이미 2015년 '중국 제조 2025'를 통해 10년 뒤 반도체 자급률 목표를 70%로 세우고 달려왔습니다. 이를 위해 3차에 걸친 대규모 기금 투자를 진행했죠. 마지막 그래프입니다. 대기금 1기에는 정부 및 국영기업 자본금 1,387억 위안이 들어갔고 사회자본금은 3,758억 위안, 도합 5,145억 위안이 반도체에 투자되었습니다. 5년 뒤인 2019년에는 미국과의 갈등이 심해지자 대기금 규모를 더 확대했죠. 이게 끝이 아닙니다. 2024년에는 모두 합쳐 1.5조 위안 규모의 역대 가장 큰 기금을 조성했습니다. 중국은 대기금을 통해 반도체 제조뿐 아니라 제조에 필요한 장비의 국산화도 추진하고 있습니다. ASML 장비를 못 쓰면 중국 기업이 만들겠다는 거죠. 물론 최첨단 장비와의 기술 격차는 엄연한 현실입니다. 그럼에도 중국은 자국산 장비를 강하게 밀어붙이고 있습니다. 반도체 제조사가 신규 생산 라인을 만들 때 자국산 장비를 50% 이상 사용하도록 요구하는 식으로 말이죠. 중국은 미국의 제재라는 엄청난 역경을 오히려 독자 기술 개발의 기회로 삼아 버렸습니다.
물론 첨단 기술과의 격차는 엄연히 존재합니다. 우리나라와 대만 역시 격차를 벌리기 위해 달려가고 있으니까요. 또 대규모 보조금을 쏟아부으며 자국 반도체 제조 부활에 사활을 걸고 있는 미국 역시 방심할 수 없을 겁니다. AI 반도체 패권을 둘러싼 기업과 국가들의 경쟁, 과연 어떻게 흘러가게 될까요? 오늘 준비한 오그랩은 여기까지입니다. 긴 영상 끝까지 시청해 주셔서 진심으로 감사드립니다.
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