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[도쿄선언40년]②삼성 반도체 '퀀텀 점프' 과제 앞뒀다

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향후 40년, 기술 도약 추진

[아시아경제 김평화 기자] 삼성전자의 40년 반도체 역사는 기술 초격차의 역사였다. 그 결과, 메모리 반도체 분야에서 세계 선두에 올랐다. 하지만 시스템 반도체 시장에선 여전히 1위를 쫓는 추격자다. 향후 맞이할 40년엔 새로운 기술 과제가 있다. 또 다른 차원으로의 도약을 의미하는 '퀀텀 점프'가 필요하다.


삼성전자는 도쿄선언 이후 빠른 속도로 반도체 사업을 키웠다. 1985년 반도체 수출 1억불을 달성한 뒤 다음 해엔 1M D램을 개발, 기술 자립 기반을 닦았다. 1992년엔 세계 처음으로 64M D램을 개발했다. 삼성의 메모리 리더십 역사가 시작됐다. 실제 삼성전자는 그해 처음 세계 D램 시장에서 출하량 기준 1위에 올랐다. 정부는 64M D램의 역사적 가치가 크다고 판단, 2020년 국가중요과학기술자료로 지정했다.

1992년 개발된 삼성전자 64M D램 / [사진출처=삼성 반도체 홈페이지]

1992년 개발된 삼성전자 64M D램 / [사진출처=삼성 반도체 홈페이지]

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삼성전자는 1993년 세계 메모리 반도체 시장 1위에 올랐다. 계속 '세계 최초' 수식어가 붙은 D램을 개발했다. 2000년대 들어선 낸드플래시 시장에서 영향력을 키웠다. 2013년엔 셀을 수직(V)으로 쌓는 방식의 24단 V낸드를 선보였다. 좁은 땅에 회로를 욱여넣던 방식에서 벗어나 마치 탑을 쌓아 올린 듯이 반도체를 설계했다. 낸드 업계 적층 경쟁의 신호탄이었다. 현재 삼성은 D램과 낸드 시장에서 부동의 1위다. 특히 D램 시장에선 점유율이 40% 내외로 높다.


하지만 삼성의 1등 신화는 메모리 시장 한정이다. 메모리보다 규모가 더 커진 시스템 반도체 시장에서 계속 2위, 추적자다. 이미지센서 시장에선 일본 소니를, 파운드리(반도체 위탁생산) 시장에선 대만 TSMC를 쫓고 있다. 특히 성장성이 높은 파운드리 시장에서 점유율을 좁히지 못하고 있다. 생산능력(캐파)과 수율(완성품 중 정상품 비율), 설계자산(IP) 등에서 경쟁력이 부족한 탓이다.


향후 다가올 기술 변화도 난제다. 업계는 그간 회로 선폭을 줄여 집적도를 늘리는 식으로 반도체 성능을 높였다. 삼성전자의 경우 3나노미터(㎚·1㎚는 10억분의 1m)까지 반도체 회로 선폭을 줄여 기술력을 뽐냈다. 1나노대로 접어들면 집적도를 더 늘리기 힘들 수 있다. 선폭이 옹스트롬(1옹스트롬은 10분의 1나노) 수준으로 줄어야 하는데, 이 경우 전자공학으로는 해결할 수 없는 난제가 생긴다. 원자 단위의 새로운 양자 계산이 필요하다. 사실상 실현 가능성이 작다는 의미다.

김정호 KAIST 전기및전자공학부 교수는 "앞으로 10년 정도 지금 추세대로 선폭 줄이기 경쟁이 이어질 것"이라며 "향후 1나노 정도에서 기술 수준이 멈추지 않을까 예측한다"고 말했다. 또 "30~40년 후에는 인공지능(AI)이 발전해 전기 소모가 많고 데이터양이 많아지면 기존 반도체 기반의 컴퓨팅에 한계가 올 것"이라며 "새로운 기술이 나와야 한다"고 덧붙였다.

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삼성전자는 반도체 초격차 엔진이 될 연구·개발(R&D)에 힘쓰고 있다. 최소 5년 후 쓰일 차세대 소재 및 장비를 살피는 삼성종합기술원(SAIT), 그 전 단계에서 적용 가능한 기술을 살피는 반도체연구소 등을 통해 미래 기술을 살피고 있다. 2028년까지는 20조원을 투자해 기흥 캠퍼스에 '기흥 R&D 단지'를 선보인다. 기흥 R&D 단지는 차세대 반도체 핵심 연구 기지가 될 예정이다.




김평화 기자 peace@asiae.co.kr
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