AI반도체 강국의 꿈, 설계부터 패키징까지 국내서 키운다
정부가 최근 미국 엔비디아를 뛰어넘는 자율차용 인공지능(AI)가속기 반도체 등에 연구개발(R&D) 투자를 집중하겠다는 비전을 발표하는 등 첨단전략산업 중심의 초격차 성장과 기술 주권 확보 청사진을 그리고 있다. 한국 수출의 20%를 담당하는 반도체 산업의 미래 역시 AI반도체에 달렸다는 평가가 나온다. 산업통상자원부 기자단은 지난 17일 반도체를 설계하는 팹리스부터 후공정(OSAT) 패키징까지 국내 반도체 밸류체인(가치사슬) 각 분야 기업을 찾아 K반도체의 현재와 미래를 들어봤다.
“2년 여기에 입주했을 때는 직원이 3명이었는데 지금은 26명까지 늘었습니다. 아직은 작은 규모지만 법인 설립 직후부터 시스템반도체설계지원센터(ICS)와 함께할 수 있던 덕입니다.”
이날 경기 성남시 제2판교 경기기업성장센터에 위치한 ICS에서 만난 김영동 유니컨 대표는 초고속 커넥티비티 개발 새싹기업(스타트업)인 자사의 성장에 지원센터가 큰 도움이 됐다며 이같이 말했다.
유니컨은 데이터 전송 속도가 빨라지면서 발생하는 신호 손실 등 문제를 반도체를 활용한 무선전송 방식으로 해결하는 기술을 개발하고 있다. 김 대표는 “컴퓨팅의 프로세서나 메모리 등은 과거 진공관 등에서 지금은 반도체로 모두 바뀌었는데 커넥티비티는 여전히 수많은 도체가 쓰여 전자기간섭 등 문제가 있다”며 “저희는 신호를 기존 주파수보다 훨씬 높은 주파수에 태워 보내는 방법으로 기존 도체에서 발생하는 문제를 해결하고 가격이나 사용전력도 오히려 낮추고 있다”고 말했다.
김 대표는 그러면서 선 없이 약 1㎝ 간격을 두고 떨어져 있는 장비를 통해 노트북에 뜬 영상이 동시에 모니터에서도 재생되는 모습을 시연했다. 이 같은 시제품을 만드는 데 레거시(구형) 공정을 썼음에도 한 번에 7000만원에서 1억 5000만원까지 비용이 드는데, 지금까지 12차례 중 3차례는 ICS의 도움을 받아 진행했다고 김 대표는 설명했다.
2020년 문을 연 ICS에는 AI반도체 기술 등을 개발하는 스타트업을 위한 사무공간 14개가 마련돼 있다. 사무공간 외에도 33종의 전자설계자동화(EDA) 툴, 오실로스코프, 계측장비 등을 제공하며 시제품 제작 비용과 맞춤형 컨설팅도 지원한다. 처음 2년간 구축사업에 115억원의 예산이 쓰였고, 2022년부터 내년까지 286억원을 추가로 투입할 계획이다.
이곳에 입주한 또 다른 업체 아티크론은 AI반도체와 이에 최적화된 소프트웨어(SW)를 개발하는 회사다. 정한울 아티크론 대표는 저전력·저비용 AI반도체로 저화질 이미지를 고화질로 바꾸는 ‘슈퍼 레졸루션’ 기술을 보여줬다. 기자단과 동행한 안덕근 산업부 장관이 “AI가 정보를 모아서 처리하는 과정에서 아주 크게 확대했을 때 왜곡된 정보가 끼는 문제는 없느냐”고 묻자 정 대표는 “그런 일을 방지하기 위해 AI가 사전 학습을 반복한다”고 답했다.
ICS 소개를 맡은 유병두 한국반도체산업협회 팹리스지원실장은 “AI반도체 칩 개발에 200억∼400억원 정도의 비용이 드는데, 보통 3∼4회 시제품 만들어야 양산 칩을 만들 수 있어 투자비가 많이 든다”며 “입주기업 여부를 가리지 않고 이 부분을 지원하고 있다”고 설명했다.
ICS 인근에 위치한 가온칩스는 시스템반도체 디자인 솔루션을 제공하는 디자인하우스다. 반도체는 팹리스로 불리는 반도체 설계 전문회사의 설계와 삼성전자 등 파운드리(반도체 위탁생산)의 제조를 거쳐 만들어지는데 반도체 기술이 고도화되면서 설계와 제조를 잇는 반도체 디자인의 중요성이 커졌다. 직원 260여명 가운데 엔지니어 비중이 90%에 달한다는 가온칩스는 연평균 성장률이 50%에 이른다.
정규동 가온칩스 대표는 “AI 반도체의 급격한 성장을 체감하고 있는 중”이라며 “시제품을 만드는데 10억원 안팎의 비용이 발생하는데 삼성전자 등 기업과 정부가 팹리스 스타트업을 위해 많은 지원을 해주지만, 여전히 초기 스타트업에는 높은 수준이어서 더 많은 지원이 필요하다”고 말했다.
창업 3년 만에 국내 1호 팹리스 유니콘 기업(기업가치 1조원 이상 비상장사)을 눈앞에 둔 리벨리온도 찾았다. 120여명의 직원이 출근하는 리벨리온 본사에는 출퇴근용 자전거가 벽에 일렬로 걸려 있어 젊은 정보기술(IT) 회사의 분위기가 물씬 풍겼다.
리벨리온은 5명의 공동 창업자로 시작해 구글, 엔비디아, 퀄컴, 삼성전자 등 글로벌 기업 출신 인재들을 끌어모았다. 금융 특화 AI반도체인 ‘아이온’(ION)과 데이터센터용 AI반도체 ‘아톰’(ATOM)을 차례로 출시하면서 빠르게 성장하고 있다.
오진욱 리벨리온 공동창업자 겸 최고기술책임자(CTO)는 “삼성전자 등 파운드리에서 일한 경험이 있는 반도체 설계 관련 우수 인력을 미국보다 한국에서 더 쉽게 찾을 수 있고 정부의 관심과 투자 면에서 유리하다고 봤다”며 미국 뉴욕에서 창업을 구상하다 한국에서 스타트업을 시작한 이유를 밝혔다.
기자단은 반도체 밸류체인의 마지막을 담당하는 업체 하나마이크론을 방문하기 위해 충남 아산시로 발걸음을 옮겼다. 하나마이크론은 올해 매출액 1조원을 목표로 하는 국내 1위 반도체 후공정 업체다. 삼성전자와 SK하이닉스 등으로부터 웨이퍼(반도체 제조용 실리콘판)를 넘겨받아 이를 스마트폰 등 제품에 부착할 수 있는 형태로 패키징한다.
베트남, 브라질 등에도 공장을 세워 운영하고 있지만 아산 공장 기준 장비 국산화율은 30∼40% 수준에 그친다고 했다. 한국의 반도체 소부장(소재·부품·장비) 경쟁력이 아직은 일본이나 유럽에 비해 떨어지기 때문이다. 다만 최근엔 국내 업체들도 성장하고 있어 몇 년 후엔 장비의 국산화율이 50% 이상이 될 것이라고 박진호 하나마이크론 상무는 설명했다.
박 상무는 “팹리스, 파운드리, OSAT 등이 반도체 생태계로 잘 조성돼야 시너지를 낼 수 있다”며 “이런 환경이어야 기업들이 해외로 나가지 않고 국내에 더 많이 투자를 할 수 있다”고 강조했다.
