일본 경제산업성 "차세대 반도체 설계, 제조 기반 확립을 위한 대응에 대해 공표함"

1. 일본 경제산업성 "차세대 반도체 설계, 제조 기반 확립을 위한 대응에 대해 공표함"

오늘 11월 11일, 일본 정부에서 발표한 따끈따끈한 정보를 전달하려고 한다.

2020년대 후반의 차세대 반도체 설계, 제조 기반 확립을 위한 대응에 대해 공표합니다. 먼저, 차세대 반도체 연구를 위한 새로운 연구개발조직에 대해서, 명칭을 기술연구조합 최선단 반도체 기술센터(技術研究組合最先端半導体技術センター, LSTC)로 하고, 개요를 공표합니다. 또한, 차세대 반도체의 장래(将来, 미래) 제조기반 확립을 위한 연구개발 프로젝트 채택처를 Rapidus 주식회사(Rapidus株式会社)로 하기로 결정했습니다. 차세대 반도체는 양자, AI 등 큰 이노베이션(イノベーション, 혁신)을 가져올 중핵기술(中核技術, 핵심기술)입니다. 해외의 연구기관이나 산업계와도 연휴(連携, 제휴)하면서, 국내의 아카데미아(アカデミア, 교육기관)와 산업계가 일체되어 임하는 것으로, 우리나라(일본) 전체의 반도체 관련 산업 경쟁력 강화를 목표로 합니다. - 일본 경제산업성(経済産業省)

일본도 슬슬 차세대 반도체 연구 및 개발에 박차를 가하고 있다. 이제 세부적으로 어떻게 기획을 하고 있는지 보자.

 

1-1. 차세대 반도체 연구를 위한 새로운 연구개발 조직

금년(2022년) 5월에 개최한 제1회 미일 상무·산업 파트너십(日米商務・産業パートナーシップ, JUCIP) 장관급 회담에서, 반도체 협력 기본 원칙(半導体協力基本原則)을 합의했습니다. 반도체 협력 기본 원칙에 근거한 미일간의 공동연구 실시를 똑똑히 확인하고, 차세대 반도체 연구에 있어서의 국내외의 뛰어난 지혜(英知)를 결집하기 위한 새로운 연구 개발 조직을 세우는 것을 (2022년) 7월에 결정했습니다. 이번에, 해당조직의 명칭을 기술연구조합 최선단 반도체 기술센터(技術研究組合最先端半導体技術センター, LSTC(Leading-edge Semiconductor Technology Center))로 하고, 개요를 공표합니다. 해당 조직에 대해서는 연내 설립을 목표로 합니다.

 

1-2. 차세대 반도체의 장래 제조기반 확립을 위한 연구개발 프로젝트 실시자

'포스트 5G 정보통신 시스템 기반 강화 연구 개발 사업(ポスト5G情報通信システム基盤強化研究開発事業)' 중 '연구개발항목 ②선단반도체 제조기술의 개발 (研究開発項目②先端半導体製造技術の開発)'에 대한 실시자를 공모하고, 채택심사위원회에서 심사를 거쳐 Rapidus주식회사(Rapidus株式会社) 채택을 결정했습니다.

 

1-3. 일본 반도체 산업 부활 기본 전략(3단계)

일본 반도체 산업 부활 기본 전략 (출처 : 경제산업성)

현재 일본 정부는 반도체 산업을 부활시키기 위해 3가지 전략을 준비중이다.

우선, IoT용 반도체 생산 기반 긴급 강화(1단계)를 통해, 생산 포토폴리오를 긴급 강화하기로 했다. 2020년 반도체 관련 일본 내 시장 규모 50조엔에서 2030년까지 반도체 시장 전체 규모를 100조엔까지 늘리는 것을 목표로 하고 있다.

그 다음, 미일 제휴를 통한 차세대 반도체 기술 기반 강화(2단계)를 통해, 미일 연계 프로젝트로 차세대 반도체 기술 습득과 일본내 관련 시설 확립한다고 한다.

마지막으로, 글로벌 연계를 통한 미래 기술 기반(3단계)를 통해, 광전융합기술과 같은 미래 기술 실현을 최종 목표로 하고 있다.

 

1-4. Beyond 2nm급 차세대 반도체 확보

이에 일본은 반도체 상위 제조업체를 가지고 있는 미국(인텔, IBM), 한국(삼성), 대만(tsmc)에 가세해 유럽도 독일에 인텔(Intel) 공장을 유치하는 등, 전세계에서 차세대 반도체 개발이 가속화되고 있다. 또한 최첨단 반도체는 Fin형(FinFET)에서 GAA형(GAAFET)으로 구조가 크게 바뀌어 대량생산을 위해 고도의 생산 기술이 필요한 전환기를 맞이했다고 분석했다.

평면형 FET, 핀펫, GAAFET (출처 : 삼성)

최초의 트랜지스터라고 여겨지는 전계 효과 트랜지스터(FET, field effect transistor)는 처음엔 2D의 평면형(planar)을 띠었다. 그러나 후에 크기를 더 줄일 수 없어 전압을 전달하는 게이트를 3D의 지느러미형(Fin)인 FinFET를 만들었다. 여기서 더 나아가 이 FinFET의 채널을 나노와이어(nanowire)로 대체해 기존의 FinFET보다 더 정교한 전류량 제어가 가능한 GAAFET가 개발되었다. 지금은 이 GAAFET를 응용한 삼성의 MBCFET, TSMC의 나노시트 트랜지스터(Nanosheet Transistor), 인텔의 리본펫(RibbonFET) 등이 2022~2025년 사이에 각각 도입할 예정이라고 한다.

 

이런 상황에서 일본은 10년 전 Fin형의 양산에 이르지 못했고, 따라서 이번 기회가 다시 차세대 반도체에 일본이 진출할 수 있는 마지막 기회라고 여기면서, TSMC의 일본 내 유치 및 거점 확대(JASM熊本)에 의한 캐치업(따라잡기)을 진행함과 동시에 10년의 지연을 되찾는 지금까지는 다른 차원의 대응이 필요하니 혁신적으로 더 빨리 더 열심히 따라잡는다는 다짐을 하고 있다.

일본의 차세대 반도체 캐치업을 위한 목표 1. 차세대 반도체를 활용한 유스케이스(usecase, 시스템 기능 요구를 포함한 행동을 파악하기 위한 기법) 개발 2. 차세대 반도체 개발, 제조 식견 및 지식 확립 3. 반도체 관련 산업을 지탱하는 인재 교육

 

1-5. 미일 제휴에 의한 반도체 산업 정책

일본은 반도체 공급사슬 강인화(強靱化, tenacious), 연구 개발에는 일본의 동맹국이나 같은 관심을 가진 국가나 지역에서 제휴해 임하는 것이 꼭 있어야 함을 강조한다. 미일간에도 수뇌부, 각료층간에서 반도체와 관련된 협력이 진전되고 있는 것은 긍정적으로 보고 있다.

2022년 5월 4일	일본 전 경제산업대신 하기우다 고이치(萩生田光一, 1963~)와 미국 상무장관 지나 레이먼도(Gina Raimondo, 1971~) 간에 <반도체 협력 기본 원칙(半導体協力基本原則)>에 합의 [<반도체 협력 기본 원칙> 개요] - 이하의 기본 원칙에 따라 양국간 반도체 공급망을 협력한다. 1. 개방적인 시장, 투명성, 자유무역을 기본으로 하며, 2. 미일 및 동지국(同志国, 친한 나라) 및 지역에서 공급망의 강인성을 강화한다는 목적을 공유하고, 3. 쌍방을 서로 인정하고, 보완하는 형태로 한다. * 특히 반도체 제조능력 강화, 노동력 개발 촉진, 투명성 향상, 반도체 부족에 대한 긴급시 대응 협조 및 연구 개발 협력 강화에 대해 양국 간에 협력해 나간다.
2022년 5월 23일	2022년 미일정상회담에서 <반도체 협력 기본 원칙>에 기초한 차세대 반도체 개발 공동 태스크포스 구성 발표
2022년 6월 7일	일본, <경제재정운영과 개혁의 기본방침 2022(経済財政運営と改革の基本方針2022)> 발표 "2020년대 후반에 차세대 반도체의 설계, 제조 기반을 확립한다."
2022년 7월 29일	미일 경제정책협의위원회(경제판 2+2)에서 중요, 신흥 기술의 육성, 보호를 위해 미일 공동연구개발 추진에 합의. 일본측의 대응으로서 연구개발 조직(일본판 NSTC)의 설립 발표
2022년 10월 3일	일본, 제 210대 국회에서 기시다 총리의 소신 표명 연설 "미일 공동 차세대 반도체 기술개발, 양산화 및 Beyond5G 연구 개발 등 최첨단 기술개발 강화를 추진하겠다."
2022년 11월 11일	포스트5G 기금사업에서의 차세대 반도체 연구개발 프로젝트(개발비 : 700억엔)의 채택처를 Rapidus(주)로 하기로한 결정 발표

 

1-5. 차세대 반도체 프로젝트 체제

앞서까지는 일본이 지금까지 어떻게 차세대 반도체를 바라봤고, 미국과 어떤 내용으로 합의했고, 앞으로 어떻게 나아갈 건지에 대한 대략적인 청사진만 살펴봤다. 이젠 그러한 목표를 이루기 위해 어떻게 무엇을 진행하고 있는지 알아보자.

우선 일본은 차세대 반도체(Beyond 2nm)의 짧은 TAT(반도체가 칩의 형태로 나올 때까지 걸리는 시간)의 대량 생산 기반 체제 구축 실현을 위해 2가지 기관을 설립하려고 한다.

1. 첨단설계, 첨단장치,소재의 요소기술과 관련한 개방적인 연구개발 거점 LSTC(일본판 NSTC)를 설립한다.      ㄴ LSTC(Leading-edge Semiconductor Technology Center : 최첨단 반도체 기술 센터) 2. 장래 양산 체제 출범을 내다본 양산 제조 거점 라피두스(주)(Rapidus（株）)를 설립한다.      ㄴ rapidus : 빠른(rapid) (라틴어)

여기서 Rapidus(주) 설립을 위해 키오시아(주), 소니글로벌(주), 소프트뱅크(주), (주)덴소, 도요타자동차(주), 닛폰전기(주), 닛폰전신전화(주)가 각각 10억엔을 미쓰비시UFJ은행이 3억엔을 출자했다. 우리가 아는 소니, 소프트뱅크, 도요타 등도 이미 일본 미래의 반도체 산업 지원에 아낌없이 돈을 썼단 걸 보여주는 대목이다.

 

이 Rapidus(주)는 700억엔에 댈하는 개발비를 활용해 '미일 제휴에 기초한 2nm세대 반도체 집적화 기술 및 짧은 TAT 제조기술 연구 개발, 미국 IBM사 등과의 연계로 2nm세대 로직 반도체 기술개발 실시, 국내 짧은 TAT 파일럿 라인 구축과 테스트칩에 의한 실증 실시'를 개발 테마로 삼았다. 이를 위해 2022년도 2nm 세대의 요소 기술 획득, EUV(극자외선) 노광기 도입 착수, 짧은 TAT 생산 시스템에 필요한 장치, 이송 시스템, 생산 관리 시스템 사양을 책정하고 파일럿 라인의 초기 설계를 실시할 계획(개발비 : 700억엔)이다. 연구기간 종료 후에는 그 성과를 기초로 첨단 로직 파운드리로서 사업화를 목표로 한다.

 

일본은 이렇게 다시 한 번 반도체 시장에 뛰어들어 재도약의 기회를 노리려고 만반의 준비를 가하고 있다.

반도체 산학협력 4대 인프라 계획도 (출처 : 산업통상자원부)

우리나라도 올해 안에 민간 반도체업계가 주도하고 정부가 뒷받침하는 반도체 인력양성 종합 컨트롤타워인 '(가칭)반도체 아카데미'를 제2의 판교 부지에 설립할 예정이라고 밝혔다.

한편 올해 4월에는 나노반도체종합연구소(NSRI)를 설립하겠다는 말을 했지만 최근 관련 기사가 올라오진 않았다...

 

다가올 소리 없는 반도체 점유율 전쟁의 승자는 과연 누가 될까? 일본의 계획을 알았으니 이제 우리도 다시금 운영 방향을 점검할 때가 왔다. 하루 빨리 우리나라의 반도체 산업으로 더 많은 인재들을 끌어모아 한층 더 성장해 나갔으면 한다.