일본 반도체 산업은 부활할 수 있을까

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일본 반도체 산업은 부활할 수 있을까

• 경제·무역
• 일본
• 도쿄무역관 고범창
• 2023-05-02
• 출처 : KOTRA

Keyword#반도체 #TSMC #라피더스 #일본 반도체

미국, 대만과 손잡은 일본 반도체산업 전략

DX, 지정학·경제안보, 탄소중립화·GX에 대응하기 위해 국내 반도체 생산 기반 강화

"다른 스테이지(차세대 반도체 개발)에서 반도체 산업을 제패하고, 세계를 리딩하겠다." 자민당 반도체 산업 추진위원연맹 회장을 맡고 있는 아마리 의원의 말은 일본의 반도체 산업 부활을 향한 강한 의욕을 보여준다. IC insights에 따르면 일본 반도체 산업의 세계시장 점유율은 1988년 50.3%였으나, 1990년대 이후 점차 그 위상이 낮아져 2021년에는 6% 수준까지 떨어졌다. 2021년 일본은 DX(디지털 트랜스포메이션), 지정학·경제안보, 탄소중립화·GX(그린트랜스포이션)라는 3가지 큰 흐름에 대응하기 위해 「반도체·디지털산업전략」을 수립했으며, 이 전략에 기반해 현재 미국, 대만 등 우호국들과 적극적인 반도체 연대를 구축하고 있다. 일본 반도체 산업 전략은 어떤 것인지, 또 일본 반도체 산업이 어떤 방식으로 미국, 대만과 협력하고 있는지 살펴 보고자 한다. 

일본 정부의 「반도체·디지털산업 전략」

2021년 6월 경제산업성은 「반도체·디지털산업 전략」을 수립하고, 반도체를 디지털 인프라, 디지털산업과 함께 3가지 핵심기술요소로 설정했다. 경제산업성 카나자시 정보산업과장은 "반도체는 DX(디지털 트랜스포메이션), 지정학·경제안보, 탄소중립화·GX(그린 트랜스포이션)이라는 3가지 변화에서 중첩되는 부분이며, 이런 중요성을 감안해 반도체 관련 산업전략을 수립하게 됐다"고 책정 배경을 설명했다.

이런 반도체 산업의 부흥을 위해 국내 반도체 매출액을 현재 5조 엔 수준에서 2030년 15조 엔까지 끌어올리겠다는 구체적인 목표를 세우고, 목표 달성을 위한 3단계를 결정했다. 먼저 국내 반도체 생산기반을 강화하고(STEP1), 차세대 반도체 설계기술을 확보하며(STEP2), 나아가 미래 기술의 연구개발(STEP3)을 하겠다는 것이다. 경제산업성은 2023년 4월 「반도체·디지털산업 전략(개정안)」을 통해 단계별 실행계획을 아래 표와 같이 구체화했다. 

일본 정부는 단계별 성과 창출을 위해 적극적으로 예산을 투입하고 있다. 예로, 2022년 추경예산에서 '첨단 반도체의 국내생산거점 확보'(STEP1)에 4500억 엔, 차세대 반도체 제조를 위한 '포스트 5G 시스템 기반강화  연구개발사업'(STEP2)에 4850억 엔을 출자한 바 있다.         

<일본 정부의 반도체 전략 요약>

	STEP 1  국내 반도체 생산 기반 강화	STEP 2 차세대 반도체 설계기술 확보	STEP 3 미래 기술의 연구개발
첨단 로직 반도체	국내 제조거점의 정비	- 2nm세대 로직 반도체의 제조기술 개발   - Beyond 2nm 반도체 실현 위한 연구개발(LSTC)	광융합 등 게임체인저가 될 미래기술 개발
첨단 메모리반도체	미국과 연계를 통한 국내 설계·제조거점 정비	- NAND, DRAM의 고성능화  - 혁신 메모리 개발	혼재 메모리 개발
산업용 특화 반도체	종래형 반도체의 안정적인 공급체제 구축	SiC 파워 반도체 등의 성능 향상, 저비용화	GaN·Ga2O3파워 반도체 실용화를 위한 개발
첨단 패키지	첨단 패키지 개발 거점 설립	칩렛 기술의 확립	광칩렛, 아날로그·디지털 혼재SoC 실현
제조장치·부소재	첨단반도체 등의 제조에 필수인 제조장치·부소재의 안정적 공급체제 구축	Beyond 2nm에 필요한 차세대 재료 실용화 위한 기술 개발	미래기술 실용화를 향한 기술개발
국제 연계	해외 파운드리(TSMC 등)와 합작공장 설립 지원	- 미일 반도체 협력 기본원칙에 따른 TF를 활용해 미일 연구기관(NSTC, LSTC) 연계 강화로 차세대 반도체 개발 추진  - 라피더스, 미국 IBM, 벨기에 imec 등 연계	미국, EU, 벨기에, 네덜란드, 영국, 한국, 대만 등과 차세대 반도체 사용사례 창출 및 연구개발 연계 추진

[자료: 경제산업성 「반도체·디지털산업 전략(개정안) (2023.4.)」을 KOTRA 도쿄 무역관에서 정리]

단계별 국제협력사례

STEP 1: 국내 반도체 생산기반 강화(대만, 미국과 연계)

일본 국내 반도체 생산 기반 강화를 위한 핵심 프로젝트는 대만 TSMC와 일본 덴소, 소니 반도체 솔루션 3개사의 합작회사인 JASM(Japan Advanced Semiconductor Manufacturing)이다. JASM은 일본 정부로부터 최대 4760억 엔의 보조금 지원을 받아 쿠마모토현에 공장을 설립 중인데, 2024년 12월부터 양산이 가능할 것으로 보인다. 일본은 TSMC 유치를 통해 국내에서 양산이 어려운 첨단 로직 반도체(28~12nm) 생산 역량을 확보해서 국내외 수요에 대응하고자 한다. 특히 JASM의 제1공장은 소니 그룹의 이미지센서 사업에 들어갈 반도체 28nm 세대가 중심이고, 제2 공장은 12nm 세대의 양산을 통해 자동차의 화상처리용 IC 등 수급에 기여할 것으로 예상된다. 카나자시 과장은 TSMC의 일본 공장 설립은 일본 산업(자동차, IoT 등)에서 수요가 높은 28~12nm 범위의 로직 수급에 기여할 것이며, 40nm이 한계인 일본에는 없는 퍼즐을 메우는 프로젝트라고 언급했다. 

TSMC의 일본 유치에는 미국의 입김도 크게 작용했는데, Informa Intelligence 시니어 컨설팅 디렉터 미나미카와 씨는 "일본은 반도체 분야에 있어 미국의 최대 파트너로, 미국은 일본이 강점을 가진 장치·재료 기술이 일본 내 첨단 로직 반도체 양산 거점이 부재한 상황 때문에 비우호국으로의 유출 가능성을 우려"했다고 밝혔다. TSMC 외에도 미국의 Western Digital, Micron이 일본 미에현, 히로시마현에 각각 플래시 메모리, DRAM 공장 건설을 추진 중에 있다.

<해외기업 투자를 통한 일본 첨단반도체 생산시설 구축 현황>

관련 사업자
국가		대만	미국	미국
투자 승인일		2022.6.17.	2022.7.26.	2022.9.30.
최대 보조금		4,760억 엔	929억 엔	465억 엔
계획	장소	쿠마모토현	미에현	히로시마현
	주요 제품	로직 반도체(22/28nm·12/16nm)	3차원 플래시 메모리(제6세대 제품)	DRAM(1β세대)
	생산능력	월 5.5만 장(12인치 환산)	월 10.5만 장(12인치 환산)	월 4만 장(12인치 환산)
	초회 출하	2024년 12월	2023년 2월	2024년 3~5월
	제품 납입처	일본 고객 중심	메모리, 스마트폰, PC, 데이터센터, 자동차 등	자동차, 의료기기, 인프라, 데이터센터, 5G, 보안 등
	설비 투자액	86억 달러 규모	약 2,788억 엔	약 1,394억 엔

[자료: 경제산업성 「반도체·디지털산업 전략(개정안)(2023.4.)」]

<건설 중인 TSMC 공장>

[자료: 닛케이신문(2022.12.31.)]

STEP 2: 차세대 반도체 설계기술 확보(미국, 벨기에 등과 연계)

일본 「반도체·산업전략」 2단계는 차세대 반도체(Beyond 2nm) 설계 기술을 확보하는 것으로, 일본은 이를 위해 2가지 프로젝트를 추진 중이다. 먼저, 차세대 반도체(Beyond 2nm)의 설계 기술연구개발 거점을 설립하고, 둘째는 이 연구기술을 바탕으로 차세대 반도체를 실제 양산할 수 있는 거점을 확보하는 것이다. 이 2가지 프로젝트 모두 외국과의 연계가 필수 불가결하다. 

첫 번째 연구개발 거점은 2022년 5월 '미일 반도체 협력 기본원칙'이 체결됨에 따라 탄력을 받게 됐다. 이후 2022년 7월 일본은 '기술연구조합 최첨단 반도체기술센터(LSTC)'의 출범을 발표했고, 미국 '국가과학기술위원회(NSTC)'와 LSTC 간 차세대 반도체 개발을 위한 공동 연구개발 추진에 합의했다. 둘째로 차세대 반도체의 양산 거점을 확보하기 위한 노력은 일본 주요 대기업 8개 사가 출자한 라피더스(Rapidus) 설립으로 이어진다. 라피더스의 목표는 2027년 이후 2nm 세대 첨단 로직 반도체를 양산하는 것이다. 이에 더해 히가시 라피더스 회장은 "TSMC가 대응하지 않는 소규모 발주도 대응하며, 단시간(Turn Around Time)에 반도체를 제조하는 것이 회사 목표"라고 의지를 보였다.

이런 라피더스는 차세대 반도체 기술, 시스템을 보유하지 않아 외국과의 연계가 필수적이다. 라피더스는 미국 IBM과 2nm 노드 반도체의 공동 개발 파트너십을 체결했으며, 추후 IBM의 반도체 연구소 Albany NanoTech Complex에서 GAA(Gate All Around) 기술을 획득해 나갈 예정이다. 또한 라피더스는 유럽 최고 수준의 반도체 연구개발 생태계를 형성하는 imec과 차세대 반도체 개발에 관한 MOC(협력각서)를 체결했다. 

경제산업성 카나자시 정보산업과장은 "아직은 일본 내 차세대 로직 반도체에 대한 니즈는 없는 상황이나 DX, GX, 자동차의 전동화가 진전된 2030년에는 수급이 일본에 사활의 문제가 될 것"이며 "특히 전기차의 항속거리에 영향을 미치는 칩의 소비전력을 낮추기 위해 차세대 로직 반도체 수급이 반드시 필요하다"고 얘기했다. 또한 도쿄이과대학대학원 와카바야시 교수도 "데이터센터의 에지서버, 자동운전, 5G 기지국 등에서 차세대 반도체가 추후 요구"될 것이라고 말했다. 

<라피더스의 개요(2023년 2월 시점)>

목표	국내 파운드리로서 2nm 세대 로직 반도체 양산(2027년 이후)
협업처	미국 IBM, 벨기에 imec
제조기술	- 미국 IBM의 GAA(Gate All Around) 노하우 전수  - EUV노광장치 획득(2024년 말)  - 벨기에 imec에 따른 미세화/링그라피기술개발 지원
수단	비공개
설립 국내 배경	일본 반도체 재부흥을 위해 반도체 양산기술이 40nm세대를 벗어나지 못하는 상황에서 탈피
미국 지원 배경	지정학적 리스크가 높아지는 대만 TSMC나 한국 삼성전자를 대체가능한 새로운 선택지로 설립 지원. 미국 IBM은 슈퍼컴퓨터에 대한 반도체 조달을 목적으로 지원

[자료: 닛케이 일렉트로닉스]

STEP 3: 미래기술의 연구개발(여러 국가와 연계)

「반도체·산업전략」 3단계는 광전 융합이나 양자 등 기술의 연구개발로 2단계보다 더 확장된 단계이다. 예를 들어 2030년 이후 본격적으로 구현될 전망인 양자컴퓨터는 2단계에서 개발한 차세대 로직 반도체가 사용될 것이다. 이러한 새로운 사례 적용을 염두에 두고 장기적인 연구개발을 진행하는 것이 3단계 전략이다. 이를 위해 미국, EU, 벨기에, 네덜란드, 영국, 한국, 대만 등과 연계해 차세대 반도체의 사용 사례 창출하고 공동연구를 추진할 계획이다. 

시사점

일본 반도체산업은 미국, 대만 등과 적극적인 연대를 통해 국내 반도체 생산 거점을 확보하고 차세대 로직 설계기술 개발에 힘을 쏟고 있다. 또한 미국 주도의 우호국 간 글로벌 반도체 공급망 구축이 계속 진전되고 있음을 알 수 있다. 향후 일본의 반도체 산업 변화와 미국 주도의 글로벌 반도체 공급망 구축이 우리 기업에 어떤 영향을 미칠지 관심을 가지고 주목해야 한다. 

자료: 닛케이 일렉트로닉스, 경제산업성, 응용물리학회, 닛케이신문, TBS News, KOTRA 도쿄 무역관 자체 자료