(선물상자)半導體産業의理解 [서울시립대채수조교수 (고에너지이론물리전공)]

[서권호(47기 동기회회장)]

(선물상자)半導體産業의理解
[서울시립대채수조교수
(고에너지이론물리전공)]

반도체 팹(Fabrication)은 <標>가 아니라, 전압·주파수·유량·압력·순도·온도·진동·장비 대응 시간 같은 <物理量>으로 돌아간다.

['공모 점수'와 'RE100 구호'로는 반도체 팹이 돌아가지 않는다.]

'이재명 대통령'이 호남권 반도체 클러스터를 둘러싼 비판에 직접 반박했다.

요지는 이렇다. 2023년 윤석열 정부 때 호남의 반도체 입지가 이미 공식적으로 확인됐다는 것이다. 광주·전남이 국가첨단전략산업 공모 과정에서 최우수 등급을 받았다는 기사를 근거로 들었고, 장성호·담양호 등 산업용수원, 호남권 태양광·풍력 인프라, 그리고 RE100 실현 가능성까지 묶어 "호남이 반도체 입지로 적합하다"고 주장했다.

나는 이 주장이 현실을 모른 채 아직도 종이 위에 그림을 그리고 있다고 본다.

먼저 분명히 해두자.
이 글은 '호남을 좋아하느냐, 싫어하느냐' 의 문제가 아니다. '지역균형발전에 찬성하느냐, 반대하느냐' 의 문제도 아니다.

문제는 반도체 전공정 팹이라는 극도로 정밀한 산업 시스템을, 정치 구호와 공모 점수로 설명하려 한다는 데 있다.

반도체 팹은 오직 전압·주파수·유량·압력·순도·온도·진동·장비 대응 시간 같은 물리량, 그리고 그것을 통제하는 숙련 엔지니어의 노력으로 돌아간다.

반도체 칩 안의 전자는 정치인의 표를 보고 움직이지 않는다. 게이트에 걸린 전압을 따라 흐른다. 공정은 지역 안배를 봐주지 않고 오직 화학 반응 조건에만 좌우된다. 수율은 정치 구호에 되지 않고 현장 전문가의 오랜 노하우로 0.1%씩 올라갈 뿐이다.

이번 반박은 네 가지 축에서 다시 따져봐야 한다. 전력, 용수, 인력, 그리고 배후 생태계. 여기에 하나를 더한다. 지난 대선 토론에서 불거졌던 RE100 착각이다.

1. "윤 정부 때 확인됐다"는 말의 함정

대통령은 2023년에 이미 호남 입지가 공식 확인됐다고 했다. 그러나 그해 국가첨단전략산업 특화단지의 최종 결과를 보면 이야기가 달라진다.

반도체 분야 최종 지정지는 경기 용인·평택과 경북 구미였다.

용인·평택은 삼성전자가 용인 국가산단에 2042년까지 300조 원을 투자해 첨단 팹 5기를 짓기로 한, 세계 최대 시스템반도체 클러스터의 거점으로 지정됐다. 여기에 SK하이닉스가 주도하는 용인 일반산단(원삼)까지 더해진다. 구미는 SK실트론 등이 투자하는 웨이퍼·기판 등 핵심 원재료 공급기지로 특화됐다. (참고로 같은 해 디스플레이 분야 특화단지로는 천안·아산이 지정됐다. 뒤에서 다시 짚는다.)

광주·전남은 반도체 분야 최종 지정지에 들어가지 못했다.

핵심은 "기업이 선택하지 않았다"는 사실이다.

공모 과정에서 좋은 평가를 받은 것과, 국가 반도체 전공정 클러스터의 최종 입지로 선택되는 것은 전혀 다른 문제다. 시험 문제 몇 개를 잘 풀었다고 실제 공장이 돌아가는 것은 아니다. 보고서 점수와 산업 물리량은 다른 차원의 이야기다.

특화단지 평가표가 답하지 못하는 질문은 따로 있다.

- 10GW급 부하를 24시간 감당할 수 있는가?
- 하루 100만 톤이 넘는 공업용수와 초순수 시스템을 안정적으로 공급할 수 있는가?
- 수천 명의 숙련 공정 엔지니어를 정착시킬 수 있는가?
- 수백 개 소부장 기업과 글로벌 장비사의 실시간 대응망을 만들 수 있는가?

"최우수 등급"은 정치적으로는 쓸 만한 문장이다. 그러나 반도체 산업에서는 충분조건이 아니다.

2. 전력: "재생에너지가 많다"와 "팹을 돌릴 수 있다"는 다른 말이다

호남에 태양광·풍력 설비가 많은 건 사실이다. 그러나 그것이 첨단 반도체 전공정 팹의 장점이 된다는 건 완전히 틀린 이야기다.

팹이 필요로 하는 것은 연평균 발전량이 아니라, 24시간 365일 변함없이 들어오는 고품질 전력이다.

전압과 주파수가 흔들리면 안 된다. 우리 전력망은 60Hz, 즉 1초에 60번 진동하는 교류로 돌아간다. 안정된 전력이란 그 진동의 진폭(V₀)과 주파수가 매 순간 일정하게 유지된다는 뜻이다. 문제는 이 파형이 수십 밀리초만 꺼지거나 출렁여도 라인 위의 웨이퍼 한 배치가 통째로 불량이 된다는 데 있다. 그래서 반도체 팹은 이중 송전선로, AVR(자동전압조정), UPS(무정전전원)를 겹겹이 깔고, 국제 반도체 표준(SEMI F47)에 맞춰 순간 전압강하 내성까지 설계한다.

사람이 "연평균 혈압만 정상이면 된다"고 말하지 않듯, 반도체 팹도 연평균 전력이 아니라 매 순간의 전력이 정상이어야 한다.

규모를 보자. 용인 반도체 클러스터 하나에 필요한 전력은 최종적으로 10GW 이상으로 추산된다. 이건 수도권 최대 전력수요(약 40GW)의 4분의 1에 해당하는 양이다.

- 10GW = 1GW급 대형 발전소 10기
- 하루 전력량: 10GW × 24h = 240GWh
- 1년: 약 87.6TWh

이 87.6TWh는 2024년 우리나라 총발전량(약 600TWh)의 약 15%에 맞먹는다. 클러스터 하나가 완전 가동되면, 나라 전체 전기의 7분의 1을 빨아들이는 셈이다. 작은 산업단지 하나의 문제가 아니라 국가 전력망의 뼈대를 새로 짜야 하는 규모다. 참고로 환경부는 용인 클러스터 완공 시 연간 온실가스 배출량이 3,377만 톤에 이를 것으로 내다봤다.

그런데 호남 반도체론은 자꾸 재생에너지 설비용량을 든다. 태양광 10GW가 깔려 있다고 해서, 팹에 10GW가 안정적으로 들어오는 것이 아니다.

- 태양광은 밤에 0이다.
- 구름이 끼면 급락한다.
- 풍력은 바람이 멈추면 사라진다.
- 계통이 못 받으면 출력제어로 버린다.
(한마디로 날건달 전기다)

전기가 생산될 가능성과 전기가 공장에 안정적으로 들어오는 것은 전혀 다른 물리량이다. 전력망은 평균값으로 작동하지 않는다. 매 순간 발전과 소비가 정확히 맞아야 한다.

게다가 호남은 이미 "전기가 남아서 버리는" 지역이다. 한전은 2024년 5월 광주·전남 103곳, 전북 61곳의 변전소를 계통관리변전소로 지정하고, 이 지역 신규 발전설비의 계통 접속을 사실상 2032년 이후로 미뤘다. 송전망이 포화돼, 이미 깔아놓은 태양광·풍력조차 출력제어로 버리고 있는 곳이다. 광주·전남은 전국에서 출력제어가 가장 잦은 지역에 속한다. 전기가 남아 신규 접속까지 막아둔 지역과, 팹이 요구하는 24시간 고품질 전력을 흔들림 없이 공급할 수 있는 지역은 전혀 다른 이야기다. 출력이 들쭉날쭉한 잉여 전력이 넘쳐나는 것과, 산업용 고품질 전력이 충분한 것은 같은 말이 아니다.

여기에 이번 구상에는 AI 데이터센터까지 들어간다고 한다. AI 데이터센터는 전기를 더 잡아먹는 괴물이다. 팹도 전기 괴물인데 그 위에 데이터센터를 얹으면, 그 지역은 발전소와 송전망을 통째로 새로 설계해야 한다.

3. RE100: 빅테크는 이미 그다음 단계로 갔다

이번 논의에서 가장 시대착오적인 대목이 RE100이다.

"호남은 태양광·풍력이 많으니 RE100 달성이 쉽고, 그러니 글로벌 빅테크의 필수 요건을 맞출 수 있다"는 논리다. 그러나 RE100은 국제 조약도 규제도 아니다. 민간 단체가 주관하는 자발적 캠페인이다.

게다가 RE100의 회계 방식 자체에 근본적 한계가 있다. 연간 총량 맞추기다. 어떤 기업이 1년 동안 100만MWh를 썼다면, 같은 양의 재생에너지 인증서(REC)나 전력구매계약(PPA)을 확보해 "장부상 100% 재생에너지"를 주장할 수 있다.

그러나 실제 전력망은 그렇게 움직이지 않는다.

낮에 태양광이 쏟아졌다고 해서, 밤에 돌아가는 EUV 노광 장비가 그 태양광 전기로 움직이는 것이 아니다. 여름 낮의 남는 태양광 인증서를 샀다고 해서, 겨울 밤의 데이터센터가 무탄소 전력으로 돌아가는 것도 아니다.

전력은 시간의 함수다. 전기는 저장하지 않으면 그 순간 사라진다. 전력망에서는 발전과 소비가 매 순간 약간의 여유가 있을 정도로 일치해야 한다. "연간 총량이 맞는다"는 건 장부상의 회계 논리일 뿐, 전력 물리의 논리가 아니다.

빅테크는 이미 이 한계를 알고 다음 단계로 넘어갔다.

구글은 2017년부터 연간 전력 사용량을 재생에너지 구매로 100% 맞춰 왔다. 그러나 그것을 최종 해법으로 보지 않았다. 그