반도체는 ESG? 지구 환경을 지키는 친환경 기술!

반도체는 ESG? 지구의 환경을 지키는 친환경 기술!

 

우리나라 미래성장과 경제안보에 기여할 12대 국가전략기술 중 하나로 꼽힌 ‘반도체’! 여러분은 ‘반도체’에 대해 얼마나 알고 계시나요? 포스텍 반도체공학과 이병훈 교수님과 함께 더 자세히 알아볼까요?

안녕하세요. 포스텍 반도체공학과 주임교수 이병훈입니다.

지난 시간에는 반도체는 무엇인지, 반도체로 만드는 스위치로 어떻게 TV, 스마트폰과 같은 전자기기를 만드는지에 대해 설명드렸습니다.

반도체 산업의 미래 전망 , 그리고 삼성

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반도체가 지구환경 ESG 에도 영향을 주는 기술

이번에는 반도체가 지구환경 ESG 에도 영향을 주는 기술이라는 점에 대해 얘기해 보겠습니다.

지난번에 반도체 스위치는 1초에 30억 번까지 껐다 켰다 하는 스위치라고 말씀을 드렸습니다. 여러 가지 일을 할 때마다 전기를 써가면서 일을 해야 하기 때문에 스마트폰으로 게임을 많이 하거나 영화를 보면 금방 또 충전을 해야 하는 것이죠.

전기자동차의 경우를 보면 처음에는 이 차를 만들 수 있는지 없는 지를 고민하지만, 이제는 한번 충전해서 얼마나 멀리 갈 수 있는지를 경쟁하고 있습니다. 반도체도 지난 50년 간은 얼마나 빨리 스위치를 동작 시키는 지를 두고 경쟁했습니다. 처음에는 1초에 백만 번 쯤 하던 속도를 40년 동안 열심히 연구해서 10년 전 쯤 1초에 30억 번을 달성했습니다. 그 이후로는 더 빠르게 만드는 것보다는 더 작게 만들고, 전기를 덜 쓰게 만드는 것을 두고 경쟁해왔습니다.

얼마나 작으면 더 작다고 할 수 있을까요? 50년 전에는 머리카락을 세 조각 내는 정도였다고 한다면, 요즘은 머리카락 하나를 7500개로 나누는 정도로 작아져서 10나노미터 정도에 해당하는 모양의 전선을 가지고 반도체소자를 만들게 됩니다.

이런 반도체를 만드는 장치들도 어마어마해서, 네덜란드의 회사에서 파는 EUV노광장비는 한 대당 2천억 원이 넘습니다. 다음 세대의 장비는 5천억 정도 될 거라고 하네요. 그래서 공장 하나를 짓는 데도 최소 10조~15조 원이 들어간다고 하죠. 공장을 짓는 데 1년이 걸린다고 생각하면, 하루에 410억, 시간당 17억, 분당 2천8백만 원씩을 써야 합니다.

이렇게 많은 돈을 들여가면서도 공장을 짓는 이유는 반도체 산업이 계속해서 성장할 것으로 생각되기 때문입니다. 점점 더 많은 곳에 반도체가 들어가게 되고, 더 많은 사람들이 반도체를 쓰게 되기 때문이죠. 반도체 시장은 작년에는 550조 원이었고, 10년 안에 1천 조 원이 될 것으로 예상되고 있습니다.

중소기업의 경우 매출 1억당 1명이 고용되고, 대기업은 4억당 1명이 고용되면 괜찮은 기업이라고 합니다. 매출 규모로 보면 반도체 산업은 최소한 250만 명을 먹여 살릴 수 있는 산업입니다. 그러니 세계 각국의 정부가 반도체 산업을 유치하거나 지키기 위해 모든 노력을 다하고 있는 것이지요.

그럼 반도체는 장비도 비싸지는 데 왜 자꾸 작게 만들려고 하는 걸까요? 예를 들어 피자를 잘라서 조각으로 판다면, 사람들은 피자 조각이 작아질수록 피자의 값보다 더 적은 돈을 지불해야 한다고 생각할 거예요. 그런데, 크든 작든 한 조각만 먹으면 배가 불러지는 피자가 있다고 하면 어떨까요? 그럼 더 작은 조각을 만들어서 팔수록 더 많은 돈을 벌 수 있겠죠. 반도체는 피자 반죽처럼 생긴 실리콘 웨이퍼라는 판 위에 반도체 공정을 한꺼번에 진행한 다음 여러 조각으로 잘라서 파는데, 같은 웨이퍼에 더 많은 반도체를 만들수록 더 많은 돈을 벌 수 있기 때문에 더 작은 반도체를 만들려고 하는 것이죠.

반도체 산업은 이렇게 고용이나 수익 창출 그 자체로도 중요하지만, 다른 산업에 없어서는 안되는 부품을 공급하는 산업이라서 더욱 중요합니다. 최근 반도체가 없어서 자동차를 사는 데 몇 개월에서 1년까지 기다려야 하는 상황이 벌어지는 것을 보면 그 중요성을 잘 알 수 있지요. 특히 통신용 반도체의 경우, 다른 나라에서 만든 통신칩을 쓰면 보안의 문제가 있을 수 있다는 주장이 나오는 등 국가 안보와도 밀접한 관련이 있는 산업이다 보니 각 나라 별로 자국의 반도체 산업을 육성하기 위해 대대적인 투자를 하려고 하고 있습니다.

우리의 일상을 편리하게 해주는 모든 전자기기에 반도체가 들어가 있기 때문에 지구 상의 많은 사람들이 반도체를 사용하고, 점점 더 많이 사용하게 될 것입니다. 그런데 이 반도체는 전기를 써서 작동한다고 앞에서 말씀드렸습니다. 지금은 인류가 만들어내는 전력의 3-5% 정도를 반도체 제품을 작동시키기 위해 사용한다고 합니다. 10년 후에는 현재보다 10배에서 20배 정도의 반도체가 더 필요하다고 합니다. 지금 우리가 쓰고 있는 전력의 절반 정도를 반도체가 사용하는 상황이 되면 새로 전력을 만드는 것만으로도 심각한 환경문제가 발생할 수 있습니다.

그래서 전력을 덜 쓰는 초저전력 반도체를 만들기 위한 기술들이 연구되고 있습니다. 재미있게도 초저전력 반도체기술은 ESG 친환경 기술의 발전 방향과 비슷한 점이 많이 있습니다. 예를 들면 물자 수송에 따라 발생하는 탄소발자국을 줄이기 위해 지역에서 나오는 농산물을 지역 내에서 소비하자는 운동이 있지요? 마찬가지로 반도체도 반도체 내에서 움직이는 전자의 이동 거리를 줄여서 전기 사용량을 줄일 수 있습니다.

어떻게 하면 반도체 내에서 전자가 움직이는 거리를 줄일 수 있을까요? 네모난 색종이 양 끝에 두 점을 찍고 두 점 간의 거리를 줄이는 방법을 생각해 보시면 됩니다. 그렇죠. 종이를 접으면 되죠. 반도체도 두 개, 세 개, 또는 여러 개를 각각 만들어서 붙이는 방법으로 발전해가고 있습니다. 서로 다른 반도체를 붙이는 기술이라고 해서 ‘이종집적’이라고 하는데요.

이종집적 반도체를 설계하고 만드는 기술을 누가 먼저 개발하는지를 두고 전 세계적인 경쟁이 벌어지고 있습니다. 대만과 일본은 4조 원을 들여서 쯔쿠바에 공동연구소를 세웠고, 미국은 자국 내에 국립반도체기술센터를 만들고 있습니다. 그뿐만이 아니라 중국은 반도체를 설계하는 소프트웨어를 아예 쓰지도 못하게 하는 제재를 가하고 있습니다. 그냥 달리기 경쟁을 하는 것이 아니라 진흙밭에서 서로 밀고 당기고 넘어뜨리는 인정사정없는 경쟁이 시작되었습니다.


전 세계의 연구자들이 함께 논의하고 개발해도 새로운 기술을 개발하는 것이 쉽지 않았는데 이렇게 각자 편을 갈라 싸우는 상황에서 인류의 미래에 도움이 될 만한 반도체 기술이 잘 개발될 수 있을지 큰 걱정입니다. 어찌 되었건 기술전쟁에서 안전을 보장 받는 방법은 압도적인 초격차 기술을 먼저 확보하는 것뿐입니다.

 

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해당 글의 출처는 대한민국 정책브리핑 (http://www.korea.kr)이며 정식으로 허가를 받고 포스팅을 진행하였습니다.