인터뷰 – K-반도체

차세대지능형반도체사업단 김형준 단장

“시스템 반도체 기술개발의 핵심은 반도체 고급인재양성”

(재)차세대지능형반도체사업단, 성공적 추진 위한 구심점 역할

대한민국, 반도체 인력 부족이 현실.. 인력양성 박차 가해야

시스템반도체개발, 산·학·연 협력 결과물의 바로미터

김형준 단장

4차산업혁명시대, 과학이 국력이 되는 시대가 도래했다. 특히, 반도체 기술에 세계가 주목하고 있는 가운데, 주요국에서는 반도체 시장 선점을 위한 집중 투자를 시작했다. 국내에서도 메모리반도체 분야에서는 높은 경쟁력을 보유, 세계 시장의 70% 이상을 점하고 있으나 시스템반도체 분야에서는 경쟁력이 미약한 상태다. 정부는 차세대지능형반도체사업단을 출범하고, 세계시장을 주도할 수 있는 신기술과 신제품 창출의 플랫폼 구축에 나섰다. 혁신적 아이디어로 새로운 혁신을 촉진하고 있는 사업단의 김형준 단장을 만나봤다. <편집자주>

- 세계 1등 차세대 지능형 반도체 개발을 위해 차세대지능형반도체 사업단이 출발했습니다. 사업단 소개를 부탁드립니다.

▲김형준 단장 = 차세대지능형반도체사업단은 2020년 9월, 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 범부처 지원사업인 차세대지능형반도체기술개발사업을 지원하기 위하여 재단법인으로 설립되었습니다. 10년간 1조 96억의 사업비를 투입하는 사업으로 고성능(1PFLOPS), 저전력(1mW)의 지능형 반도체 기술개발을 목표로 하고 있는데, 전력소모 감소 및 고성능 구현을 위한 미래소자(과기정통부), 연산속도 향상을 위한 설계기술(과기정통부, 산업부), 미세화 한계를 극복하는 원자단위 공정·장비 기술(산업부)로 사업이 구성되어 있습니다. 이를 통해 2026년 시스템반도체 세계 시장점유율 10% 달성, 2028년 반도체 장비 자립화율 35% 달성, 10년간 반도체 분야 석·박사급 전문인력 4,450명 배출을 목표로 하고 있습니다. 2021년에는 사업의 2년 차를 맞이하여 소자-설계-제조·장비 핵심기술의 조기 확보와 Star project 발굴을 위한 컨설팅을 통해 본격적인 성과제고를 추진하고 있습니다.

- 시스템 반도체의 중요성에 대한 의견을 듣고 싶습니다.

▲김 단장 = 시스템 반도체는 저장용 메모리를 제외한 CPU, GPU, AP, CIS, 자동차반도체, 전력반도체, AI 반도체 등의 흔히 말하는 비메모리 반도체를 의미합니다. 시스템 반도체는 8천여종의 제품과 다양한 수요산업 분포에 따라 다품종 소량생산 체제를 갖추고 있으며, 기업별로 특정 전방산업에 특화되어 있습니다.

대부분은 반도체 설계전문 팹리스의 반도체 위탁생산을 통하여 생산되는데, 같은 공정을 사용하더라도 설계자의 Know- how에 따라 칩 성능이 크게 좌우되는 특성을 가지고 있습니다. 우리나라는 메모리 반도체 분야에서 매우 우수한 실적을 보여주고 있으나 세계 시장규모에서는 시스템 반도체의 규모가 더 큽니다. ’20년 기준으로 전체 반도체 시장규모는 약 4,694억 달러 규모인데, 이 중에서 우리나라가 60~70%를 점유하고 있는 메모리 분야는 약 1,353억 달러 규모로 28.8%의 비중을 가지지만, 비메모리 분야 즉, 시스템 반도체는 약 3,341억 달러 규모로 71.2%를 차지하고 있습니다. 하지만, 전체 반도체 시장의 3/4을 차지하는 시스템 반도체 분야에서 우리나라의 점유율은 3~5% 수준으로 미미한 실정입니다. 진정한 반도체 강국이 되기 위해서는 현재 경쟁력을 갖고 있는 메모리 반도체뿐만 아니라 시스템 반도체의 기술력 확보가 중요한 것입니다.

- 우리나라 시스템 반도체의 기술수준은 어느 정도인가요?

▲김 단장 = 앞에서 언급하였듯이 시스템 반도체는 메모리 반도체보다도 시장규모가 두 배 이상 크고 성장 가능성도 큰데, 그중 60% 이상을 차지하는 팹리스 산업은 퀄컴, 엔비디아, 브로드컴, 미디어텍, AMD 등 미국, 대만기업이 전 세계 시장을 장악하고 있습니다.

국내 팹리스의 경우는 삼성전자를 제외한 글로벌 점유율은 10년째 1%를 넘지 못하고 있는 실정입니다.

세계 20위권 이내에는 국내 1위의 팹리스 기업인 LG계열사 실리콘웍스가 유일합니다. 지난 4월 전국경제인연합회와 한국반도체디스플레이기술학회가 반도체 산업 전문가 100명(학계 60명, 산업계 40명)에게 조사한 설문에 따르면 ‘미국·일본·대만 등 반도체 분야별 산업 선도국의 기술 경쟁력을 100으로 볼 때, 우리나라 기술 수준은 어느 정도인가요?’ 질문에 인공지능(AI) 반도체 분야는 60점, 시스템 반도체 분야 전체는 72점으로 낮았습니다. 특히 중요한 설계 능력은 60점 이하로 나왔습니다.

인공지능시대의 유망분야인 인공지능반도체 기술수준은 꾸준히 개선되고 있으나(최고국대비 기술수준 : (’16년) 77.8% → (’17년) 80.9% → (’18년) 84.0% → (’19년) 87.9%, 출처: IITP ICT 기술수준조사), 아직 선진국 수준과는 기술격차가 존재하고 있습니다(‘19년 : 미국(100%), 중국(92.2%), 유럽(88.5%), 일본(87.1%)).

이 분야는 기술의 원천성과 혁신성이 높고, 시장에서의 선점 경쟁이 치열한 만큼 꾸준한 투자와 노력이 필요할 것으로 생각합니다.

- 차세대 시스템 반도체 기술개발의 당면과제는 무엇인가요?

▲김 단장 = 시스템 반도체의 핵심기술은 설계기술이고, 메모리 반도체의 핵심기술은 공정기술입니다. 또한 시스템 반도체를 잘하려면 시스템을 먼저 이해하여야 합니다. 하지만 시스템을 이해하는 시스템 아키텍처 엔지니어가 우리나라에는 없습니다. 또한 반도체 설계인력도 상당수 부족합니다.

우리나라는 다양한 종류의 시스템 반도체 중에서 선택과 집중을 통해 기술경쟁력과 시장에서의 경쟁력을 키워가야 합니다. 인력이 넘치면 사업영역을 넓혀갈 수 있지만, 현재처럼 절대적으로 인력이 부족한 상황에서는 선택과 집중을 해야 합니다. 이를 위해서는 정부에서 다양한 인력양성 사업을 추진하여 참여하는 학계와 교수들의 범위를 확대해야 합니다.

최근에 발표된 “K-반도체 전략”에 따라 2022년부터 첨단센서, PIM (Processing in memory) 인공지능반도체, 인력양성사업 등 대규모 사업이 추진될 것으로 보입니다. 반도체 인력은 단기간에 육성되지 않는 만큼 산학연 연계를 통한 실무능력 강화와 장기적인 관점에서 기초연구에 투자를 지속적으로 확대해야 건전한 산업 생태계를 조성할 수 있을 것입니다.

또한, 산업체도 수요자의 입장에서 산학프로젝트 등을 활성화하여 학계를 지원하고 인력양성을 지원해야 합니다. 그런 점에서 우리 사업단도 학계 참여가 활성화될 수 있도록 과제기획에 신경을 쓰고 있습니다. 결국 시스템 반도체 기술개발 당면과제의 해답은 반도체 고급인재 육성으로 생각됩니다. 다시 말씀드리지만, 특히, 팹리스의 경우 설계자의 역량이 핵심이기 때문입니다.

- 2030년 종합반도체 강국으로 도약하기 위한 시스템반도체 개발이 시급한데, 어떻게 개발해야 한다고 보시는지요.

▲김 단장 = 현재 사업단에서 개발 중인 과제들은 대부분 시스템 반도체입니다. 일부 메모리 기술이 포함되어 있지만, 소자과제, 인공지능 설계과제, 상용화반도체 설계과제 등 시스템 반도체가 대부분입니다. 소자과제의 경우, 참여하는 기관이 모두 학계입니다. 자연스럽게 인력양성의 효과가 구현될 것입니다.

본지 이도수 발행인과 인터뷰 하고 있는 김형준 단장(왼)

또한 인공지능설계나 상용반도체설계, 그리고 제조장비 과제도 주관기관이 산업체나 정부출연연구소이지만, 참여 기관으로는 학계가 대부분 포함되어 함께 과제를 수행하고 있습니다. 이를 통해 인력양성을 도모할 것이고 많은 수의 인력이 배출될 것입니다.

시스템 반도체 개발을 수행하는데 앞에서도 언급하였듯이 모든 것을 한다는 생각은 버려야 합니다. 철저하게 시장을 보면서 선택과 집중의 개발 방법을 구사해야 합니다. 예를 들어 이미 선두업체의 시장점유율이 독보적인 CPU나, 특정 인공지능 반도체 분야를 경쟁하겠다고 무리해서는 안 됩니다. 분명히 쉽지는 않을 것입니다. 인력양성의 선순환 시스템을 구축하고 이를 통해 작은 시장이지만 하나둘씩 성공의 경험을 쌓아나가면서 기술경쟁력을 갖추어 나가는 것이 필요하겠습니다.

- 차세대 시스템 반도체 개발에 대한 사업단의 추진계획을 말씀해 주시지요.

▲김 단장 = 먼저 “차세대지능형반도체기술개발사업”의 성공적인 추진을 위한 구심점 역할을 할 것이며, 사업 기획 및 반도체 소자/설계/제조장비 등 반도체 산업 전 분야를 아우르는 중장기 발전 로드맵을 수립하고, 이를 지원할 인프라 기관과의 유기적인 연계를 촉진할 뿐만 아니라, 공공-민간 협력의 가교 역할 등을 추진하겠습니다.

또한 “차세대지능형반도체 기술개발사업”의 성공을 위해 수요-후원-개발기업과 협력기관이 참여하는 연대와 협력 등 공동연구* 추진, 설계 검증을 위한 파운드리 분야 서비스 제공 등 상호 협력 방안 모색, 개발된 제품의 상용화를 위한 시제품 제작, 분석·평가, 설계·검증 인프라 등을 적극적으로 지원하겠습니다.

지능형 시스템 반도체 개발사업을 설명하는 김형준 단장

이를 통해 세계 시장을 주도할 수 있는 신기술, 신제품 창출의 플랫폼을 구축하고, 세계를 선도할 AI 반도체 기술 확보 및 반도체 제조 강국을 실현하겠습니다. 혁신적인 아이디어로 새로운 혁신을 촉진하는 사업단의 역할을 다하겠습니다.

- 시스템 반도체 개발에 산·학·연 협력이 중요하다고 봅니다. 이를 위해 사업단은 어떤 역할을 할 계획인지요?

▲김 단장 = 앞에서도 언급하였듯이 현재 사업단에서 진행 중인 과제는 대부분 산학연이 참여하는 형태의 과제입니다. 실제 미래 반도체 기술은 산학연 한 분야에서의 혁신만으로는 기술 실현이 불가능하다는 것을 모두 잘 알고 있습니다.

또한 저희 사업단은 국내 산학연 기관뿐만 아니라 전 세계 산학연 기관에게 오픈되어 있습니다. 어느 기관이든 혁신적인 기술개발의 아이디어가 있다면 참여하여 협력하고 교류하는 장을 만들어 놓고 있습니다. 우리나라의 메모리 반도체가 시장에서 또한 기술에서 세계적인 경쟁력을 보유한 그 배경에도 철저하게 산학연이 협력한 결과물입니다. 시스템 반도체도 이와 같은 상황이고 메모리 반도체의 경우처럼 산학연이 협력하여야만 이룰 수 있는 목표가 사업단의 목표입니다.

- 차세대지능형반도체 사업단의 사업계획이 성공적으로 추진되면, 우리나라 시스템반도체의 기술수준과 전체 반도체산업의 전망을 어떻게 보시는지요

▲김 단장 = 첫 질문에 답하면서 언급하였던 내용처럼 되기를 바랍니다. 솔직히 쉽지 않은 목표입니다만, 반도체기술 혁신을 통한 4차 산업혁명과 인간 생활의 혁신을 주도하는 글로벌 반도체 No.1으로의 국가로 도약되어 있을 것입니다. 구체적으로는 2026년 시스템반도체 세계 시장점유율 10% 달성, 2028년 반도체 장비 자립화율 35% 달성, 10년간 반도체 분야 석·박사급 전문인력 4,450명 배출로 메모리 반도체 못지않은 시스템 반도체 기술을 보유한 국가가 되어 있을 것입니다.