K 반도체 대전략

K 반도체 대전략 - 위기와 기회가 공존하는 다음 10년, 대한민국은 어떻게 반도체 초강국이 될 것인가
권순용 지음 / 위즈덤하우스 / 2024년 1월

한국인에게 반도체에 대해 물으면 대부분 삼성전자, 하이닉스를 떠올릴 것이다. 만약 대만인에게 물으면 TSMC, 미디어텍을, 미국인에게 물으면 인텔, 엔비디아, AMD 등을 떠올리지 않을까싶다. 이처럼 반도체는 제대로 성장하기만 하면 대부분의 국가에서 GDP의 상당부분을 차지하는 기간 산업이 된다. 특히 우리나라의 경우 수출의 약 23%가 반도체관련이기 때문에 그 영향력이 더 막대하다고 느껴진다.

반도체는 말 그대로 도체(전기가 아주 잘 통하는 물질)와 부도체(전기가 안 통하는 물질)의 중간에 위치한 특이한 특성을 지닌 물체다. 즉, 임의로 전기의 흐름을 제어해 정보를 저장하거나 처리하거나 한다. 이런 반도체 중 정보의 저장을 위해 활용하는 반도체가 메모리 반도체, 정보를 처리하기 위한 CPU같은 반도체가 비메모리 반도체다. 그리고 우리나라의 두 거대기업 삼성전자와 SK하이닉스는 비메모리 반도체의 절대 강자로 전세계 메모리 시장의 대부분 차지한다.

그런데 최근 들어 미국과 중국의 갈등이 고조되면서 첨단기술, 특히 반도체가 뉴스에 언급되는 횟수가 증가했다. 국가 안보 산업으로 분류되면서 중국에 반도체 생산장비 반입 금지, 첨단 반도체 수출 금지 등 아마 한번쯤은 뉴스에서 들어봤을 법한 내용은 결코 긍정적인 뉘앙스가 아니었다. 대체 반도체가 무엇이길래 미국은 반도체로 중국을 심하게 압박하는 것일까?

이를 알려면 먼저 반도체가 어느 분야에서 응용되는지 알아야 한다. 사실 반도체가 응용되는 분야는 거의 모든 전자기기다. 스마트폰, PC, 모든 전자가전, 기계 등 안들어 가는 곳이 없다. 그 중에서도 특히 중요한 곳은 다들 한 번쯤은 들어 봤을 법한 인공지능 분야이다. 인공지능은 사람 두뇌의 방식을 모사해서 패턴을 인식하도록 만든 프로그램이다. 즉, 어떤 현상에 대한 패턴을 찾기 위해 사전 학습을 한다. 이를 모델이라고 하는데, 실제로 까보면 그냥 가중치의 집합이다. 예를 들어 1을 넣으면 2가, 2를 넣으면 4가 3을 넣으면 6이 나오는 사회적 "현상"이 있다고 가정하자. 그럼 4를 넣으면 8이 나올 것이라고 예측할 수 있다. 그런데 이 답이 정말 맞을까? 맞을 수도 있고 틀릴 수도 있다. 하지만 대부분의 사람들은 높은 확률로 4를 넣으면 8이 나온다고 생각 할 것이다.

인공지능도 이와 마찬가지로 패턴을 발견하고 이에 맞는 식을 내부적으로 모델링 한다. 즉, 학습 데이터(위의 예시에서는 x1 == 1 -> y1 == 2, x2 == 2 -> y2 == 4, x3 == 3 -> y3 == 6)을 학습하면 y = 2x라는 식을 내부적으로 모델링한다. 즉, 패턴 인식 알고리즘을 스스로 만든다고 이해하면 쉽다. 그리고 이런 내용을 확장해서 개와 고양이를 구분 하거나 한국어 -> 영어를 번역하거나 하는 규칙을 찾는 것을 하는 게 바로 인공지능이다. 단지 위에서 본 식과 달리 어마어마하게 큰 행렬식으로 표현이 되는데 그 크기를 파라미터 수라고 하며, 해당 내용을 훈련하는 플랫폼이 바로 GPU다.

GPU를 사용하는 이유는 CPU로 하면 느리기 때문이다. GPU는 CPU 여러 개를 병렬로 엮어 놓은 것과 같고 여기서 묶음 중 한개를 코어라고 한다. 다만 GPU 하나하나의 코어는 CPU의 코어보다 성능이 매우 떨어진다. 하지만 위에서 큰 행렬식이라고 했는데, 그 행렬식을 병렬로 처리해 계산하는데 GPU를 사용하면 CPU 단독으로 연산을 처리하는 것보다 훨씬 빠르다. 만약 모델에 1만 개의 파라미터가 있어 연산하려고 한다면 GPU코어가 1 만 개라면 한번에 처리 가능하지만, CPU의 경우 1만 번을 순차적으로 돌려야 한다. 그러니 GPU가격이 천정부지로 솟은 데는 다 이유가 있는 것이다.

그리고 GPU를 만드는 업체가 우리가 잘 알고 있는 NVidia, AMD와 같은 반도체 업체이다. 그들이 설계한 반도체를 TSMC나 삼성 파운드리에 위탁해 생산하는데 이는 인공지능이 발전할 수록 점점 해당 기업의 이익이 상승할 수 있다는 의미이다.

그 외에도 자율주행에 포함되는 딥러닝을 위한 반도체, 컴퓨터 그래픽스에 들어가는 반도체 등 다양한 반도체가 필요하며, 그 외에도 인공지능을 위한 반도체 등 다양한 반도체 기술이 필요하다.

이번 책 K 반도체 대전략에서는 반도체가 접목될 수 있는 유망한 기술(BCI, 자율주행자동차 등)과 한국의 반도체가 걸어가야 할 길에 대한 저자의 의견이 들어가 있다. 기술 부분에는 팩트가, 전략 부분에는 팩트를 기반으로 한 의견이 들어가 있다. 반도체 연구로 대학원까지 공부한 저자의 의견은 무게가 묵직하면서도 생각할 거리를 만들게 한다.

특히 우리나라 반도체 업계의 연구 방향과 기술에 대한 설명을 아주 쉬운 언어로 표현해서 초보자들이 읽기 쉽게 쓰여진 것이 특징이다. 저자 권순용은 SOD라는 유튜버로 활동하면서 다양한 기술에 대해 팩트 기반으로 컨텐츠를 제작하는데, 그 과정에서 과학 & 공학 분야의 다양한 현업 연구자, 전략가들과 인터뷰를 한다. 나 역시도 작가의 컨텐츠를 즐겨보는 편인데 인터뷰에서 연구자들이 의견을 냈던 부분을 잘 갈무리해서 쓴 것 같다는 느낌이 들었다.

이 책은 기술적으로 깊은 내용을 다루는 책은 아니다. 하지만 반도체가 응용 될 수 있는 유망분야에 대해 궁금하거나, 반도체 기업들의 생태계에 대한 전반적인 내용이 궁금하다면 한번 책을 읽어보기를 추천한다.

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- 본 포스팅은 서평단에 참여하여 책을 지원 받아 작성하였습니다. -