TSMC의 독주, 일본은 급진적인 칩 도박에 수십억 달러를 건다: 반도체 세계를 재편하려는 Rapidus의 위험한 시도
일본 북부 홋카이도 치토세의 바람이 많이 부는 평원에서 조용한 혁명이 시작되려 하고 있습니다. 반사되는 강철과 유리로 둘러싸인 세련된 산업 시설 안에서 시제품 생산 라인이 가동될 준비를 하고 있습니다. 이는 반도체 업계의 일부에서 불가능하다고 여기는 일에 도전하는 것입니다. 바로 TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)의 첨단 칩 분야에서의 세계적인 지배력에 맞서, 더 빠른 속도와 간결한 모델로 처음부터 시작하는 것입니다.
치토세, 홋카이도에 건설 중인 Rapidus의 첨단 반도체 제조 공장(팹) 외부 모습 (amazonaws.com)
이러한 움직임의 배후에는 최근까지 일본 외에서는 거의 알려지지 않았던 신생 기업인 Rapidus가 있습니다. 그러나 공공 및 민간 자본으로 조성된 수십억 달러의 자금으로 추진되는 그들의 야망은 결코 소박하지 않습니다. Rapidus는 2027년까지 스마트폰에서 인공 지능(AI) 시스템에 이르기까지 모든 것을 구동하는 첨단 실리콘 부품인 2나노미터 칩을 대량 생산하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이는 900억 달러 규모의 세계 파운드리 시장에서 논쟁의 여지가 없는 거물인 TSMC 및 삼성과 직접 경쟁하겠다는 의미입니다.
고이케 아쓰요시 Rapidus CEO는 “미국과 중국 간의 긴장이 고조되면서 칩 공급업체가 또 다른 곳에 필요하다는 목소리가 커지고 있다”며 Rapidus의 전략을 단순한 기술적 야망뿐 아니라 지정학적 위험 회피 수단으로 규정했습니다.
매출액 기준 글로벌 반도체 파운드리 시장 점유율 (TSMC의 압도적인 우위)
| 파운드리 | 시장 점유율 (%) | 분기/연도 |
|---|---|---|
| TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.) | 67.1% | 2024년 4분기 |
| 삼성전자 | 8.1% | 2024년 4분기 |
| SMIC (Semiconductor Manufacturing Int'l Corp.) | 5.5% | 2024년 4분기 |
| UMC (United Microelectronics Corp.) | 4.7% | 2024년 4분기 |
| GlobalFoundries | 4.6% | 2024년 4분기 |
| 화훙 그룹 | 2.6% | 2024년 4분기 |
닛케이 비즈니스 데일리가 오늘 밝힌 바와 같이 Rapidus는 Apple, Google, Amazon, Meta 및 Microsoft와 같은 기술 분야의 가장 큰 기업들과 심도 있는 협상을 진행하고 있습니다. 아직 계약이 성사된 것은 아니지만, 이는 지각 변동의 조짐입니다. 반도체 세계가 재편될 준비를 하고 있을지도 모릅니다.
전략적 전환: 일본의 산업적 도박
일본은 수십 년 동안 반도체 강국이었습니다. Toshiba 및 NEC와 같은 기업은 한때 글로벌 메모리 칩 시장을 장악했습니다. 그러나 로직 칩과 파운드리의 시대가 열리면서 일본은 뒤쳐졌습니다. TSMC는 규모와 정밀성을 바탕으로 없어서는 안 될 존재가 되었습니다. 오늘날 세계에서 가장 발전된 칩의 90% 이상이 대만에서 제조되고 있습니다. 이는 미국과 중국 간의 긴장 고조와 대만의 지정학적 노출에 대한 우려가 커지고 있는 상황에서 불편한 집중 현상입니다.
반도체 파운드리 모델은 자체 칩을 설계 및 생산하는 IDM(Integrated Device Manufacturers)과 달리 다른 회사(팹리스 반도체 회사라고도 함)에서 제공한 설계를 기반으로 집적 회로 제조만을 전문으로 하는 회사가 관여합니다. 파운드리는 계약 제조업체로서 운영되며 고객을 위한 제조 공정에만 집중합니다.
고이케 아쓰요시 Rapidus CEO는 이러한 벤처를 사업적 움직임이자 지정학적 필수 과제로 규정하며 “미국과 중국 간의 긴장이 고조되면서 칩 공급업체가 또 다른 곳에 필요하다는 목소리가 커지고 있다”고 말했습니다.
이를 위해 일본 정부는 전력을 다하고 있습니다. 일본 정부는 이번 회계연도부터 Rapidus에 2,000억 엔(약 13억 7,000만 달러)을 투자할 예정이며, 국가 반도체 전략에 따라 더 많은 자금이 투입될 것으로 예상됩니다. Sony, Toyota 및 SoftBank를 포함한 8개의 주요 일본 기업도 이 벤처를 지지하며 정치적 의지와 산업적 역량이 보기 드물게 일치하고 있음을 보여주고 있습니다.
Rapidus의 큰 도박: 2나노미터 목표로 격차 뛰어넘기
기술적 장벽은 더할 나위 없이 높습니다. TSMC는 이미 올해 2나노미터 칩을 생산하고 있습니다. Intel과 Samsung도 같은 길을 가고 있습니다. 반면 Rapidus는 이제 막 시제품 라인을 가동하고 있습니다. 일정은 대담합니다. 부분적으로 가동되는 시범 공장에서 지구상에서 가장 발전된 기술 중 하나의 본격적인 상업용 대량 생산까지 3년이 걸립니다.
칩의 '나노미터' 측정(예: 2nm)은 특정 세대 또는 반도체 제조 기술의 "노드"를 나타냅니다. 역사적으로 트랜지스터와 같은 기능의 크기와 관련이 있었지만 이제는 주로 트랜지스터 밀도 증가를 나타내는 산업 레이블 역할을 하며, 이전 노드에 비해 성능 및 에너지 효율성이 향상되었습니다.
그러나 경쟁사와 달리 Rapidus는 동일한 산을 오르려고 하지 않습니다. 대신 근육을 사용하는 것이 아니라 책략을 사용하여 다른 길을 개척하고 있습니다. Rapidus는 단일 웨이퍼 처리 방식으로 기존 제조 모델을 뛰어넘어 실시간 품질 관리 및 사용자 정의를 가능하게 하는 잠재적으로 더 빠른 피드백 루프를 제공할 계획입니다.
이 모델은 빠른 반복과 특수 칩 설계를 필요로 하는 AI 중심 고객에게 어필할 수 있습니다. 그러나 아직 규모 면에서 입증되지 않았습니다.
익명을 요구한 도쿄 소재 칩 산업 분석가는 “기존 모델은 양산에 맞춰져 있습니다. Rapidus는 속도와 특수성에 베팅하고 있습니다.”라고 말했습니다. “영리하지만 수율이 충분히 빠르게 증가하지 않으면 비용 기반이 발목을 잡을 수 있습니다.”
확장 가능한가? 수율 곡선과 제조 난관
모든 칩 파운드리의 핵심에는 잔혹한 방정식이 있습니다. 바로 수율입니다. 웨이퍼당 얼마나 많은 기능 칩을 추출할 수 있을까요? TSMC의 강점은 엔지니어링 역량뿐 아니라 단위당 비용을 낮추는 점진적인 수율 향상에 대한 10년간의 집착에서 비롯됩니다. 반면 Rapidus는 초기 수율을 *50%*로 목표로 하고 있으며 시간이 지남에 따라 *80~90%*를 목표로 하고 있습니다. 이는 일부 전문가들이 “수학적으로 낙관적”이라고 부르는 스트레치 목표입니다.
반도체 제조에서 수율은 가능한 최대 수에 비해 실리콘 웨이퍼에서 성공적으로 생산된 기능 칩 또는 다이의 백분율을 나타냅니다. 수율이 높을수록 제조 효율성이 높고 칩당 생산 비용이 낮아지기 때문에 중요한 지표입니다. 새로운 프로세스 노드에 대한 시간에 따른 반도체 제조 수율 개선 곡선 예시.
| 단계 | 일반적인 기간 | 수율 범위 (예시) | 주요 요인 및 참고 사항 |
|---|---|---|---|
| R&D / 파일럿 | 초기 단계 | 낮음(< 50%) | 프로세스 안정화, 주요 결함 소스 식별, 초기 설계 테스트. 수율은 변동성이 매우 높으며 종종 체계적인 문제로 제약을 받습니다. |
| 램프 업 | 생산 첫 몇 분기 | 50% - 80% | 대량 생산이 시작됩니다. 신속한 수율 학습, 결함 감소, 프로세스 최적화, 체계적 결함과 임의 결함 식별에 집중합니다. |
| 성숙 | 출시 후 1~3년 | > 80% - 90%+ | 프로세스가 안정적이고 수율 개선 속도가 느려집니다(자격 수율에 접근). 비용 절감, 사소한 프로세스 조정 및 안정성 유지에 집중합니다. |
| 개선 | 노드 수명 주기 전반에 걸쳐 지속적 | > 90% | 지속적인 개선, 프로세스 조정(예: EUV 레이어 감소)을 통한 비용 최적화, 잠재적으로 노드의 향상된 버전 도입(예: N3 -> N3E). |
이러한 접근 방식의 위험은 높습니다. 초기 수율에 약간의 차질이라도 발생하면 비용이 급증하고 고객이 더 안전한 곳으로 돌아갈 수 있습니다.
Rapidus의 프로세스 흐름에 익숙한 미국 소재 반도체 컨설턴트는 “지연될 여지가 전혀 없습니다.”라고 말했습니다. “놓치는 분기마다 돈만 낭비되는 것이 아니라 신뢰도 잃게 됩니다.”
Rapidus는 처음부터 생태계를 구축하고 있다는 점도 어려움을 더하고 있습니다. 대만의 성숙한 공급망의 중심에 있는 TSMC와 달리 Rapidus는 수십 년 동안 첨단 칩을 구축하지 않은 국가 전체에서 장비, 도구, 포토마스크 인프라, 패키징 및 테스트를 조정해야 합니다.
반도체 공급망. (visualcapitalist.com)
이러한 격차를 해소하기 위해 Rapidus는 핵심 기술 이전을 위해 IBM과 파트너십을 맺었습니다. 그러나 실행이 전부입니다.
협상 대 주문: 관심과 약속 사이의 간극
Rapidus가 Apple, Google, Amazon, Meta 및 Microsoft와 협상 중이라는 닛케이의 보도는 투자자들의 관심을 끌었습니다. 그러나 지금까지는 탐색적 협상일 뿐 계약은 아닙니다. 이러한 구별은 매우 중요합니다.
주요 기술 회사는 공급업체 기반을 점점 더 다양화하고 있습니다. 미국의 CHIPS 법은 이들을 국내 또는 동맹국 생산으로 유도했으며, 일본은 엔지니어링 기반과 정치적 제휴를 고려할 때 매력적인 목적지입니다. 그러나 아직까지 Rapidus와 구속력 있는 계약을 체결한 주요 고객은 없습니다.
미국 클라우드 회사의 공급망 전략가는 “위험 회피입니다.”라고 말했습니다. “그들은 회의를 갖고 숫자를 계산하고 있습니다. 그러나 누구도 신뢰할 수 있는 수율로 일관된 웨이퍼를 생산하는 팹이 나올 때까지는 약속하지 않을 것입니다.”
TSMC와 정면으로 맞붙으려다 결국 출혈 경쟁에서 물러선 미국 기반 파운드리인 GlobalFoundries의 교훈은 야망만으로는 충분하지 않다는 것입니다. 규모, 생태계 및 시간이 모두 중요합니다.
정부 요인: 공공 자본과 민간 위험의 만남
Rapidus의 가장 큰 후원자는 일본 정부입니다. 이는 강점이자 위험입니다.
정치적으로 이는 이 프로젝트가 일본의 우주 프로그램 또는 고속철도 투자와 유사한 국가적으로 중요한 프로젝트임을 시사합니다. 경제적으로는 초기 손실의 위험을 줄여줍니다. 그러나 또한 판돈을 높입니다. 실패는 단순한 기업의 실수로 여겨지는 것이 아니라 국가 주도 산업 정책에 대한 비난으로 읽힐 수 있습니다.
전 일본 통상 관리는 “Rapidus가 상징이 될 가능성이 매우 높습니다.”라고 말했습니다. “국가 부흥의 상징이 되거나 산업적 향수의 위험성을 보여주는 상징이 될 수도 있습니다.”
그럼에도 불구하고 더 광범위한 경제적 잠재력은 매력적입니다. Rapidus가 성공하면 전체 가치 사슬을 촉진하여 첨단 기술 분야의 고용을 늘리고 EDA 및 장비 회사를 일본으로 다시 유치하며 한국 및 대만 수입에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다.
미래를 위한 전투: 글로벌 칩 전쟁에 대한 전략적 의미
반도체 세계는 변화하고 있습니다. AI는 컴퓨팅 요구 사항을 재편하고 있습니다. 지정학적 긴장이 공급 지도를 다시 그리고 있습니다. 기후 위험, 노동력 부족 및 팹 비용 상승은 모두 기존 파운드리 모델을 잠식하고 있습니다. 글로벌 AI 칩 시장 수익의 예상 성장률.
| 예측 기간 | 예상 시장 가치 | CAGR | 출처 |
|---|---|---|---|
| 2024 - 2029 | 2029년까지 3,115억 8천만 달러 | 20.4% | MarketsandMarkets |
| 2023 - 2032 | 2032년까지 3,837억 달러 | 38.2% | Allied Market Research |
| 2024 - 2032 | 2032년까지 1,744억 8천만 달러 | 15.2% | SNS Insider |
| 2024 - 2033 | 2033년까지 5,019억 7천만 달러 | 35.50% | Astute Analytica |
| 2024 - 2034 | 2034년까지 2,328억 5천만 달러 | 15.23% | Precedence Research |
| 2024 - 2035 | 2035년까지 8,468억 5천만 달러 | 34.84% | Roots Analysis |
| 2030년까지 | 거의 1조 달러 | N/A | PwC (via Anadolu Agency) |
이러한 배경에서 Rapidus의 제안, 즉 민첩하고 사용자 정의 가능하며 주권 친화적인 칩 제조는 그럴듯할 뿐만 아니라 시기적절합니다.
Rapidus가 2027년 목표를 달성할 수 있다면 고성능 파운드리 수요의 5~10%라는 적당한 시장 점유율조차도 기존 기업이 방향을 전환하도록 강요할 수 있습니다. TSMC는 일본 또는 미국에서 생산 능력을 가속화해야 할 수도 있습니다. Samsung은 계약 제조 가격을 재고할 수 있습니다. Nvidia, AMD 및 심지어 스타트업도 AI 가속기를 신속하게 프로토타입화할 수 있는 새로운 옵션을 가질 수 있습니다.
그러나 반대도 마찬가지입니다. Rapidus가 실패하면 처음부터 파운드리를 구축하지 않는 방법에 대한 사례 연구가 될 수 있습니다.
재창조와 과잉 사이의 아슬아슬한 경계
Rapidus는 한 세대 동안 아무도 하지 않았던 일, 즉 첨단 반도체 분야에서 국가 대표 기업을 빠르고 처음부터 구축하고 시간을 다투며 구축하려고 노력하고 있습니다. Rapidus는 돈, 재능 및 지정학적 순풍을 가지고 있습니다. 또한 제조, 경제 및 실행 위험의 난관에 직면해 있습니다.
투자자와 전략가에게 질문은 더 이상 Rapidus가 중요한가가 아닙니다. 실행할 수 있는가입니다. 향후 2년 동안 수율 목표, 고객 계약 및 생태계 구축을 통해 이것이 일본의 반도체 르네상스가 될지 아니면 기술 혁신의 오랜 이야기에서 또 다른 각주가 될지 결정될 것입니다.
그때까지 홋카이도의 기계가 예열되고 있습니다. 그리고 경쟁도 뜨거워지고 있습니다.