By WILL KNIGHT, WIRED US

반도체 업계는 기술 공정 최첨단화라는 입지를 차지했다. 그렇다면, 반도체 업계가 세계를 움직일 수 있을 정도로 칩을 충분히 생산하지 못하는 이유는 무엇인가?

코로나19의 심각한 피해가 2년 가까이 이어지면서 최소한 스마트폰과 노트북, 그 외 셀 수 없을 정도로 많은 전자 기기의 핵심 부품이라고 할 수 있는 컴퓨터 칩 부족 사태가 계속 전 세계 경제 전반에 걸쳐 여러 제조 업계에 타격을 주었다.

차량 제조사는 지난 몇 달간 판매량이 감소하면서 차량 생산을 중단했다. 소비자의 수요를 맞출 수 있을 정도로 차량을 충분히 생산할 수 없었던 탓이다. 칩 부족 사태는 게임 콘솔과 네트워크 장비, 의료 장비 제조사 등에도 타격을 주었다. 2021년 10월, 애플은 재정 상태 압박이 칩 부족 사태 탓이라고 주장했으며, 인텔은 2023년까지 칩 공급난이 이어질 것이라고 경고했다.

간단하게 말하자면, 반도체 공급망이 깊이 뿌리내리면서 문제를 해결하기 어려운 다른 방식으로 확장되었다는 의미이다. 수요는 칩 제조사가 대응할 수 있는 것보다 더 빠른 속도로 증가한다. 특히, 투자를 위험하게 만드는 수요 발생 시 각종 변수의 대상이 되는 기본 수준이지만 널리 확산된 구성요소의 수요 충족이 매우 어렵다.

반도체 업계를 관측하는 애널리스트 기업인 IC 인사이츠(IC Insights) 소속 시장 연구 부사장인 브라이언 마타스(Brian Matas)는 “전 세계 경제가 코로나 시기에 중단된 두 공급망이 회복세를 보이는 데 매우 오랜 시간이 걸린다는 사실이 말 그대로 놀라울 따름이다”라고 말했다.

반도체 공급망 회복이 어려운 한 가지 이유로 순수하게 칩 수요가 증가하는 현실을 언급할 수 있다. 2020년, 코로나19 시기에 평소처럼 기업을 지원했지만, 업계는 앞으로의 성장을 기대했다. 반도체 업계 연합(Semiconductor Industry Association)이 발표한 바에 따르면, 전 세계 칩 판매량은 2019년, 12% 증가했다. 그러나 2019년 12월, 전 세계 판매량은 2020년 5.9%로, 2021년 6.3%보다 더 증가하리라 전망이 제기됐다.

사실, 가장 최근 공개된 판매량 수치를 보았을 때, 2020년 8월부터 2021년 8월까지 전 세계 시장의 칩 판매량은 29.7% 증가했다. 여전히 클라우드 컴퓨팅 기업과 5G 기업 등 테크 기업을 중심으로 칩 수요가 끊이지 않으며, 그와 동시에 차량부터 가전제품까지 다양한 제품에 여러 수단으로 칩 사용 방식이 증가하는 추세이다.

그와 동시에 미국이 스마트폰과 네트워크 장비 주요 제조사인 화웨이 등 중국 기업을 상대로 시행한 제재의 영향으로 일부 중국 기업은 공급량을 최대한 대규모로 모으기 시작했다.
 
과거, 인텔 경영진이었던 하버드대학교 경영대학원의 데이비드 요피(David Yoffie) 교수는 재택근무와 봉쇄 조치 시기의 무료함, 전자상거래로의 전환이 계속되면서 첨단 기술 제품 수요 급증 현상 촉발로 이어졌으며, 많은 이들을 놀라게 했다고 말한다.

요피 교수는 불과 1년 전만 하더라도 칩 공급사가 지속 가능한 수요의 정도를 완전히 파악하기 어려웠으나 즉시 시장에서 나아갈 방향을 바꿀 수는 없다고 설명했다. 신규 칩 제조 공장에는 수십억 달러를 지출해야 하며, 공장 건설과 장비 마련을 완료하는 데 수년이 걸린다. 요피 교수는 “신규 공장 완공까지 약 2년이 걸린다. 많은 공장이 이전보다 더 커지면서 건설 비용도 더 비싼 데다가 훨씬 더 복잡하다”라고 언급했다.

2021년 11월, 소니와 세계 최대 칩 공급사인 TSMC는 오래된 구성요소 생산 능력을 갖춘 공장 건설에 70억 달러를 투자할 계획이라고 발표했다. 그러나 2024년 말까지 칩 생산에 돌입하지 않을 전망이다. 인텔도 일부 최첨단 신규 공장에 투자한다. 그러나 2024년까지 신규 공장 정보가 온라인에 공개되지는 않을 것이다.

요피 교수는 첨단 칩 생산에 필요한 첨단 자외선 반도체 인쇄 기술(EULM) 장비를 생산하는 기업이 네덜란드의 ASML 단 한 곳이라는 점에 주목했다. 또, ASML의 장비 생산 속도는 수요를 맞추기 부족하다.

또 다른 문제는 모든 칩이 똑같이 생산되지 않는다는 점이다.

전력 제어 통합 서킷과 마이크로 컨트롤러, 센서 등 단순한 구성요소가 주된 혼잡 요소가 되었다. 모두 스마트폰, 게임용 장비 등에 탑재하는 CPU와 GPU보다 훨씬 더 간단하면서도 복잡성이 덜한 오래된 제조 방식을 활용한다. 그러나 CPU, GPU와는 달리 전자레인지부터 의료 장비, 장난감까지 모든 전자 제품에 적용된다.

전자 기기 부품 구매 업체와 판매 업체 중개 서비스 기업인 소서빌리티(Sourceability)의 조시 푸치(Josh Pucci) 부사장이 관측한 바에 따르면, 여러 제품에 사용되는 전력 제어 통합 서킷의 가격은 한때 1달러였으나 현재는 150달러로 치솟았다. IC 인사이츠는 전자 기기 부품 공급 시간이 4~8주였으나 현재 24~52주로 훨씬 더 길어졌다고 분석했다. 부품 부족 문제는 좀처럼 찾기 어려운 오래된 칩 제조 장비 기업 수요 증가로 이어진다.

시장 조사 기관 가트너(Gartner)는 반도체 파운드리가 2021년 2분기 기준 가동된 반도체 공장의 95.6%를 차지했으며, 2019년 2분기 76.5% 대비 증가했다. 가트너 애널리스트인 가우라브 굽타(Gaurav Gupta)는 유지를 위해 장비 가동 중단 시간이 어느 정도 필요하므로 반도체 공장 수가 최고치를 기록했음을 의미한다고 분석했다.

2021년 10월, 칩 제조사 글로벌파운드리스(GlobalFoundries) CEO인 톰 콜필드(Tom Caulfield)는 2023년까지 유지할 지분을 판매했다고 발표했다. 업계에서 수요가 가장 많은 일부 부품을 생산하는 기업인 아날로그 디바이스(Analog Devices)의 CFO는 2021년 8월, 투자자에게 아날로그 디바이스의 주문 예약 건이 11월이면 시작할 회계 연도 기준 2022년도의 공급량까지 확보했다고 설명했다.
 
칩 제조사가 겪는 문제 일부는 기존 고객사 중 주문량을 두 배로 늘리거나 공급량이 사라질 상황에 대비해 필요한 것보다 더 많은 부품을 주문해, 미래의 수요 전망을 왜곡할 수 있다는 점이다. 제조와 전 세계 공급망을 연구한 하버드대학교의 윌리 시(Willy Shih) 교수는 “더 심각한 상황을 만드는 주문량 두 배 증가라는 추세 때문에 공급난이 촉발했다”라고 주장했다.

다수 애널리스트도 칩 제조 기업이 신규 공장 투자를 꺼리는 이유는 칩의 이윤이 적으며, 칩 업계가 급격한 수요 하락 이후 수요가 갑자기 증가하는 상황이 반복하여 발생하는 것으로 악명 높기 때문이라고 말한다. 업계는 자칫하면 가격 하락이라는 결과로 이어질 미래 칩 공급량 충족 문제를 우려한다.

요피 교수는 “반도체 업계 역사를 보면, 심각한 수준으로 칩 수요가 감소한 뒤 수익성과 가격 모두 급등한 사실을 확인할 수 있다. 현재의 수요 증가 추세가 계속될지 장담할 수 없다”라고 말했다.

현재 수많은 신규 칩 제조 시설이 가동 중이지만, 대부분 최첨단 칩 생산이 이루어진다. 2021년 1월, 가트너는 칩 제조 업계의 신규 공장 시설 투자 비용이 2년 전보다 50% 증가한 총 1,460억 달러를 기록할 것이라는 전망 보고서를 발표했다. 그러나 그중 오래된 보편적인 칩 투자 비중은 매우 적다.

이론상으로 최첨단 칩 시설 가동을 늘리려면 일부 공장이 오래된 부품을 생산하도록 해야 한다. 그러나 수요 증가 속도가 공급 증가 속도보다 더 많아서는 안 된다. 최근 들어 많은 기업이 구형 칩 생산 시설 신규 가동 투자를 시작했다. 그러나 푸치 부사장은 구형 칩 생산 시설 투자는 제조 업계가 고객사에 2년 치 부품 주문을 요구한 뒤에서야 이루어진 사실을 지적했다.

일반 부품 생산의 어려움과 해당 부품 공급망의 어려움 모두 대만의 수자원 부족 문제와 텍사스주의 극심한 기후와 같은 문제가 칩 생산에 타격을 준 방식과 함께 분명하게 드러났다. 푸치 부사장은 “타격을 완화할 수 있는 2주 치 재고를 확보할 여유가 전혀 없다”라고 상황을 전했다.

펜실베이니아대학교 와튼경영대학원의 개드 앨론(Gad Allon) 교수는 “많은 이들이 코로나19를 과거의 일처럼 이야기한다. 그러나 코로나19는 공급망의 현실에서 과거의 일이라고 말할 수 없다”라고 언급했다.

** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
Why the Chip Shortage Drags On and On … and On