기억을 담는 방, 생각을 처리하는 뇌: 반도체의 두 얼굴

기억을 담는 방과 생각을 처리하는 뇌

사실 얼마 전까지만 해도 저는 뉴스에서 매번 떠드는 반도체가 다 같은 것인 줄 알았습니다. 그저 컴퓨터나 스마트폰 안에 들어가는 작고 까만 칩이라고만 생각했죠 (솔직히 말하면 경제 뉴스에 어려운 용어가 나올 때마다 아는 척 고개만 끄덕이곤 했습니다). 그런데 찬찬히 들여다보니 이 작은 부품들 사이에도 명확한 성격 차이와 역할 분담이 있더군요. 크게 보면 데이터를 저장하는 '메모리 반도체'와 연산이나 제어 같은 정보 처리를 담당하는 '시스템 반도체'로 나눌 수 있습니다.

사람으로 비유하자면 아주 이해하기 쉽습니다. 메모리 반도체는 기억력이 비상하게 좋은 사람입니다. 어떻게 하면 이 한정된 작은 칩 공간 안에 더 많은 데이터를 차곡차곡 안전하게 쌓아두고 필요할 때 꺼내 쓸 수 있을지 치열하게 고민하며 발전해 온 분야죠. 반면 시스템 반도체는 새로운 정보를 빠르게 습득하고 복잡한 계산을 눈 깜짝할 사이에 해내는 똑똑한 두뇌와 같습니다.

이 둘은 구조적으로도 완전히 다른 길을 걷습니다. 메모리 반도체가 오직 정보를 많이, 그리고 안전하게 저장하는 핵심 기능에 집중한다면, 시스템 반도체는 수많은 종류의 회로들을 하나의 기판 위에 정밀하게 집어넣어야 합니다. 회로들이 조금이라도 엉키거나 간섭을 일으키면 기기 자체가 먹통이 되기 때문에 고도의 정밀한 설계 기술이 필수적으로 요구됩니다.

더욱 흥미로운 점은 시스템 반도체에는 메모리 반도체처럼 정해진 규격이나 틀이 없다는 것입니다. 창의적인 아이디어와 설계 방식 하나만으로도 얼마든지 더 효율적이고 독창적인 칩을 만들어낼 수 있습니다. 마치 정해진 답이 없는 거대한 캔버스 위에 나만의 복잡한 정보 도시를 섬세하게 설계하는 과정과 비슷하다는 생각이 듭니다.

우리가 몰랐던 반도체 시장의 진짜 모습

우리나라가 자타공인 반도체 강국이라는 사실을 모르는 사람은 없을 겁니다. 하지만 그 화려한 타이틀의 이면을 들여다보면 조금 놀라운 진실과 마주하게 됩니다. 우리가 세계 시장의 절반 이상을 휩쓸며 1위와 2위를 다투는 분야는 오직 메모리 반도체에 국한되어 있다는 점입니다. 전체 반도체 시장을 놓고 보면 메모리가 차지하는 비중은 20퍼센트 남짓이고, 나머지 80퍼센트의 거대한 시장은 오롯이 시스템 반도체의 몫입니다.

그 엄청난 80퍼센트의 시장에서 한국의 점유율은 고작 3퍼센트 수준에 머물러 있습니다. 우리가 매일 쓰는 컴퓨터에 들어가는 인텔 같은 거대 글로벌 기업들이 이 시스템 반도체 시장을 꽉 잡고 있죠. 과거 우리가 빠르고 확실한 성장을 도모하기 위해 메모리 분야에만 집중적으로 투자를 단행했던 역사의 결과입니다. 선택과 집중이라는 측면에서는 탁월한 전략이었지만, 장기적인 관점에서는 조금 아쉬운 대목이기도 합니다.

다행히 최근 들어 큰 변화의 바람이 불고 있습니다. 삼성전자에서 엑시노스 같은 모바일 어플리케이션 프로세서를 자체 개발해 스마트폰에 탑재하는 등 시스템 반도체 비중을 서서히 늘려가고 있죠 (아직 갈 길이 멀다고는 하지만 무척 의미 있는 발걸음입니다). 특히 2030년까지 무려 133조 원이라는 천문학적인 금액을 연구개발과 생산에 투자하겠다는 비전을 발표한 것을 보고, 이제야 진정한 승부처가 어디인지 깨달았다는 느낌을 받았습니다.

전문가들의 분석을 읽어보면 이 투자의 의미가 훨씬 더 명확해집니다. 메모리 반도체는 시장의 수요에 따라 가격 변동폭이 커서 부침이 심한 편이지만, 시스템 반도체는 고객의 맞춤형 요구에 따라 생산되므로 상대적으로 안정적입니다. 게다가 산업화가 진행될 때 중소기업 육성이나 고용 창출 측면에서 미치는 파급 효과가 엄청나다고 합니다. 수십만 명의 간접 고용이 유발될 수 있다니, 단순한 기술 경쟁을 넘어 국가 경제의 체질 자체를 단단하게 바꾸는 일인 셈입니다.

복잡한 세계, 다양한 역할을 맡은 칩들

반도체들을 종류별로 하나씩 살펴보면 그 쓰임새가 얼마나 다양한지 새삼 놀라게 됩니다. 메모리 반도체만 하더라도 우리가 컴퓨터 사양을 따질 때 흔히 말하는 메인 메모리 디램(DRAM)이 있고, 전원이 꺼져도 데이터를 고스란히 간직하는 낸드 플래시가 있습니다. 요즘 구형 컴퓨터의 속도를 비약적으로 높여주는 구원투수 SSD가 바로 이 낸드 플래시로 만들어집니다. 또 처리 속도가 월등히 빨라서 값비싼 중앙처리장치 캐시에 주로 쓰이는 에스램(SRAM)도 존재하죠.

시스템 반도체의 세계로 넘어가면 훨씬 더 다채로운 풍경이 펼쳐집니다. 특정 고객의 요구에 맞춰 1대 1로 설계하고 생산하는 주문형 반도체부터, 컴퓨터의 핵심 두뇌 역할을 수행하는 마이크로프로세서, 그리고 전기차나 가전제품의 전력을 효율적으로 제어하는 파워 반도체까지 그 영역이 무궁무진합니다. 각기 다른 목적을 안고 태어나 기기 곳곳에 심어져 조용히 생명을 불어넣고 있는 것입니다.

해외 경쟁국들은 이미 자신들만의 특기를 살려 이 거대한 시장을 영리하게 선점해 나가고 있습니다. 이웃 나라 일본은 과거 반도체 강국의 영광을 되찾기 위해 차세대 파워 반도체 시장에 적극적으로 뛰어들며 기술력을 맹렬히 축적하고 있습니다. 중국 역시 수천 개에 달하는 팹리스 설계 기업들을 바탕으로 화웨이 계열사 등을 통해 자국 내수 시장을 무섭게 잠식하며 덩치를 키우고 있죠.

대만의 선지적인 사례는 우리에게 시사하는 바가 참 큽니다. 정부 차원에서 일찍이 칩 설계와 인재 육성에 대규모 투자를 단행하며 시스템 반도체 생태계를 아주 탄탄하게 구축해 놓았습니다. 그 결과로 제품을 대신 생산해 주는 파운드리 분야뿐만 아니라 설계 분야에서도 세계적인 경쟁력을 갖추게 되었죠. 우리나라도 이제 막 잰걸음을 시작한 만큼, 남들보다 더 치열하게 고민하고 끈기 있게 투자해야만 이 거대한 기술의 파도 속에서 온전히 살아남을 수 있을 것입니다.

한계를 넘어 새로운 가능성으로

기술에 관한 여러 가지 자료들을 찾아보면서 저는 문득 깊은 생각에 잠겼습니다. 나노미터 단위로 미세해지는 극도로 정밀한 공정 기술 속에서, 인간이 만들어내는 창조력의 한계는 과연 어디까지일까 하는 호기심이었습니다. 똑같은 규격의 제품을 대량으로 찍어내던 과거의 방식을 넘어, 이제는 얼마나 더 창의적이고 효율적인 회로를 빈 공간에 그려 넣느냐가 승패를 가르는 시대가 도래했습니다.

메모리 반도체가 우리의 소중한 기억과 막대한 데이터를 흔들림 없이 안전하게 지켜주는 든든한 금고라면, 시스템 반도체는 그 축적된 데이터를 바탕으로 끊임없이 분석하고 결정을 내리는 지혜로운 참모입니다. 물론 어느 하나 중요하지 않은 것이 없지만, 그동안 우리가 잠시 눈길을 거두었던 이 '두뇌'의 영역을 이제부터라도 차근차근 키워나가야 한다는 사실만큼은 부인할 수 없어 보입니다.

수많은 회로가 간섭 없이 흐를 수 있도록 정밀한 길을 내고, 백지상태에서 전에 없던 새로운 규칙을 만들어가는 시스템 반도체의 설계 과정. 그것은 어쩌면 우리가 매일 마주하는 복잡하고 예측 불가능한 세상을 지혜롭게 헤쳐 나가는 방식과 무척 닮아 있습니다. 정해진 답을 기계적으로 외우기보다, 주어진 상황에 맞춰 가장 최적의 경로를 찾아내는 유연함과 창의성이 필요하니까요.

이 작고 차가운 실리콘 조각들 위에서 펼쳐지는 치열한 혁신의 과정들이, 앞으로 우리의 평범한 일상을 얼마나 더 다채롭고 편리하게 바꾸어 놓을지 내심 기대가 큽니다. 단순한 처리 속도 경쟁을 넘어서, 기술이 궁극적으로 우리 삶의 질을 향상시키는 따뜻하고 유용한 도구로 단단하게 성장해 가기를 조용히 응원해 봅니다.