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제1장 반도체 산업의 태동

 

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반도체는 물질을 전기가 흐르는 성질에 따라 분류한 이름이지만 현재는 반도체 소자를 일컫는 일반 명사로 쓰인다. 도체는 전기가 잘 흐르는 물질이고 부도체는 전기가 흐르지 않는 물질이다. 반도체는 중간 정도의 물질이지만 상황에 따라 전기를 흐르게 하거나 흐르지 않도록 제어할 수 있는 물질이다. 이러한 반도체 물질 특성을 이용하여 전자소자를 만들 수 있다.

반도체 소자는 내부에는 반도체 물질을 필요한 특성에 맞게 가공하고 외부로 전기의 흐름을 막아야 할 부분은 부도체로 막을 만들고 외부와 전기를 통하도록 연결하는 단자는 도체를 사용한다.

많은 물리학자들이 반도체 물질 및 전자소자 개발에 대한 연구를 오랫동안 진행하다가 1948년 미국의 벨 연구소에서 트랜지스터 개발에 성공하면서 본격적인 산업으로 성장을 시작하였다. 트랜지스터는 이후 전자 산업을 대규모로 성장시키는 역할을 했으며, 반도체 산업을 비약적으로 성장시키는 핵심 기술이 되었다.

현재는 트랜지스터를 작고 빠르게 동작하도록 만드는 기술 자체도 많은 발전을 했고, 이로 인해 하나의 부품에 헤아릴 수 없을 만큼 많은 트랜지스터를 내부에서 서로 연결하여 동작하도록 만드는 집적(集積)회로로 발전하고 있다. 집적회로 종류는 수없이 많이 있지만 대표적인 것은 컴퓨터의 핵심인 마이크로프로세서와 메모리 등을 생각할 수 있다.

트랜지스터가 개발되기 전에도 라디오, 텔레비전, 컴퓨터가 있었다. 이 때까지 사용하던 부품은 크기가 크고 전류 소모가 많아 제품도 크고 전류 소모가 많았으며 가격이 비싸 대량 보급이 어려운 상황이었다. 트랜지스터가 개발되면서 라디오, 텔레비전이 소형화되고 가격을 낮출 수 있어 대량 보급이 이루어졌다. 이어 반도체를 이용하여 소형 전자계산기가 개발되었으며 1970년대 중반에는 마이크로프로세서와 메모리를 이용한 개인용 컴퓨터가 개발되면서 반도체 산업은 중흥기를 맞게 된다.

반도체 산업은 벨 연구소에서 트랜지스터를 개발한 연구원들이 독립하여 실리콘밸리에 쇼클리 반도체 연구소를 만들면서 시작되었다. 1년 만에 연구소는 해산되고 이들 중 8명이 주축이 되어 페어차일드 반도체 회사를 설립했다. 이 회사는 다양한 반도체를 개발하면서 성장했으며 오랫동안 주요 반도체 회사로 명성을 이어갔다.

1968년에는 페어차일드 회사에서 독립한 로버트 노이스(Robert Noyce)와 고든 무어(Gordon Moore)가 인텔(Intel)을 설립하고 메모리 개발을 시작한다. 이 때 일본의 전자 회사 샤프는 메모리와 다른 반도체 부품을 사용하여 전자계산기를 개발하였고 점점 기능을 확대하는 노력을 진행하였다. 인텔이 샤프의 새로운 요구에 대응하기 위해 개발한 것이 마이크로프로세서이다.

제품을 개발하는 회사는 마이크로프로세서와 메모리를 활용하여 개인용 컴퓨터를 개발하였다. 1976년에는 스티브잡스가 친구 애니악과 함께 애플을 창립하고 개인용 컴퓨터 사업을 시작하여 성공 가도를 달린다. 또한 이 때까지 대형컴퓨터 생산을 통해 컴퓨터 시장의 1위를 달리던 IBM이 개인용 컴퓨터인 IBM-PC를 개발한다.

IBM은 개인용 컴퓨터에 운영체계(Operating System) 소프트웨어를 적용하면서 제3자가 응용 프로그램 개발을 하기가 쉬워지도록 한다. 이 때 많은 전문 소프트웨어 개발 회사가 탄생하여 다양한 응용 소프트웨어를 개발하기 시작했다. 이런 과정에서 개인용 컴퓨터는 수요가 폭발적으로 늘어났고, 인텔의 마이크로프로세서와 마이크로소프트사의 운영체계를 이용하면 쉽게 개인용 컴퓨터를 개발할 수 있게 되었다.

많은 국가에서 개인용 컴퓨터 개발 및 생산하는 회사가 설립되고 마이크로프로세서와 메모리의 수요는 계속 증가하게 되었다. 개인 컴퓨터용 마이크로프로세서와 메모리 기술을 확보한 인텔은 반도체 산업에서 오랜 기간 동안 부동의 1위 회사로 자리 매김한다. 또한 미국, 유럽 및 일본에 반도체 회사가 많이 생겼다. 특히 일본은 전자 제품을 개발 및 생산하는 회사들이 반도체 시업으로 영역을 확대하면서 빠른 성장을 하기 시작했다.

 

제2장 반도체 산업의 확장

 

1980년대에는 반도체 산업을 전자 산업의 꽃이라고 부르기 시작하며 미국, 유럽, 일본은 물론 한국, 대만까지 반도체 회사가 설립되었다. 컴퓨터용 반도체 수요가 많이 증가는 했지만 일본 업체들의 주도로 공급이 더욱 커지면서 결국은 공급이 수요를 초과하게 되면서 1984년에는 메모리 가격이 폭락하는 사태가 발생한다. 1985년에는 미국과 일본 업체들이 협상을 통해 반도체 산업 효율화에 합의하게 된다.

인텔은 메모리 사업을 중단하고 마이크로프로세서 개발에만 전념하고 메모리는 일본 기업들이 안정적인 가격으로 공급하도록 한다. 이렇게 하여 개인용 컴퓨터 회사에 마이크로프로세서와 메모리 공급이 안정되게 된다.

마이크로프로세서 개발에 전문화된 인텔은 성능이 우수한 버전(Version)을 잇달아 출시하게 되고, 운영 체계 개발 전문회사인 마이크로소프트(MicroSoft)는 마이크로프로세서 성능에 맞게 컴퓨터가 더 좋은 성능으로 동작하도록 운영체계 버전을 높여갔다. 성능이 우수한 컴퓨터는 메모리를 더욱 많이 사용하게 되고 더 좋은 컴퓨터를 사용하려는 사람들에 의해 교체 수요가 많이 늘어났다. 일본 반도체 기업들은 메모리 생산량을 늘리며 엄청난 수익을 창출하게 되었다. 메모리 수요는 더욱 증가하여 공급이 부족한 상태가 되었고 1986년에는 가격 폭등이 일어난다.

한편 한국의 삼성 전자는 몇 년의 고심 끝에 1983년에 메모리 사업을 시작한다는 도쿄(Tokyo) 선언을 한다. 그리고 당시 최신 제품인 64K DRAM 개발을 시작하여 6개월만에 성공하고 세계를 놀라게 한다. 그리고 바로 양산 라인을 준비하고 생산을 시작한다. 그러나 1984년 메모리 가격 폭락 사태를 겪으면서 2000억이 넘는 적자를 기록한다. 하지만 꾸준히 기술 개발을 진행했고 1985년에는 제3라인을 신설하는 과감한 투자를 이어간다. 이렇게 선택과 집중으로 메모리 사업에 뛰어든 삼성전자는 1986년 호황에 엄청난 영업 이익을 기록한다.

지속적인 투자를 이어 가면서 1992년에는 세계 DRAM 생산 1위를 달성하고 신기술 개발에도 박차를 가해 1994년에는 256M DRAM 세계 최초 개발을 성공하는 등 세계 메모리 시장 1위 업체가 되었다. 이후에는 일본 업체들이 추가 투자를 이어가지만 수요와 공급의 불일치로 메모리 가격 등락이 거듭된다.

메모리 가격 등락이 거듭되는 동안 많은 업체가 즐비했던 메모리 업계는 국제간 통폐합 과정을 거치고 되고 지금은 4개 업체가 메모리 생산의 95% 이상을 차지하는 상황이 되었다. 한편 컴퓨터용 마이크로프로세서 개발은 인텔이 독점하면서 꾸준히 성장할 수 있었고 미국 AMD사가 비슷한 성능을 가진 것을 개발하여 2원화 체제를 갖추게 되었다. 개인용 컴퓨터 수요가 증가하면서 마이크로프로세서와 메모리 설계 기술이 엄청나게 발전하였고 성능 대비 가격은 급격히 인하되고 수요는 꾸준히 성장하며 반도체 산업의 저변이 확대되어 갔다.

또 다른 반도체 수요는 전화 산업에서 많이 발생했다. 초기 전화기는 반도체를 사용하지 않았지만 트랜지스터 개발 이후 전화기에 반도체 부품을 적용하면서 성능이 좋아지고 가격도 낮아지며 대량 보급이 이루어졌다. 1970년대에는 전전자식 교환기가 개발되었고 한국에도 거의 대부분 가정에 전화를 설치할 만큼 수요가 확대되었다. 1980년대 초에는 무선 기술을 활용한 이동통신기술이 상용화 되었다. 이동통신 전화기는 마이크로프로세서와 메모리 및 통신용 반도체 부품을 사용하면서 반도체 수요를 새롭게 창출하게 되었다.

초기 이동통신기술을 주도한 미국의 모토로라는 반도체 회사를 설립하여 이동통신용 반도체 부품을 전문적으로 생산하며 규모를 키웠다. 이후 마이크로프로세서 개발에도 참여하여 인텔에 위협이 될 만큼 성장하였다. 그러나 1990년대 후반에 들어오면서 이동통신기술의 급격한 변화를 통한 성장기에 적응하지 못하고 시장에서 사라지는 결과가 되었다.

이동통신기술은 1990년대 들어오면서 디지털 통신기술과 접목되며 중흥기를 맞게 된다. 2세대 이동 통신이라고 부르는 신기술은 유럽의 노키아(Nokia)가 GSM 방식으로 표준을 만들고 시스템과 단말기를 개발하여 유럽에서 서비스를 시작했고, 미국의 컬컴(Qualcomm)은 CDMA 방식으로 표준을 만들고 한국 업체와 협력하여 시스템과 단말기를 개발했다. 1996년에 최초로 한국에서 상용화를 시작한 이후 미국과 중남미 및 중국 시장으로 확대해 나겠다.

2세대 이동통신은 디지털 기술을 적용하며 전화기의 크기를 엄청나게 줄이고 가격도 인하하여 수요를 폭발적으로 늘려갔다. 2세대 이동전화기는 디지털 통신 기술을 처리하기 위하여 마이크로프로세서와 메모리가 내장되어 있다. 이동전화기용 마이크로프로세서는 컴퓨터용 보다는 성능이 다소 낮은 정도이고 메모리도 용량이 작은 것을 사용했지만 이후 새로운 형태의 메모리를 개발하는 기회를 제공하게 된다.

GSM 방식을 적용한 노키아는 자체적으로 기술을 개발하여 반도체 부품은 기존의 반도체 회사가 생산하도록 기술을 제공하고 자사는 부품을 구매하여 이동전화기 개발 및 생산을 했다. 이렇게 여러 회사가 경쟁적으로 부품을 공급하게 하여 단가를 낮추고 이동전화기 제품을 저렴하게 개발하여 공급할 수 있게 되어 보급을 확대하는데 크게 기여했다. 노키아는 2세대 휴대폰 공급이 최대로 늘어난 시기에 세계 시장 점유율을 40% 이상 차지하는 기록을 남겼다.

한편 컬컴은 독점적으로 CDMA 이동통신 부품을 개발하여 공급하는 반도체 회사로 성장하는 전략을 채택하였고, 부품을 구매할 수 있는 많은 회사에서 이동통신전화기 개발 및 생산하는 형태가 되었다.

이후 이동통신전화기 사업은 3세대, 4세대, 5세대까지 기술이 발전하면서 회사들의 성장과 몰락이 반복되는 결과가 되었다. 특이한 점은 애플이 3세대 후반기부터 이동통신전화기 개발과 반도체 부품 개발에 참여하면서 스마트폰 시장을 주도하게 되고 반도체 부품 설계 전문성이 우수한 회사가 된 점이다. 또한 이런 과정에서 반도체 산업의 분업화가 이루어지는 계기도 되었다.

2세대 이후 이동통신전화기는 디지털 기술을 적용한 덕분으로 다른 기능을 수용하는 주최가 될 수 있었다. 단지 전화기로 사용하던 것에 디지털 음원 재생 장치(MP3 Player)를 통합하는 것은 어려운 일이 아니었다. MP3 Player에도 성능이 낮은 마이크로프로세서와 메모리가 있고, 소리를 만드는 스피커와 동작을 시키는 버튼과 디지털 음원을 다운(Down)하기 위한 통신 기능이 있는데 이는 이동통신전화기 구조와 통일하다. 다만 음원을 저장하기 위한 메모리 용량이 많이 필요한데, 이동통신전화기기 메모리만 추가하면 MP3 Player를 통합하여 만들 수 있었다.

동일한 방법으로 카메라를 내장하고 성능을 지속적으로 향상시키고 다양한 기능을 개발했다. 이후에도 네비게이션 기능, TV 수신 기능 및 다양한 종류의 센서 기능 추가 등 큰 어려움 없이 계속 발전시킬 수 있었다. 마지막으로 이동통신단말기에 컴퓨터에서 사용하던 운영체계(OS)가 추가하면서 스마트폰이라 부르게 되었고 컴퓨터와 동일한 기능을 가지게 되었다. 이런 과정에서 수없이 많은 종류의 반도체 부품을 개발하게 되었고 수없이 많은 반도체 회사의 설립과 몰락도 함께 있었다.