시스템반도체
융복합 산업
양자컴퓨팅
차세대 반도체
지금 반도체 시장의 주인공은 단연 AI입니다. HBM이 메모리 실적을 끌어올리고, NPU·GPU가 데이터센터를 채우고 있죠. 그런데 업계의 시선은 벌써 ‘그다음’을 향합니다. 17일 업계 전망에 따르면, AI가 열어젖힌 고성능 반도체 호황의 바통을 이어받을 주자로 바이오·의료, 우주·위성통신, 양자컴퓨팅, 도심항공교통(UAM) 같은 융복합 산업이 지목됩니다. 공통점은 하나 — 모두 맞춤형 시스템반도체 없이는 굴러가지 않는다는 것입니다. 메모리 강국 한국이 ‘그다음’에서도 주인공이 될 수 있을지, 차세대 격전지의 지도를 그려봅니다.
AI 슈퍼사이클은 분명 강력하지만, 그 수혜는 메모리(HBM·D램)에 집중돼 있습니다. 문제는 한국의 구조적 약점이 바로 시스템반도체(비메모리)에 있다는 점입니다. 시스템반도체는 데이터를 저장하는 메모리와 달리 연산·제어를 담당하는 ‘두뇌’ 칩으로, 전 세계 반도체 시장의 약 60% 이상을 차지하는 더 큰 시장입니다. 그런데 한국의 시스템반도체 세계 시장점유율은 오랫동안 3% 안팎에 머물러 왔습니다.
AI가 만든 호황이 언젠가 정점을 지나면(앞선 ‘AI 버블 vs 슈퍼사이클’ 논쟁이 이 지점을 다뤘습니다), 다음 성장 동력이 필요합니다. 그리고 그 동력으로 지목되는 융복합 산업들은 하나같이 범용 칩이 아닌 특수 목적 시스템반도체를 요구합니다. 즉 ‘메모리 다음’을 준비한다는 것은 곧 ‘시스템반도체 경쟁력을 확보한다’는 뜻이고, 이것이 한국 반도체가 넘어야 할 다음 산이라는 것입니다.
차세대 반도체 시장의 첫손에 꼽히는 분야입니다. 생체센서와 의료영상으로 수집한 데이터를 실시간 해석하는 칩, 웨어러블 진단기기용 초저전력 칩, 유전자 분석을 가속하는 반도체 등이 필요합니다. 고령화와 디지털 헬스케어 확산으로 수요가 폭발할 것으로 전망되며, AI 반도체 기술이 그대로 이식될 수 있어 진입 장벽도 상대적으로 낮습니다.
지난해 노벨 물리학상 수상자 존 마티니스 교수는 “AI 다음은 양자가 될 것”이라고 단언했습니다. 양자컴퓨터가 상용화되면 양자 제어칩(큐비트를 제어)과 극저온(영하 270도 안팎) 환경에서 동작하는 특수 반도체라는 완전히 새로운 시장이 열립니다. 한 시장조사기관은 2030년 양자컴퓨팅 시장을 약 200억 달러(약 30조 원)로 전망했습니다.
저궤도 위성(LEO) 발사가 급증하면서 우주 방사선을 견디는 내방사선 반도체, 위성통신용 고주파(RF) 칩, 위성 탑재 AI 연산칩 수요가 커집니다. 위성은 자율주행·UAM·원격제어의 인프라이기도 해서, 하나의 시장이 여러 산업으로 연결되는 확장성이 특징입니다.
‘하늘을 나는 자동차’로 불리는 UAM에는 비행 제어, 충돌 회피, 자율비행을 담당하는 고신뢰성 시스템반도체가 탑재됩니다. 자동차용 반도체보다 훨씬 엄격한 안전성·내구성이 요구되며, 실증사업이 본격화되며 상용화 시계가 빨라지고 있습니다. 앞서 다룬 피지컬 AI·월드모델 기술과도 직접 맞닿아 있습니다.
| 분야 | 필요한 시스템반도체 | 특징 |
|---|---|---|
| 바이오·의료 | 생체신호 처리칩, 초저전력 진단칩 | AI 기술 이식 용이, 진입장벽 낮음 |
| 양자컴퓨팅 | 양자 제어칩, 극저온 특수 반도체 | 완전 신시장, 2030년 30조 원 전망 |
| 우주·위성 | 내방사선 칩, 위성 RF·AI 연산칩 | 여러 산업의 공통 인프라 |
| UAM | 비행 제어·자율비행 고신뢰성 칩 | 극한 안전성 요구, 피지컬 AI 연계 |
네 분야는 응용처가 제각각이지만, 성패를 가르는 열쇠는 하나로 모입니다. 바로 선제적인 시스템반도체 생태계 구축입니다. 이규복 인하대 특임교수(전 반도체공학회장)는 “바이오 분야의 시스템반도체와 양자컴퓨팅용 시스템, 우주·위성통신 등 관련 시장이 앞으로 급성장할 것”이라며 “한국이 반도체에 강점을 갖고 있는 만큼, 신산업에 필요한 핵심 반도체를 선제적으로 확보해 향후 이 분야에 한국 기술을 사용하도록 하는 전략이 필요하다”고 지적합니다.
핵심은 ‘누가 먼저 선점하느냐’입니다. 이들 융복합 산업은 아직 표준이 정립되지 않은 초기 시장이라, 지금 핵심 반도체를 확보해두면 산업이 커질 때 그 생태계 전체가 한국 기술 위에서 돌아가게 만들 수 있습니다. 반대로 놓치면, 시스템반도체 3%라는 만년 약점이 미래 산업에서도 반복됩니다.
다행히 밑바탕은 쌓이고 있습니다. 앞선 글에서 다룬 국산 NPU 스타트업(리벨리온·퓨리오사AI·딥엑스·모빌린트)의 성장은 한국 팹리스 생태계가 살아나고 있다는 신호입니다. 이들이 AI 추론용 칩에서 쌓은 설계 역량은 바이오·자율주행·UAM용 특수 칩으로 확장될 수 있는 자산입니다. 정부도 ‘K-AI 반도체 기술지원센터’를 세우고 국민성장펀드로 직접 투자에 나서는 등, 시스템반도체 저변 확대에 이전과 다른 무게를 싣고 있습니다.
삼성전자와 SK하이닉스가 벌어들인 막대한 현금(앞서 다룬 ‘반도체 머니’)도 이 도전의 실탄이 될 수 있습니다. 실제로 삼성전자는 로봇·전장·공조 기업 M&A로 시스템반도체 응용처를 넓히고 있고, 파운드리 경쟁력 강화에 사활을 걸고 있습니다. 메모리에서 번 돈을 시스템반도체와 미래 산업에 재투자하는 선순환이 만들어질 수 있느냐가 관건입니다.
융복합 산업들은 대부분 상용화까지 수년 이상 남았습니다. 양자컴퓨터는 아직 실험실 단계이고, UAM은 실증 중이며, 우주는 진입 비용이 막대합니다. ‘미래 수요’에 지금 투자하는 것은 앞선 SMR·증설 글에서 봤듯 큰 베팅이며, 타이밍이 빗나가면 매몰비용이 됩니다.
시스템반도체는 설계 인력, 소프트웨어, 오랜 레퍼런스가 함께 쌓여야 하는 분야입니다. 메모리처럼 대규모 투자로 단기간에 격차를 벌리기 어렵고, 미국·대만이 수십 년간 다진 팹리스·파운드리 생태계를 따라잡는 데는 인내가 필요합니다.
네 분야를 다 잘할 수는 없습니다. 한국이 강점을 살릴 수 있는 분야(예: AI 기술 이식이 쉬운 바이오, 메모리와 시너지가 큰 영역)에 자원을 집중하는 전략적 선택이 필요하다는 지적이 나옵니다.
정리하면, AI 반도체 호황은 지금 뜨겁지만 영원하지 않고, 그 바통을 이어받을 주자로 바이오·우주·양자·UAM 같은 융복합 산업이 준비되고 있습니다. 이 산업들의 공통분모는 ‘맞춤형 시스템반도체’이고, 이는 한국 반도체의 오랜 숙제이자 미래 성장의 열쇠입니다. 지금까지 이 블로그에서 다뤄온 국산 NPU, 반도체 머니, 800조 클러스터, 월드모델이 모두 이 지점에서 만납니다 — 메모리에서 번 돈과 AI에서 쌓은 설계 역량을, 다음 세대의 시스템반도체로 어떻게 연결하느냐. ‘AI 이후’를 먼저 준비하는 자가 다음 사이클의 주인공이 될 것입니다.
바이오·의료, 우주·위성통신, 양자컴퓨팅, 도심항공교통(UAM) 등 서로 다른 산업과 결합해 각 분야에 특화된 기능을 수행하는 맞춤형 시스템반도체를 말합니다. 범용 칩이 아니라 생체신호 처리, 양자 제어, 내방사선, 비행 제어 등 특정 목적에 최적화된 칩이 핵심입니다.
AI 반도체 호황이 언젠가 정점을 지나면 새로운 성장 동력이 필요한데, 바이오·양자·우주·UAM은 모두 빠르게 성장하면서 특수 목적 시스템반도체를 필수로 요구하기 때문입니다. 노벨상 수상자가 “AI 다음은 양자”라고 언급하는 등 전문가들의 관심도 높습니다.
메모리는 세계 1위지만 시스템반도체 점유율은 3% 안팎으로 약점입니다. 다만 국산 NPU 스타트업의 성장, 정부의 시스템반도체 육성, 반도체 기업의 풍부한 현금이 도전의 밑바탕이 되고 있습니다. AI 기술을 이식하기 쉬운 분야부터 선택과 집중이 필요하다는 분석입니다.