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안녕하세요. 자본주의 밸런스 톨라니 입니다.
최근 AI 산업의 성장, 클라우드 서버 및 PC 수요 증가 전망으로 반도체 산업에서 빠른 재고 소진으로 반도체 업종의 주가 흐름이 좋아지고 있습니다.
반도체 산업 하면 생각나는 법칙이 하나 있습니다. 바로 인터넷 경제의 3원칙 중 '무어의 법칙'을 이야기할 수 있습니다. 무어의 법칙 많이 들어 보긴 했지만 그 개념과 의미에 대해 잘 모르는 투자자들이 많이 있습니다.
그래서 이번 시간에는 최근 반도체 업종의 상승하는 상황에서 '무어의 법칙'에 대해 공부해 보도록 하겠습니다.
01. 무어의 법칙 (Moore's Law) 개념
무어의 법칙은 인터넷 경제의 3원칙 가운데 하나로, 마이크로칩 기술의 발전 속도에 관한 것으로 마이크로칩의 트랜지스터 수가 24개월마다 2배로 늘어난다는 법칙입니다.
02. 무어의 법칙 이해
1965년 페어차일드의 연구원으로 있던 고든 무어(Gordon Moore)가 마이크로칩의 용량이 18개월마다 2배가 될 것으로 예측하며 만든 법칙으로 1975년 24개월로 수정되었습니다.
'인터넷은 적은 노력으로도 커다란 결과를 얻을 수 있다'는 메트칼프의 법칙, '조직은 계속적으로 거래 비용이 적게 드는 쪽으로 변화한다'는 가치사슬을 지배하는 법칙과 함께 인터넷 경제 3원칙으로 불리고 있습니다.
또한 컴퓨터의 성능은 거의 5년마다 10배, 10년마다 100배씩 개선된다는 내용도 포함되어 있습니다. 이 법칙은 컴퓨터의 처리 속도와 메모리 양이 2배로 증가하고, 비용은 상대적으로 떨어지는 효과를 가져왔습니다.
디지털 혁명 이후 1990년대 말 미국의 컴퓨터 관련 기업들은 정보기술(IT)에 막대한 비용을 투자하고, 무어의 법칙에 따라 개발 로드맵을 세웠다. 1997년 9월 인텔이 발표한 2비트 플래시메모리와 기존 알루미늄을 구리로 대체한 새로운 회로칩에 관한 IBM의 발표 등은 이 법칙을 증명하기도 하였습니다.
그러나 2010년 모바일 컴퓨팅 시대로 접어들면서 작은 기판에 더 많은 회를 넣다 보니 발열 등의 문제가 생기고, 칩은 갈수록 작아지는데 트랜지스터 수가 늘다 보니 제작비용이 크게 증가하는 등의 문제가 생겼습니다. 이 때문에 관련 기업들이 무어의 법칙을 개발 로드맵에서 제외할 계획을 세웠습니다.
출처 : 두산백과 두산피디아
03. 무어의 법칙 활용
무어의 법칙은 반도체 산업에서 장기 계획을 세우고 연구 개발 목표를 설정하는 데 활용되곤 합니다. 품질이 조정된 마이크로프로세서 가격인하, 메모리 용량(RAM, 플래시 메모리) 증가, 센서 개선, 디지털 카메라의 픽셀 수 및 크기와 같은 디지털 전자 제품의 발전이 무어의 법칙과 긴밀하게 연결되어 있습니다.
이러한 디지털 전자제품의 빠르고 지속적인 변화는 기술 및 사회적 변화, 생산성 및 경제 성장의 원동력입니다.
업계 전문가들은 정확히 언제 무어의 법칙이 적용되지 않을지에 대한 합의도 도달하지 못하였습니다. 마이크로프로세서 설계자들은 반도체 발전이 2010년경부터 업계 전반에 걸쳐 무어의 법칙이 예측한 속도보다 약간 낮은 속도로 둔화되었다고 보고합니다.
2022년 9월 엔비디아 Nvidia CEO 잭슨 황은 무어의 법칙이 유효하지 않다고 생각한 반면, 인텔 CEO Pat Gelsinger는 반대 견해를 가졌습니다.
04. 무어의 법칙 한계
무어의 법칙은 한계에 직면했다는 의견이 있습니다. 그것은 바로 경제성의 문제입니다. 과거에는 집적도가 오를수록 원가 절감도 동시에 이루어졌지만, 이제는 원가 절감이 불가능한 영역에 이르렀다는 것입니다.
조엘 하트만 ST마이크로일렉트로직스 제조 총괄 부사장은 "회로선 폭은 어떻게든 줄일 수 있겠지만 28nm 이후로는 오히려 제조 비용이 상승한다"라고 이야기했고, 핸델 존슨 IBS CEO도 "반도체 업계는 칩 면적을 줄이면서 원가를 낮춰 왔지만 차세대 공정에선 그 간의 원가 절감은 기대할 수 없다"라고 언급하기도 했다고 합니다.
실제로 반도체 업계의 고위 관계자들은 20nm 이후로는 기술적 구현의 측면이 아니라 경제성의 측면에서 무어의 법칙이 멈출 것으로 전망하고 있습니다.
05. 무어의 법칙 전망
2022년 기준으로 아직 삼성전자와 TSMC가 지속적으로 공정 미세화를 이루어내고 있어서 언제 무어의 법칙이 끝날지 알 수 없는 상황입니다. TSMC는 이미 4nm를 양산해서 수요기업들에게 공급하고 있으며, 삼성전자는 2022년 상반기 GAA 공정을 적용한 3nm 양산에 성공하였습니다.
이하 2nm도 준비 중이며 심지어 2050년 0.1nm까지 개발 및 달성이 가능하다고 합니다. 로드맵은 엄연히 0.1nm가 언급된 만큼 사실이라면 적어도 2050년까지 무어의 법칙의 적용될 수 있을 것입니다. 물론 실제로 가능할지는 현재로는 알 수 없지만 기술력 발전에 따라 갈릴 것으로 보입니다.
트랜지스터 밀도에 관련되어선 무어의 법칙이 물리 법칙에 제한받아서 사실상 폐기되면 컴퓨팅 환경에서 성능 향상을 위한 여러 가지 대안이 있습니다.
05-1. 가정용 컴퓨터의 서버화
컴덕과 원크스테이션 환경에선 이미 진행되는 추세로, 말 그대로 CPU와 GPU 여러 개를 박아 넣어 해결하는 방식입니다. 물론 병렬 연산과 그와 관련된 최적화 부분에서 기술적 발전이 필요하지만 점진적인 발전이 계속해서 있는 분야이기도 하고, 이쪽은 물리 법칙과 씨름할 필요 없이 공밀레로 잡고, 충분히 냉각과 소음만 적절히 잡으면 근미래에도 충분한 메리트가 있는 방법입니다.
05-2. 클라우드 컴퓨팅
말 그대로 클라우드에 있는 컴퓨터를 리스해서 월간 혹은 연간 비용을 얼마씩 지불하고 연사력을 할당받는 체계입니다. 위에 언급한 가정용 서버에 비해서 초기 투자 비용이 들지 않고 개인 차원에선 발열 부담이 줄어든다는 장점이 있습니다.
05-3. 양자 컴퓨터
양자 터널링을 제어할 수 없게 될 정도로 회로가 미세해졌을 때의 대안이 될 수 있는 기술입니다. 2019년 기준 한창 연구 개발 중이며, 상용화나 대중화까지는 시간이 걸릴 것으로 보입니다.
05-4. 3차원 적층
마치 도시에서 토지가 부족하면 고층 건물을 건설하듯이 한정된 칩 공간을 더 효율적으로 활용하는 방법입니다. 2차원 칩에서 빙 돌아가야 했던 배선을 위아래로 이어서 단축할 수 있을 뿐만 아니라 여러 층으로 쌓인 구조는 리버스 엔지니어링을 어렵게 만들면서 보안상의 장점도 가집니다.
05-5. 광학 컴퓨터
기존 2진법 회로 대신 광자를 이용한 광학 회로를 이용하여 연산하는 방법입니다. 같은 숫자를 저장하거나 나타낼 때 자릿수가 적게 드는 장점이 있으며, 절전 효과가 있습니다.
05-6. 스핀트로닉스
기존 반도체와 달리 전자의 회전 방향(스핀)을 이용한 반도체를 대신 사용하는 방법이다. 전자의 스핀에 따라 1과 0을 처리한다.
06. 마치며
지금까지 반도체 업계 발전에 적용되고 있는 '무어의 법칙'에 대해 알아보았습니다. 앞으로의 반도체 산업의 성장은 누구나 예측하고 전망하고 있습니다.
그러한 성장 속에서 기업들 간의 생존을 위한 경쟁 또한 치열할 것으로 예상합니다. 세계 기업들 간의 경쟁에서 뒤처지기 않기 위해서 기술 개발과 투자는 지속적으로 이루어져야 하며, 따라오지 못할 기술 격차 벌려놓아야 합니다.
우리나라를 대표한 반도체 기업 삼성전자, SK하이닉스 등 글로벌 기업과의 경쟁과 높은 시장 점유율 확보를 위해서 인재 양성은 물론 기술 개발에 전력을 다해야 할 것입니다.
우리나라 반도체 기업들의 건승을 진심으로 바래 봅니다.
