실리콘 칩 산업은 어떻게 시작됐나: 배신자 8인의 이야기

1957년 여덟 명의 연구원이 쇼클리 연구소를 떠나 세운 창업이 실리콘 칩 산업의 출발점이었다는 흐름을 정리한다. 진공관에서 트랜지스터, 평면 집적회로, 마이크로프로세서, 파운드리와 AI 가속기, EUV 장비에 이르는 기술 발전과 국제 공급망, 반도체를 둘러싼 국가 간 경쟁까지 함께 다룬다.

⏱ 00:021957년 9월 18일 캘리포니아에서 여덟 명의 젊은 연구원이 노벨상 수상자인 상사의 연구소를 떠나 자신들의 회사를 세우기로 한다. 상사는 이를 배신이라 불렀지만, 역사는 이들을 배신자 8인으로 기억하게 된다. 이 사건이 실리콘 칩 산업의 출발점이었다는 것이 영상의 출발 질문이다.

이야기를 이해하려면 그 이전 컴퓨터의 한계를 봐야 한다. 1946년 필라델피아에서 만들어진 초기 전자 컴퓨터 ENIAC은 약 30톤에 달했고, 약 18,000개의 진공관으로 연산했다. 진공관은 켜짐과 꺼짐으로 0과 1을 표현하는 스위치 역할을 했지만 열을 많이 내고 쉽게 끊어져서, 기계가 고장으로 멈춰 있는 시간이 절반 가까이 되었다고 한다.

⏱ 00:561947년 12월 벨 연구소의 윌리엄 쇼클리 팀은 트랜지스터를 발명했다. 끊어질 부품이 없는 작은 스위치였고, 진공관을 대체할 해답으로 꼽혔다. 그러나 특허에 쇼클리의 이름이 빠지자 그는 불만을 품고 홀로 더 나은 설계를 연구했다.

1956년 쇼클리는 캘리포니아에 자신의 연구소를 열고 젊은 인재들을 모았으며, 같은 해 노벨상을 받았다. 하지만 직원의 통화 기록을 관리하고, 성과가 불확실한 비밀 프로젝트에 연구소를 걸고, 근거 없는 음모를 의심하는 등 분위기가 나빠졌다. 결국 연구원들은 떠날 계획을 세우게 된다.

⏱ 01:461957년 봄 연구원들은 투자처를 찾아 나섰고, 여름에는 카메라 회사 페어차일드가 약 138만 달러 투자를 승인했다. 9월 18일 여덟 명은 같은 날 사직했다. 이후 팰로앨토의 빈 건물에서 결정(크리스털)을 직접 키우고 장비도 직접 만들었으며, 영화용 카메라 렌즈를 이용해 미세한 패턴을 인쇄했다. 첫 주문은 IBM에 납품할 트랜지스터 100개였다.

1958년 말 금속 케이스 안의 미세한 조각이 스위치에 떨어져 합선을 일으키는 문제가 생겼다. 장 회르니는 스위치 위를 얇은 유리 피막으로 덮어 보호하자는 아이디어를 내놓았고, 1959년 3월 이것이 효과를 냈다. 로버트 노이스는 이 방식을 발전시켜 회로 전체를 하나의 실리콘 조각 위에 평평하게 인쇄하는 칩 구조를 제안했다. 텍사스의 잭 킬비가 먼저 철선으로 연결한 집적회로를 만들었지만, 평면 방식이 공장에서 복제하기 쉬웠다. 1960년 5월 26일 이들의 첫 평면 칩이 작동했다.

⏱ 03:521968년 노이스와 고든 무어는 다시 회사를 떠나 인텔을 세웠다. 3년 뒤 일본 계산기 회사가 칩 세트를 요청하자, 인텔은 용도가 정해진 칩 대신 프로그램으로 여러 기능을 수행하는 하나의 칩을 제안했다. 그것이 약 2,300개의 트랜지스터를 담은 인텔 4004로, 한 칩에 컴퓨터의 두뇌를 담은 첫 마이크로프로세서다.

1965년 무어는 칩 위 소자 수가 꾸준히 두 배로 늘어날 것이라 예측했고, 이후 주기를 약 2년으로 수정했다. 이것이 무어의 법칙이며, 업계는 약 50년 동안 이 흐름을 지켜왔다. 오늘날 가장 큰 칩은 수천억 개의 소자를 담고 있다고 소개된다.

⏱ 04:551987년 모리스 장은 칩을 직접 설계하지 않고 다른 기업의 칩을 대신 생산해 주는 파운드리 사업을 구상했다. 인텔과 텍사스 인스트루먼트는 거절했고 필립스만 참여해, 대만에 공장을 세우며 TSMC가 탄생했다. 이 공장에서는 먼지 한 톨도 칩을 망칠 수 있어 작업자들이 흰 방진복을 입는다. 영상은 TSMC가 세계 최첨단 칩의 약 10개 중 9개를 생산한다고 설명한다.

1993년 설립된 엔비디아는 게임 그래픽을 빠르게 처리하는 칩으로 출발했다. 2012년 한 학생이 게이밍 그래픽카드 두 장으로 AI를 학습시켜 이미지 인식 경쟁에서 다른 팀을 앞섰고, 이것이 AI 붐의 계기로 소개된다.

⏱ 05:57회로가 작아질수록 일반 빛으로는 인쇄가 어려워져, 업계는 극자외선(EUV) 광원을 쓴다. 장비 안에서 레이저가 떨어지는 주석 방울을 초당 5만 번 때려 태양 표면보다 40배 가까이 뜨거운 빛을 만들고, 매우 매끄러운 거울로 이 빛을 칩에 비춘다. 최신 장비는 약 3억 7천만 달러로 알려져 있으며, 네덜란드의 ASML만 제작할 수 있다고 한다.

한 칩은 미국에서 설계되고, 네덜란드 장비와 독일 거울, 일본 화학 소재를 거쳐 대만에서 만들어진다. 이후 한국의 메모리와 결합되고 말레이시아 등지에서 패키징되는 과정을 거치며, 완성되기 전까지 국경을 최대 70번 넘을 수 있다고 한다.

⏱ 07:06최고 성능의 AI는 최고급 칩에 달려 있어, 미국은 2022년부터 최고 성능 AI 칩과 제조 장비의 대중국 판매를 제한했다. 네덜란드도 자체 제한을 더했다. 중국은 자국 생산 역량을 키우고 있으며 전 세계 칩 생산의 약 4분의 1을 차지한다고 소개된다. AI는 막대한 전력을 소모해 2030년경 데이터센터의 전력 수요가 일본 전체 사용량과 비슷해질 수 있다고 한다.

미국은 한때 세계 칩의 3분의 1 이상을 생산했으나, 약 500억 달러를 들여 국내 생산 복귀를 추진하고 있다. 영상은 1957년의 배신이 이제 국가 간 경쟁으로 이어졌다고 정리하며, 스마트폰과 자동차, AI가 모두 같은 원리의 칩 위에서 돌아간다고 맺는다.