AI 칩 주권 확보에 나선 일본
일본이 세계 반도체 산업에서 위상을 되찾기 위해 163억 달러를 건다. 일본 정부는 최근 국내 파운드리 스타트업 라피더스에 6,315억 엔(40억 달러)의 보조금을 추가 승인했다. 일본 내에서 세계 최고 수준의 인공지능 프로세서를 전량 생산하기 위한 공격적인 전략의 일환이다. 이 계획의 중심에는 100년 역사의 기술 대기업 후지쯔가 있다. 후지쯔는 10년 안에 홋카이도의 신규 시설에서 라피더스가 생산할 최첨단 1.4나노미터 AI 추론 칩을 개발하고 있다.
이번 사업은 지정학적 긴장과 공급망 취약성이 커지는 가운데 대만 반도체 제조업체(TSMC) 등 해외 공급업체에 대한 의존도를 낮추려는 도쿄의 가장 야심 찬 시도다. 아카자와 료세이 경제산업상은 최근 홋카이도에서 열린 라피더스 행사에서 전략적 필요성을 강조했다.
기업이 아무리 뛰어난 기술을 보유해도 그 기술을 사용하려는 고객을 확보하지 못하면 사업은 실패합니다.
아카자와 장관은 정부 지원이 라피더스의 자체 마케팅을 넘어 수요를 창출하고 고객을 확보하도록 돕는 데 목적이 있다고 설명했다. 이는 제조 역량을 갖추려면 검증되지 않은 파운드리 기술에 기꺼이 투자할 국내 칩 설계 기업들로 구성된 탄탄한 생태계가 필요하다는 인식을 반영한다.
1.4나노미터 기술 과제
후지쯔가 개발 중인 신경망처리장치(NPU)는 세계 어디에서도 양산에 들어가지 않은 공정 노드를 목표로 한다. 1.4나노미터 공정은 2나노미터 기술 다음 단계의 최첨단 기술로, 에너지 효율과 연산 밀도를 크게 높일 것으로 기대되는 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터 구조를 채택한다. TSMC와 삼성전자가 2나노미터 양산을 두고 경쟁하는 가운데, 후지쯔와 라피더스는 AI 추론 작업에 특화한 1.4나노미터 공정으로 한 단계 앞서 나가려 한다.
여기서는 학습 칩과 추론 칩의 차이가 중요하다. 엔비디아의 그래픽처리장치(GPU)는 대규모 언어 모델이 패턴을 인식하도록 학습시키는 AI 학습을 주도한다. 반면 학습된 모델을 실제로 적용해 예측이나 결정을 내리는 추론에는 다른 구조가 필요하다. 신경망처리장치는 범용 GPU보다 이런 연산을 효율적으로 처리하며, 특히 전력 소비와 지연 시간이 중요한 엣지 컴퓨팅 및 데이터센터 분야에서 유리하다. NPU는 신경망에서 흔히 쓰이는 행렬 곱셈 연산에 최적화돼 있으며, 유연성을 위해 GPU에 필요한 메모리 대역폭과 전력 부담은 줄인다.
후지쯔는 이 NPU를 Arm 기반 모나카-X 중앙처리장치와 함께 하나의 통합 기기에 탑재할 계획이다. 모나카-X는 TSMC의 2나노미터 공정으로 제조되는 후지쯔의 현행 144코어 Armv9 데이터센터 칩을 발전시킨 제품이다. 후지쯔는 2029년까지 모나카-X를 라피더스의 1.4나노미터 생산 라인으로 전환하고, CPU와 NPU 기능을 결합해 일본의 현행 주력 슈퍼컴퓨터를 이을 후가쿠 넥스트에 적용하는 것을 목표로 한다. 두 기능을 통합하면 별도 칩 사이의 데이터 이동이 줄어 AI 작업의 전력 소비를 낮추고 처리 속도를 높일 수 있다. 후지쯔는 데이터 주권과 AI 보안에 대한 우려가 커지는 데 대응해 처리 중 민감한 데이터를 보호할 암호화 기술도 프로세서에 직접 탑재하려 한다.
라피더스와 국내 파운드리 도박
도요타, 소니, NEC 등 일본 주요 기업 8곳의 지원을 받아 2022년 설립된 라피더스는 수십 년간 쇠퇴한 일본의 반도체 제조 역량을 되살려야 하는 과제를 안고 있다. 라피더스는 홋카이도 지토세에 첫 생산시설 IIM-1을 건설 중이며, 2027회계연도 하반기 2나노미터 칩 양산을 목표로 한다. 2027년 착공을 계획 중인 두 번째 공장에서는 후지쯔의 AI 칩용 1.4나노미터 제품을 생산할 예정이다.
기술적 진전은 신중한 낙관론을 뒷받침한다. 라피더스는 2025년 7월 IIM-1 시설에서 2나노미터 GAA 칩 시제품 제작에 들어갔다고 발표했다. 최근에는 후공정 시제품 라인을 가동하고, 첨단 패키징을 위한 라피더스 칩렛 솔루션(RCS) 시설을 열었다. 이는 여러 종류의 프로세서를 하나의 패키지에 통합하는 데 핵심적인 기술이다. 파운드리 인근의 분석센터는 제조 수율 개선에 필요한 물리·환경·화학 분석 역량을 제공한다.
고이케 아쓰요시 최고경영자는 2월, AI·로봇공학·엣지 컴퓨팅용 칩을 겨냥해 다수의 잠재 고객과 파트너십을 논의하고 있다고 밝혔다.
AI, 로봇공학, 엣지 컴퓨팅용 칩과 관련해 60곳이 넘는 잠재 고객과 활발히 논의하고 있습니다.
IBM과 칩 설계 스타트업 텐스토렌트가 초기 2나노미터 생산 물량의 유력 후보로 떠오른 가운데, 도쿄는 파운드리 역량을 입증해 줄 핵심 국내 고객으로 후지쯔에 기대를 걸고 있다.
미래를 위한 투자
이 사업을 뒷받침하는 재정 구조는 공공 부문과 민간 부문에 걸쳐 있다. 경제산업성 산하 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)는 후지쯔 NPU의 초기 개발비 추산액인 580억 엔(3억6,300만 달러)의 약 3분의 2를 부담할 예정이다. 이 보조금 프로그램은 국내 생산이 가능한 에너지 효율형 AI 반도체 개발을 특별히 지원한다.
정부의 광범위한 지원은 후지쯔의 개별 사업에 그치지 않는다. 최근 추가된 6,315억 엔의 보조금을 포함해 2027년 3월까지 라피더스에 투입되는 공공·민간 투자액은 총 2조6,000억 엔(163억 달러)에 이를 전망이다. 일본은 반도체를 국가 안보상 특정 중요 물자로 지정하고, 2030회계연도까지 반도체와 AI 분야에 10조 엔(628억 달러) 이상을 투자할 계획이다. 다카이치 사나에 총리는 특히 최근 역내 긴장 재고조와 같은 외부 충격과 위험에 대비하는 차원에서 국가 안보에 중요한 분야의 투자를 늘려야 한다고 강조했다.
최근 자금 지원 승인에 앞서 외부 전문가 위원회가 홋카이도 라피더스 파운드리를 점검하고 기술 진전을 승인했다. 이는 독립 전문가들이 회사의 야심 찬 생산 목표를 달성할 현실적인 경로가 있다고 판단했음을 시사한다.
후지쯔의 병행 협력
라피더스와의 협력은 기술 자립을 강조하지만, 후지쯔가 국내 역량에만 전적으로 기대는 것은 아니다. 완전한 반도체 자립이 현실적으로 얼마나 어려운지 보여주는 복잡한 국제 협력망을 유지하고 있다. 후지쯔는 2025년 10월 엔비디아와 협력해 2030년까지 일본 데이터센터용 AI 칩을 공동 개발한다고 발표했다. 두 회사는 후지쯔 CPU와 엔비디아 GPU를 공용 기판에 연결할 계획이다.
후지쯔는 AMD와도 별도의 AI 칩 사업을 진행하고 있다. 현행 모나카 CPU는 TSMC의 2나노미터 공정을 사용한다. 일본이 국내 대안을 구축하는 동안에도 최첨단 기술은 여전히 대만 등 기존 생산 거점을 거쳐 공급된다는 점을 보여준다. 이런 이원화 전략을 통해 후지쯔는 경쟁력을 유지하는 동시에 성숙까지 수년이 걸릴 수 있는 국내 역량을 키울 수 있다.
후가쿠 넥스트 슈퍼컴퓨터 사업은 이 전략을 잘 보여준다. 2030년께 가동을 시작해 현행 후가쿠 대비 성능을 100배 높이는 것을 목표로 하는 차세대 시스템에는 여러 프로세서 기술이 결합될 가능성이 크다. 모나카-X CPU는 라피더스의 1.4나노미터 라인에서 생산될 수 있지만, 목표 연산 성능을 달성하려면 해외 공급업체의 GPU와 다른 가속기도 거의 확실히 탑재될 전망이다.
더 넓은 생태계 구축
후지쯔가 라피더스의 유일한 고객은 아니지만, 기술적 야심 면에서는 가장 중요한 고객이다. 캐논은 라피더스의 2나노미터 공정을 이용해 디지털카메라와 감시 장치용 이미지 처리 반도체를 주문하기로 했으며, 시험 생산도 이미 진행 중이다. IBM 재팬 역시 라피더스가 제조할 가능성이 있는 에너지 효율형 AI 칩 개발을 위해 NEDO의 지원을 받고 있다. IBM 사업에는 최대 175억 엔이 배정됐으며, 후지쯔 사업에는 585억 엔이 배정됐다.
새롭게 형성되는 생태계는 단순한 제조 계약을 넘어선다. 라피더스는 1.4나노미터 공정 기술 개발을 위해 IBM과 협력하고 있으며, IBM의 연구 역량을 활용해 개발 일정을 앞당기려 한다. 전자설계자동화 분야의 선도 기업 시놉시스는 캐논의 이미지 센서 개발에 참여하고 있다. 이는 라피더스가 복잡한 다자간 반도체 사업을 지원할 기반을 구축하고 있음을 보여준다.
홋카이도에 활동이 집중되면서 지역 경제에도 영향이 미칠 전망이다. 북쪽에 위치한 홋카이도는 기후가 서늘해 생산시설의 냉방 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 다만 자원이 부족한 일본에서는 세계 불안정 속에 에너지 비용이 계속 상승하고 있다. 라피더스는 정부 지원, 기술 협력, 지리적 이점의 결합으로 일본 내 제조업이 안고 있는 구조적 어려움을 극복할 수 있다고 보고 있다.
업계 거물들과의 경쟁
후지쯔와 라피더스가 맞닥뜨린 일정은 빠듯하다. TSMC는 2025년 2나노미터 칩 양산을 시작했으며 엔비디아와 애플 등 AI 선도 기업들과 협력 관계를 유지하고 있다. 인텔은 이미 18A 노드(대략 1.8나노미터에 해당)에서 양산을 시작했고, 이 첨단 공정을 적용한 팬서 레이크 프로세서를 공개했다. 라피더스는 2027년 말에야 2나노미터 생산을 목표로 하며, 1.4나노미터 생산은 2029년께로 잡고 있다.
반도체 제조에서는 네트워크 효과가 강하게 작용하기 때문에 이 격차는 중요하다. 첨단 패키징에서 TSMC가 먼저 쌓은 우위와 대량 생산 경험, 확립된 설계 생태계는 후발 업체가 넘기 어려운 장벽을 만든다. 웨이퍼 한 장에서 생산되는 정상 칩의 비율인 수율은 사업성을 좌우하는 경우가 많다. 라피더스가 분석센터와 진단 역량을 갖춘 것은 이런 과제를 인식하고 있음을 보여주지만, 1.4나노미터에서 경쟁력 있는 수율을 달성할 수 있을지는 아직 검증되지 않았다.
에너지 비용도 추가적인 부담이다. 반도체 제조에는 막대한 전력과 물이 필요하다. 일본의 자원 제약과 중동 불안정에 따른 자재비 상승은 에너지가 저렴하거나 공급망이 확립된 지역에서 사업을 운영하는 경쟁사에 비해 라피더스에 불리하게 작용할 수 있다. 정부가 개발비와 생산비를 모두 보조하려는 것은 시장 원리만으로는 국내 제조 역량을 구축할 수 없다는 점을 인정한 것으로 볼 수 있다.
핵심 내용
- 후지쯔는 AI 추론용 1.4나노미터 신경망처리장치를 개발 중이며, 10년 안에 홋카이도 라피더스에서 생산하는 것을 목표로 한다.
- 일본은 2027년 3월까지 라피더스에 총 163억 달러를 지원하기로 했으며, 최근에는 후지쯔 사업 지원을 위한 40억 달러의 추가 보조금도 승인했다.
- NPU는 데이터센터와 슈퍼컴퓨터에 사용할 후지쯔의 모나카-X CPU와 통합되며, 2030년 가동을 목표로 하는 후가쿠 넥스트에도 적용될 예정이다.
- 라피더스는 2027년 말 2나노미터 칩 양산을 시작하고, 2029년께 두 번째 생산시설에서 1.4나노미터 제품 제조에 들어갈 계획이다.
- 일본의 기술개발기구 NEDO는 AI 칩 사업의 초기 개발비 3억6,300만 달러 가운데 약 3분의 2를 지원한다.
- 후지쯔는 국내 기술 자립을 추진하는 동시에 최첨단 해외 기술을 즉시 활용하기 위해 엔비디아, AMD와도 협력하고 있다.
- 캐논과 IBM 재팬도 라피더스의 추가 고객으로, 국내 반도체 생태계가 초기 단계에 들어섰음을 보여준다.
