갈륨을 통한 조용한 제재로 중국, 미국 무기보다 GaN 기술 우위 확보

베이징 열병식과 조용한 반도체 기술 변화

베이징의 군사 열병식은 새로운 미사일과 드론, 장갑차량에 시선을 집중시킬 수 있다. 하지만 올해 가장 중대한 변화는 열병식 현장이 아니라 중국과학원 물리연구소의 보고서에 담겨 있었다. 보고서는 중국이 질화갈륨 반도체 기술을 성숙 단계까지 끌어올려 군사 체계 전반에 적용하고 있으며, 그 속도가 경쟁국이 따라가기 어려운 수준이라고 주장했다. 이 보고서는 핵심 투입재에 대한 중국의 수출 통제를 세간의 이목을 끄는 조치가 아니라, 중국 내 프로그램이 확대되는 동안 경쟁국을 압박하는 점진적 전략으로 규정했다.

흔히 GaN으로 줄여 부르는 질화갈륨은 새로운 군용 전자장비의 핵심 소재다. 중국은 GaN 소자 제조에 쓰이는 1차 갈륨 원료의 거의 전량을 생산하며, 갈륨과 관련 원소인 게르마늄의 수출 규정을 강화했다. 분석가들은 특정 미국 방산업체를 직접 겨냥하지 않으면서도 필수 소재에 대한 접근을 제한한다는 점에서 그 효과를 ‘조용한 제재’라고 설명한다. 중국 연구진은 그 결과 위상배열 레이더와 전자전 장비에서 세대 격차가 벌어지고 있다고 주장한다.

물리연구소는 최근 공개한 평가에서 소재 정책과 기술 발전이 맞물리는 양상을 강조했다.

연구소는 최근 발전의 이면에 반도체 개발이라는 보이지 않는 흐름이 있다며, 중국의 GaN 기반 반도체 기술이 성숙 단계에 도달했다고 밝혔다.

기술의 성숙은 탐지거리가 더 긴 레이더, 더 강력한 재밍 장비, 더 소형화된 유도 탐색기, 전투 체계의 개선된 전력 관리로 곧바로 이어질 수 있어 중요하다. 이는 지렛대가 되기도 한다. 핵심 투입재의 주요 공급원이 공급을 조이면, 그 소재에 의존하는 프로그램은 속도가 늦어지거나 비용이 늘어난다.

질화갈륨이 레이더와 미사일을 바꾸는 이유

GaN은 광대역갭 반도체로 알려진 부류에 속한다. 기존 실리콘과 비교하면 더 높은 전압과 온도에서 작동하고, 단위 면적당 훨씬 많은 전력을 처리하며, 더 빠르게 스위칭할 수 있다. 이런 특성은 무선주파수 증폭기와 전력전자 장치에 이상적이다. 레이더에서 GaN은 각 송수신 모듈이 과열 없이 더 강한 신호를 내보내고, 이어서 희미한 반사 신호를 빠르게 포착하도록 돕는다. 유도 탐색기에서는 좁은 미사일 앞부분에 들어갈 만큼 작으면서도 재밍에 맞서 성능을 유지한다.

실리콘에서 질화갈륨으로

수십 년 동안 많은 군용 레이더는 갈륨비소나 고급 실리콘 소자에 의존했다. 이들 소재는 성능을 입증했지만, GaN은 작동 범위를 한 단계 넓힌다. 엔지니어들은 같은 공간에 더 많은 소자를 갖춘 배열을 만들고 더 높은 출력으로 운용할 수 있다. 그 결과 탐지거리가 늘고 간섭 저항성이 높아지며 여러 모드를 동시에 지원할 수 있다. 전력 변환 효율을 높여 열과 무게를 줄일 수 있다는 점에서, 전투 플랫폼에 모두 귀중한 요소인 함정과 항공기의 전력 변환에도 이 기술은 중요하다.

미국은 이미 해군의 AN/SPY 6와 해병대의 AN/TPS 80 G/ATOR 등 주요 GaN 기반 체계를 운용하고 있다. 중국 연구진과 관영 매체는 중국이 공중조기경보기와 방공포대, 전투기 레이더 전반에 GaN을 대량 생산 단계로 적용했다고 주장한다. 이 주장이 사실이라면 소자 설계의 진전뿐 아니라 해당 소자 생산에 필수적인 상류 단계 갈륨을 안정적으로 확보하고 있음을 시사한다.

허가제에서 표적 수출 금지로

베이징의 첫 조치는 2023년 7월 상무부가 갈륨과 게르마늄 수출에 허가제를 도입하면서 나왔다. 공식적으로는 국가안보를 위한 조치였다. 이는 중국으로 향하는 첨단 반도체와 반도체 제조 장비에 대한 미국의 일련의 통제 조치에 뒤이어 시행됐다. 2024년 12월 중국은 미국 시장을 대상으로 갈륨, 게르마늄, 안티모니 수출을 금지하고 관련 품목에 대한 심사를 강화하며 조치를 확대했다. 이들 광물은 반도체와 적외선 센서, 광섬유, 태양전지, 배터리, 탄약에 핵심적으로 쓰인다.

무역 및 가격 자료에서 그 영향이 드러난다. 2023년 규정 도입 후 중국의 갈륨 출하량은 감소했다. 구매자들이 공급 확보에 나서면서 유럽 가격은 1년 새 거의 두 배로 뛰었다. 게르마늄 공급도 빠듯해졌고 안티모니 가격은 급등했다. 한편 중국은 1차 갈륨의 지배적인 공급원으로 남아, 미국과 동맹국 구매자들은 제3국을 통해 사들이는 경우에도 중국산 원료에 크게 의존했다.

실제로 공급 흐름이 하룻밤 사이에 끊긴 것은 아니었다. 2024년 무역 자료를 살펴보면 미국이 수입한 게르마늄과 갈륨에는 제3국을 거쳐 들어온 것으로 보이는 중국산 물질이 여전히 포함돼 있었다. 분석가들은 벨기에를 게르마늄 재수출의 주요 거점으로 지목한다. 캐나다와 독일 등에서는 2차 갈륨 생산이 확대됐고, 일본은 충격을 완화하기 위해 정제와 재활용에 의존했다. 공급망 전반에 비용 상승과 납기 지연이 확산되면서, 상황은 완전한 차단이라기보다 점진적인 공급 조임에 가까운 모습이다.

확대되는 군용 전자장비 격차

중국 관영 매체도 인용한 중국과학원 보고서는 이러한 소재 지렛대가 인민해방군 전반에서 GaN 기반 레이더와 탐색기, 재밍 장비의 배치를 앞당겼다고 주장한다. 보도에서는 KJ 500A 같은 공중조기경보 플랫폼의 위상배열 레이더와 J 20 프로그램과 연관된 첨단 레이더가 언급된다. 일부 보도는 장거리 공대공 미사일의 GaN 탐색기와 방공 체계에서의 활용 확대도 거론한다. 모든 플랫폼에 대한 독립적인 확인은 제한적이지만, 중국의 산업 기반을 고려하면 GaN 채택이 확대되는 추세는 신빙성이 있어 보인다.

미국도 GaN 기술에 익숙하다. AN/SPY 6 계열은 구축함용 신규 레이더 아키텍처의 핵심이다. 해병대의 G/ATOR는 원정 부대에 GaN 성능을 제공한다. 공군과 육군 프로그램도 전자전과 미사일 방어 분야에서 GaN 활용을 추진하고 있다. 중국 측 주장에 따르면 차이는 전군에 걸친 배치 속도와 갈륨 공급 압박이 초래한 비용 상승이다.

전략국제문제연구소의 한 연구는 미국 방산 전자장비에 갈륨이 얼마나 깊숙이 쓰이는지 강조했다.

이 분석은 갈륨 화합물이 미 해군의 AN/SPY 6 레이더와 해병대의 AN/TPS 80 G/ATOR 레이더를 비롯한 미국의 첨단 방산 체계에 핵심 투입재라고 지적하고, 이들 소재가 첨단 마이크로전자 장치에 점점 더 많이 쓰이고 있다고 덧붙였다.

이러한 의존은 미국에만 국한되지 않는다. 많은 동맹국 체계도 비슷한 수요를 갖고 있다. 중국이 국내 GaN 프로그램에 필요한 갈륨을 충분히 확보하는 동시에 해외 구매자의 비용과 불확실성을 높일 수 있다면, 배치 속도의 균형이 기울 수 있다. 이것이 세대 격차 주장의 핵심이다. 단 하나의 눈에 띄는 장비보다는 매년 얼마나 많은 배열과 탐색기, 전력 모듈이 부대에 배치되는가의 문제다.

미국과 동맹국의 대응

미국 정부와 업계 지도자들은 두 갈래 대응을 추진하고 있다. 하나는 채굴과 정제, 재활용을 통해 중국 밖에서 갈륨과 게르마늄의 공급원을 더 확보하는 것이다. 다른 하나는 특정 용도에서 GaN에 맞먹거나 이를 능가할 수 있는 차세대 소재에 투자해 의존도를 낮추는 것이다.

소재 분야에서 미 국방부는 국방고등연구계획국(DARPA) 사업을 통해 레이시온에 고전력·고주파 전자장비용 합성 다이아몬드와 질화알루미늄 소자 개발을 맡겼다. 이들 소재는 GaN보다 밴드갭이 넓어, 과학자들이 생산상의 난제를 해결하고 더 큰 웨이퍼로 생산 규모를 확대할 수 있다면 성능을 한층 높일 수 있다.

레이시온 첨단기술 부문 책임자인 콜린 윌런은 이번 연구가 반도체 기술의 중대한 진전이라며, 연구팀이 방산 체계에서 유사 소재를 다뤄온 경험을 바탕으로 다이아몬드와 질화알루미늄을 미래 센서와 통신 장비에 적용하려 한다고 말했다.

동맹국들도 움직이고 있다. 호주와 일본, 인도, 한국, 미국은 쿼드와 인도·태평양 경제 프레임워크 등 협의체를 통해 핵심 광물 분야에서 협력하고 있다. 미국 수출입은행은 중국의 통제에서 벗어난 해외 채굴 및 가공 거점 구축을 지원하기 위해 금융 수단을 마련했다. 일본은 정제와 재활용, 아연 가공과 연계된 1차 생산을 통해 갈륨을 확보하는 여러 경로를 갖추고 있어 비교적 회복력이 높다. 독일은 1차 갈륨 생산 재개를 검토했고, 캐나다를 비롯한 국가들은 2차 생산을 늘렸다.

그럼에도 출발점은 쉽지 않다. 최근 CSIS 평가에 따르면 중국은 1차 갈륨 공급의 압도적인 비중을 통제하고 있다. 중국은 경쟁국 생산자들이 필요로 하는 일부 추출 기술의 수출도 제한했다. 이는 시장 가격만으로는 신규 생산능력을 빠르게 확보하기 어려울 수 있다는 뜻이다. 워싱턴과 동반국 수도의 정책 입안자들은 민간 기업이 제련소에서 재활용과 회수를 확대하는 동안 격차를 메우기 위해 비축과 공동 조달, 선별적 투자를 검토하고 있다.

미국 지질조사국(USGS)은 경제적 파장을 경고했다. 추산에 따르면 갈륨 공급이 완전히 끊기면 가격이 급등할 수 있으며, 게르마늄 금지까지 겹칠 경우 미국 국내총생산이 30억 달러 넘게 줄어들 수 있다. 미국은 정부 차원의 갈륨 비축량을 보유하고 있지 않다. 중국이 표적 수출 금지에서 나아가 제3국을 통한 재수출 단속에 나선다면 대체 공급원이 확대될 때까지 혼란은 더욱 심해질 수 있다.

공급망 자료가 실제로 보여주는 것

2024년까지의 무역 자료는 복합적인 상황을 보여준다. 중국 공식 통계에 따르면 허가제가 시작된 뒤 미국으로 향하는 갈륨과 게르마늄 수출이 급감했고, 표적 수출 금지 이후에는 직접 출하가 사라졌다. 반면 미국 자료에는 중국산으로 표시된 수입품이 여전히 기록됐다. 이는 게르마늄의 경우 벨기에 같은 국가를 거친 재수출로, 갈륨의 경우 독일과 캐나다 등에서 중국산 원료를 2차 생산 및 재가공한 것으로 설명하는 것이 가장 타당하다. 독일은 수년간 1차 갈륨을 생산하지 않았는데도 미국 수입량에서 상당한 비중을 차지했다. 이 역시 재수출 흐름을 시사한다.

가격 변동도 공급이 빠듯해지고 있음을 보여준다. 유럽 구매자들은 첫 통제 조치가 나온 뒤 1년 사이 갈륨 가격이 거의 두 배로 올랐다고 전했다. 게르마늄 공급은 불규칙해졌고 일부 산업체는 재고 소진 위험을 경고했다. 2024년 12월 조치 이후 안티모니 가격도 빠르게 상승했다. 이러한 변화는 레이더 모듈과 적외선 센서, 정밀 제조 비용을 높이고 조달팀이 소재를 확보하는 동안 사업 지연을 초래할 수 있다.

전망은 두 가지 변수에 달려 있다. 첫째는 중국이 재수출과 추출용 수지, 가공 키트 등 관련 품목을 얼마나 강하게 단속하느냐다. 둘째는 동맹국 생산자들이 정유시설을 얼마나 빨리 개조하고, 제련소에 신규 회수 설비를 구축하며, 재활용 규모를 확대하느냐다. 계획 단계에 있는 사업도 있고 일부는 이미 시작됐지만, 공급망 구축에는 여러 차례의 예산 주기가 걸린다. 이러한 거점들이 가동되기 전까지는 중국의 허가제에서 작은 변화만 있어도 가격과 일정이 흔들릴 수 있다.

베이징과 워싱턴의 신호

베이징은 무역 규정과 수출 통제를 국가 운영 수단으로 활용하는 방식을 꾸준히 정착시켜 왔다. 공식 제재 체계를 도입하고 전략 광물 분야에서 국가의 소유권을 주장했으며, 일부 희토류 가공 기술의 수출을 제한했다. 이러한 조치는 앞서 비공식적으로 사용된 수단에 뒤이어 나왔으며, 중국이 우위를 점한 분야에서 국내 정책 수단으로 세계 공급망을 좌우하려는 의지를 보여준다.

워싱턴은 중국의 첨단 반도체와 제조 장비 접근에 대한 통제를 강화하고, 제재 대상 목록을 확대하는 한편 공급망 다변화를 추진하며 대응했다. 동맹국들은 광물 공급 차질을 조기에 감지하는 네트워크를 만들고, 충격이 발생해도 핵심 투입재가 계속 흐르도록 물류 계획을 연계했다.

국방 기술 전문가들은 이 모든 일이 전장에서 중요한 이유를 강조한다. GaN과 관련 소재는 현대전의 핵심인 레이더와 통신, 전력전자 장비의 중심에 있다.

랜드연구소의 선임 엔지니어 파비안 빌라로보스 박사는 간단히 말했다. “이 소재들은 필수적입니다.”

이 분명한 설명은 양측이 왜 긴박하게 움직이는지 잘 보여준다. 중국은 소재 지배력을 실전 배치 체계로 전환하는 데 속도를 내고 있다. 미국과 파트너국들은 공급원을 늘리고 전력을 적게 쓰며 열에 강하고 전파를 정밀하게 다루는 소자로 플랫폼을 개선하는 데 힘을 쏟고 있다. 경쟁의 척도는 단 한 번의 발표보다 납품 일정과 부대별 장비 수, 정비 인력이 노후 모듈을 GaN 부품으로 얼마나 자주 교체하는지에 달려 있다.

핵심 내용

• 중국과학원 보고서는 중국의 GaN 기술이 성숙 단계에 도달해 군사 플랫폼 전반에 적용되고 있다고 밝혔다.
• 베이징은 2023년 허가제에서 2024년 미국행 갈륨·게르마늄·안티모니 수출 금지로 조치를 강화했다.
• 중국은 1차 갈륨 공급을 지배하고 있으며 게르마늄 생산도 집중돼 있어 구매자들의 가격 급등과 긴 납기가 초래되고 있다.
• AN/SPY 6와 G/ATOR 등 미국 방산 체계도 이미 GaN을 사용하지만, 중국 측은 인민해방군 전반의 더 빠르고 광범위한 배치를 주장한다.
• 무역 자료는 제3국을 통한 재수출이 계속되고 있음을 시사한다. 이는 즉각적인 충격을 완화하지만 비용과 불확실성을 키운다.
• DARPA는 갈륨 의존도를 낮추기 위해 레이시온에 다이아몬드 및 질화알루미늄 소자 개발을 맡겼고, 동맹국들은 중국 외 공급망에 투자하고 있다.
• USGS는 공급이 완전히 끊길 경우 미국 GDP가 약 34억 달러 감소할 수 있다고 추산했으며, 미국은 갈륨 비축량을 보유하고 있지 않다.
• 향후 상황은 중국이 재수출을 얼마나 단속할지, 동맹국 사업이 정제·회수·재활용을 얼마나 빠르게 확대할지에 달려 있다.