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반도체 없는 미래는 없다!
4차 산업혁명의 핵심 부품, 반도체가 펼쳐 보이는 모래의 마법

현대인에게 반도체가 없는 삶은 단 하루도 상상하기 어렵습니다. 손안의 스마트폰부터 날마다 타는 자동차까지, 현대 문명은 반도체 없이는 움직이지 않기에 반도체를 산업의 쌀이라고 부르지요. 밥상 위의 쌀처럼 반도체는 우리 경제를 이끌어가는 주요 산업이면서, 반도체를 둘러싸고 미국과 중국이 치열한 패권 다툼을 벌이는 오늘날 가장 주목받는 핵심 기술이기도 합니다. 미래생각발전소 시리즈 제19권 『산업의 쌀, 반도체』는 21세기 기술 패권의 열쇠이자 4차 산업혁명의 핵심 부품인 반도체에 관해 어린이들에게 알기 쉽게 들려주는 책입니다.
우리의 하루는 반도체와 더불어 시작되고 반도체와 함께 저뭅니다. 아침에 일어나서 따뜻한 물로 씻을 수 있는 것은 보일러 속에 들어 있는 반도체 덕택이고, 아침밥을 지을 수 있는 것도 전기밥솥에 내장된 반도체 칩 덕분입니다. 냉장고, 세탁기, 에어컨, 텔레비전과 리모컨까지, 거의 모든 전자제품에는 반도체가 들어 있지요. 스마트폰은 케이스와 유리를 빼면 거의 반도체 덩어리이고, 승용차에는 수백 개가 넘는 반도체가 들어 있습니다. 4차 산업혁명의 핵심이라는 자율주행차에는 무려 2천 개가 넘는 반도체가 탑재될 전망이라고 하지요. 현대 문명을 살아가는 사람은 매일 약 1천 개의 반도체의 도움을 받고 있으며 그 숫자는 앞으로도 점점 더 늘어날 것입니다.
반도체의 원판인 웨이퍼는 실리콘 덩어리이고, 실리콘은 모래 속에 풍부해서 반도체를 모래가 부리는 마법이라고도 합니다. ‘1달러의 모래로 100달러의 웨이퍼를, 100달러 웨이퍼로 1000달러짜리 반도체 칩을 판다’라는 말이 있는데, 이는 반도체 산업의 높은 부가가치를 잘 드러내 주지요. 반도체의 원료가 되는 모래는 값싸고 흔하지만 그 기술은 결코 그렇지 않습니다. 엄청난 자본과 기술력이 필요한 반도체 산업에서 우리나라는 치열한 경쟁을 뚫고 앞서나가고 있습니다. 한국은 메모리 반도체 전 세계 1위이며, 반도체는 한국의 첨단 전략 산업이기도 합니다. 중동의 산유국들이 석유로 먹고 살듯이, 한국은 반도체가 경제를 주도하지요. 수출 의존도가 높은 한국에서 반도체는 전체 수출 비중의 20퍼센트가 넘고 직간접적인 관련 종사자만 100만 명이 넘습니다. 한국인 50명 중 1명이 반도체와 관련된 일을 하는 셈이어서 반도체 업황에 따라 우리 경제에 봄바람이 불기도 하고 찬 서리가 내리기도 할 정도라고 하지요.
21세기는 기술을 지배하는 나라가 세계를 지배하는 기술 패권의 시대이고, 그 중심에는 반도체가 있습니다. 그리고 세계는 지금 반도체 패권을 둘러싸고 총성 없는 전쟁 중입니다. 오늘날 국력은 경제력과 군사력이 결정하고 그 열쇠는 바로 반도체가 쥐고 있습니다. 자동차, 컴퓨터 같은 산업 전반은 물론, 전투기나 잠수함 등 첨단 무기에도 반도체는 필수 부품이며, 이는 국가 안보와도 직결됩니다. 반도체가 결코 포기할 수 없는 미래 기술인 까닭이지요. 이 책은 이처럼 반도체 산업의 과거와 현재, 나아가 미래를 조망하며, 어린이들에게 반도체에 대해 알기 쉽고 재미있게 들려주고 있습니다. 어린이 독자들은 반도체 기술과 그 원리, 변천사까지 쉽고 재미있게 만날 수 있을 것입니다.

● 시리즈 소개

세상에 흩어져 있는 온갖 지식, 새롭게 체계를 잡다!
지식의 새로운 형태를 제시하는 ‘미래생각발전소’ 시리즈

미래생각발전소는 하나의 소재를 중심으로 그와 관련된 정치, 경제, 사회, 문화, 역사 등을 새롭게 통합하여 보여 준다. 하나의 소재에 대해 학년과 영역별로 나뉘어 흩어져 있는 단편적인 지식과 정보들을 한데 모으고 새롭게 체계를 잡아 다양하면서도 깊이 있는 지식을 제공하고자 기획된 시리즈이다.

출간 순서
1. 검은 눈물, 석유
2. 문명의 수레바퀴, 철
3. 푸른 미래, 바다
4. 위기의 밥상, 농업
5. 바람과 태양의 꽃, 소금
6. 흙으로 빚은 역사, 도자기
7. 믿음의 불편한 진실, 종교
8. 역사를 바꾼 위대한 알갱이, 씨앗
9. 경제의 핏줄, 화폐
10. 지구와 인간의 생명줄, 물
11. 달콤한 속에 숨겨진 진실, 초콜릿
12. 숨은 권력, 미디어
13. 미래 세계의 중심, 인공지능
14. 인류만이 남기는 흔적, 쓰레기
15. 자연의 마지막 경고, 기후 변화
16. 두 얼굴의 에너지, 원자력
17. 자연의 역습, 감염병
18. 교통수단, 세상의 거리를 좁히다
19. 산업의 쌀, 반도체

Chapter1 반도체란 무엇일까?
도체는 왜 도체이고, 부도체는 왜 부도체일까? … 10
불순물을 넣으면 반도체가 도체로 변한다고? … 14
반도체는 이렇게 생겼다 … 20
마법의 모래, 반도체 … 23
반도체와 디지털은 무슨 관계일까? … 25
물먹는 전기, 물먹는 하마 반도체 … 28
반도체와 우리 생활 … 30
[생각발전소] 에디슨과 테슬라 … 32

Chapter2 인류는 어떻게 반도체를 만들게 되었을까?
컴퓨터의 탄생 … 38
에디슨과 수상한 전류 … 39
진공관 발명 … 42
진공관은 불편해 … 48
최초의 반도체 트랜지스터 … 51
실리콘 밸리 탄생 비화 … 54
숫자의 폭력 … 57
반도체 칩은 어떻게 만들까? … 61

Chapter3 메모리 반도체와 비메모리 반도체는 어떻게 다를까?
성격 급한 주방장과 느림보 창고지기 … 68
도시바와 플래시 메모리 … 73
비메모리 반도체 … 76
한국은 왜 비메모리 반도체가 취약할까? … 80
4차 산업혁명과 비메모리 반도체 … 83
비메모리 반도체는 왜 여러 회사가 만들까? … 88
반도체 가격은 어떻게 결정될까? … 93
[생각발전소] “사고 싶으면 줄을 서시오!” 슈퍼 을 ASML … 96

Chapter4 반도체 전쟁
제2의 진주만 공습 … 100
반도체 한일전 … 104
한국 대 다국적 연합군 … 110
미국의 중국 반도체 때리기 … 114
[생각발전소] 일본의 반도체 수출 규제 … 120

Chapter5 반도체는 계속 발전할 수 있을까?
무너진 무어의 법칙 … 124
영원히 줄일 수는 없다 … 127
새로운 방법을 시도해 보자 … 130
양자역학 이야기 … 133
양자 컴퓨터는 왜 빠를까? … 138
[생각발전소] 살아 있으면서 동시에 죽었다? ‘슈뢰딩거의 고양이’ … 142

물 먹는 전기, 물 먹는 하마 반도체
2018년, 평택에 있는 삼성전자 반도체 공장에서 30분간 정전이 발생했어요. 이 30분의 정전으로 삼성전자 주가는 하락하고, 경쟁 기업 주가는 큰 폭으로 상승했어요. 또 삼성전자는 약 500억 원의 손실을 보았어요. 이처럼 반도체 공장에 정전은 치명타예요.
반도체 제조는 매우 정밀한 작업이에요. 습도와 온도가 조금만 변하거나 티끌의 먼지가 들어가도 제조 중이던 반도체 칩은 폐기해야 해요. 그래서 반도체 공장은 ‘클린룸 1’이라는 극도의 청결성을 유지하고 있어요. 클린룸 1은 경상도, 전라도, 충청도 강원도를 더한 면적에 100원짜리 동전 한 닢이 떨어져 있는 상태예요. 작업자들은 온몸을 꽁꽁 싸맨 우주인 복장으로 출입하고 분가루가 날릴 수 있어서 화장도 금지예요. 미세한 수증기조차 없도록 에어컨, 공기청정기, 제습기가 쉴 새 없이 돌아가요.
그래서 반도체 공장은 편의점처럼 24시간 불이 꺼지지 않아요. 안정적 전력 확보를 위해 반도체 회사들은 필사적이에요. 공장 가까운 곳에 발전소를 짓도록 투자하고, 자체 발전소를 짓기도 해요. 반도체 공장이 사용하는 전기는 우리나라 전력 사용량의 15퍼센트예요. 2017년, 청주 하이닉스 반도체 공장은 전기요금으로 2500억 원을 냈어요. 이는 일반 가정 12만 8천 가구가 일 년간 사용한 전기요금과 맞먹어요.
반도체 공장은 물 사용량도 엄청나요. 반도체 공장은 불순물을 씻어내기 위해 1등급 수질의 초순수 물을 사용하는데, 매일 약 16만 톤, 큰 생수병 8000만 병이나 되는 물을 소비해요. 우리가 쓰는 수돗물은 3등급이에요. 반도체 공장에서 사용한 물은 하수구를 통해 방류되는데, 그 양이 어찌나 많고 맑은지 주변 하천의 수량이 풍부해지고 수질이 개선되어 수달, 원앙, 황조롱이 등, 멸종 위기 동물들이 모여들어요. 또 가뭄으로 물이 부족하면 공장 주변 농민들은 물을 더 흘려보내 달라고 반도체 공장에 부탁한답니다.
-28~29쪽 중에서-

“꽤 애를 쓴다만 그래도 안 돼, 너희는 20년이 지나도 반도체를 못 만들걸?”
과거 미국이 자신들에게 그랬던 것처럼, 일본도 한국의 기술을 조롱했어요. 역사는 반복되기 마련이에요. 일본은 알지 못했어요. 일본이 자랑스러워하는 그 기술력이 훗날 자신들의 발목을 잡게 될 거라는 사실을 말이에요.
당시 일본이 만든 반도체 디램의 상당수는 컴퓨터 부품으로 사용되었어요. 1980년대는 컴퓨터가 매우 귀한 물건이었어요. 기업이나 연구소에서 사용하는 대형 컴퓨터가 주류였었지요. 워낙 비싼 물건이어서 컴퓨터 제조업체는 수명이 긴 반도체를 장착하기를 원했어요.
“25년은 문제없어야 하는데, 그런 반도체를 만들 수 있는 사람은 손 좀 들어 보세요!”
지구상에서 그런 반도체를 만들 수 있는 국가는 일본이 유일했어요. 일본 반도체는 대형 컴퓨터에 들어가는 디램의 80퍼센트를 장악했고, 그 원동력으로 일본은 미국을 밀어내고 반도체 정상의 자리에 오를 수 있었답니다.
그런데 1990년대가 되자 개인용 컴퓨터(PC)의 시대가 열렸어요. 일본 디램의 매출은 쭉쭉 떨어졌고 한국산 디램이 불티나게 팔려 나가기 시작했어요. 일본은 당황했어요.
“이유가 뭐지? 왜 우리 제품이 한국산 반도체에 밀리는 거야?”
-106~107쪽 중에서-