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1970년대 소년 시절에 강원도 홍천군에 있는 화계초등학교 바로 옆 작은 집에서 살았다. 학교 이름에 담긴 의미처럼 봄에는 진달래가 듬뿍 피어오르고, 화랑 군부대가 가까이 있고, 주변으로 흐르는 홍천강은 무릎까지 차 올랐다. 그 시절 방학이면 강원여객 버스를 타고 북한강을 따라 놓인 경춘국도를 달려 서울로 가족을 만나러 갔다. 그 시절 경춘국도는 홍천을 떠나는 가슴 먹먹한 섭섭함과 서울로 향하는 마음 떨림이 교차하는 추억의 길이다. 그때 버스는 시퍼런 춘천 의암댐 다리 위를 지나갔다. 다리 끝에서 헌병이 버스에 올라 검문했다. 아직도 북한강을 지키는 의암댐은 중력식 댐이다. 1967년 수도권 지역의 전기 공급과 용수 조절을 위해 지었다. 지금은 태풍과 홍수에 대비해서 물을 일정하게 가두어 두고, 갈수기에도 적정한 수량의 식수를 수도권에 공급한다. 그리고 경춘국도는 일제강점기에 건설한 비포장 도로로 1965년에야 비로소 포장도로로 바뀌었다. 그때 개통식에는 박정희 대통령이 참석해 축사를 했는데, 대한뉴스 제목이 '뻗어가는 동맥'이었다.

지금 디지털 혁명 시대를 맞아 인공지능 반도체와 컴퓨터 설계 연구를 진행하면서 놀랍게도 의암댐과 경춘국도의 추억이 새롭게 살아난다. 의암댐은 수도권에 물을 일정하게 공급하고, 컴퓨터 부품인 '축전기(Capacitor)'는 인공지능 계산에 필요한 대용량 고속 디지털 전류를 일정하게 공급한다. 축전기는 인공지능 반도체와 컴퓨터에 안정되고 깨끗한 전류를 공급하고, 전류의 범람을 방지한다. '디지털 재난'을 피하기 위한 '필수 부품'이 되었다. 자연과 추억, 그리고 디지털 설계는 이렇게 서로 관통한다.

반도체·컴퓨터에도 '의암댐' 있어야

인공지능 반도체나 컴퓨터는 데이터 센터에 저장된 영상, 음성 그리고 텍스트 빅데이터를 이용해 인공지능망(Neural Network) 속의 변수(Parameter)를 개선해 간다. 이렇게 인공지능이 똑똑해지는 과정을 학습(Training)이라고 한다. 이러한 학습을 마친 이후 외부 입력에 반응해서 빠르고 신속한 결정을 내린다. 이 과정을 판단(Inference)이라고 한다. 이 과정에서 반도체는 계속해서 2진수 행렬 계산을 한다. 그런데 이러한 디지털 2진수는 '1'과 '0'으로 이루어져 있다. 반도체 속 회로에서 '1'인 상태는 전류가 채워져 있는 상태이고 '0'인 상태는 전류가 비어 있는 상태다. 그래서 인공지능 학습과 판단 과정에는 엄청난 크기의 전류를 채우고 비우는 과정이 반복된다. 1조분의 1초 단위로 일어난다. 엄청난 전류 홍수가 일어나는 셈이다. 전류는 전자의 흐름이다. 이때 디지털 재난을 피하려면 이 전자들을 어디에 대량으로 채워 두고 필요할 때 재빠르게 전류를 공급하는 장치가 필요하다. 이 부품이 바로 축전기다. 일종의 디지털 전류 댐이다. 인공지능 반도체와 컴퓨터의 안정적인 동작을 보장하고 디지털 재난을 방지하는 필수적인 인프라 부품이다. 인공지능을 위한 고성능 ESS(에너지 저장 장치)인 셈이다. 반도체와 컴퓨터의 '의암댐'이다. 재난에 대비한 국토 설계 원리와 똑같다.

MLCC가 디지털 재난 막아줘

전류 댐인 축전기는 작은 공간에 많은 전자를 담을 수 있어야 한다. 그 부품이 바로 MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitor· 적층형 세라믹 축전기)다. 얇은 500~600층 다층 구조로 만들어 댐 용량을 최대한 높인다. 제작 과정은 1000도 이상 고온에서 굽는 일종의 도기(陶器) 공정과 같다. 머리카락 굵기인 0.3㎜ 수준으로 작은 점과 같이 보인다. MLCC를 와인 잔에 절반가량 담으면 그 가격이 1억원을 넘는 초부가가치 부품이다. 그 가치가 메모리 반도체에 버금간다. 디지털 시대의 초격차 부품이다.

MLCC는 반도체와 컴퓨터뿐 아니라 스마트폰, 냉장고, 텔레비전, 통신 기기, 전기 자동차와 산업용 로봇 등 모든 디지털 기기에 가장 많이 들어가는 부품이다. 대략 반도체에 100여 개, 스마트폰에 600여 개, 컴퓨터에 1200여 개가 들어간다. 충분히 설치되지 않으면 디지털 계산 오류, 데이터 저장 오류, 전자파 발생 간섭 현상이 발생한다. 그리고 인공지능 계산의 정확성이 심각하게 떨어진다. 디지털 플랫폼 서비스의 질과 안정성, 신뢰성이 현격히 떨어진다.

재난 방지 부품인 MLCC 전쟁 치열

MLCC 시장은 삼성전기와 일본의 무라타(muRata), 다이요 유덴(Taiyo Yuden), TDK 등 네 업체가 독과점하고 있다. 무라타 34%, 삼성전기 24%, 다이요 유덴 14%, TDK 11%, 그리고 기타 기업 17% 정도로 시장을 점유하고 있다. 삼성전기를 제외하고는 모두 일본 업체다. 고성능 MLCC 는 설비와 제조 기술의 장벽이 높아 중국 업체들이 아직 진입하지 못하고 있다. 현재 연간 17조원 규모인 글로벌 MLCC 시장은 2026년에는 22조원 규모로 성장할 것으로 예상하고 있다. 이렇게 인공지능 반도체와 컴퓨터에서도 부품 전쟁도 벌어지고 있다. 그 중심 부품이 바로 MLCC다. 반도체에서는 TSMC와 삼성전자, 그리고 인텔이 치열하게 선두 경쟁을 하고 있고, 마찬가지로 MLCC에서도 일본 기업들과 삼성전기가 생존 전쟁을 벌이고 있다. 반도체와 마찬가지로 살아남으려면 포기할 수 없는 디지털 패권의 전쟁터의 하나다. 지금도 데이터 센터에는 전기가 쉼 없이 흘러야 하고 북한강 강물은 의암댐을 지나 경춘국도를 끼고 유유히 흘러야 한다.

[그래픽] MLCC 세계 시장 규모 전망

[그래픽] 기업별 MLCC 세계 시장 점유율 분포 / MLCC 응용 분야별 시장 분포 기고자 : 김정호 KAIST 전기·전자공학과 교수
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