대만-일본 산업 협력 동맹의 추진 방향... 상호 보완과 공창(Co-creation), 도호쿠대학 파생 기업 '볼웨이브'의 시사점

"이 기술은 개발된 지 거의 30년이 되었습니다. 마침내 대만에서 대량 응용이 가능한 시장 기회를 찾게 되어 매우 기쁩니다." 일본 도호쿠대학(Tohoku University) 내, 역사 깊은 '일본 반도체의 아버지' 니시자와 준이치(Nishizawa Jun-ichi) 기념 연구실에서 만난 볼웨이브(Ballwave)의 CSO(최고전략책임자) 츠카하라 유스케(Yusuke Tsukahara)는 흥분된 어조로 이같이 말했다.

11월 중순, 위도 높은 일본 도호쿠 지방은 섭씨 15도의 쾌적한 기온과 함께 산마다 가을 햇살, 단풍, 은행나무가 어우러져 있었다. 이 시기 대만의 유력 벤처캐피탈(VC)인 다윈벤처스(Darwin Ventures)가 미야기현 센다이시(Sendai)에서 '일본-대만 연계의 진화: 반도체, 지정학 및 스타트업의 관점에서'라는 주제로 세미나를 개최했다. 우리 일행은 도호쿠대학을 방문하여 대학에서 파생된 스타트업 볼웨이브를 찾았다.

도호쿠대학은 1907년에 설립되어 100년 이상의 역사를 자랑할 뿐만 아니라, 도쿄대학, 교토대학 등과 함께 일본 최고의 '지정국립대학(전 제국대학)'으로 꼽힌다. 이번 방문은 대만과 일본 산업이 어떻게 협력하고 동맹을 맺을 수 있을지에 대해 가까이에서 관찰하고 체감하는 기회가 되었다.

볼웨이브는 2015년에 설립되었으며, 도호쿠대학 연구실에서 개발된 기술을 기반으로 한다. 공동 창업자인 아카오 신고(Shingo Akao), 츠카하라 유스케, 다케다 노리오(Norio Takeda), 야마나카 카즈시(Kazushi Yamanaka) 4명 모두 도호쿠대학 박사 출신이다. 스핀오프 초기에는 도호쿠대학 펀드의 투자를 받았으며, 이후 일본의 다이와 CVC(Daiwa CVC), 리얼테크(Real Tech), 시스멕스(Sysmex), IMM 등으로부터 투자를 유치했다. 대만 측 투자자로는 시냅틱스(Tronic Purity), 대만 공업기술연구원(ITRI) 산하 혁신공업기술이전공사(ITIC), 그리고 다윈벤처스 등이 있다. (아래 사진 참조, 다윈벤처스 제공)

볼웨이브의 기술은 '볼 SAW 센서(구형 탄성 표면파 센서)'로, 구체 표면을 따라 전파되는 음파(탄성 표면파)의 특성을 이용해 미세 분자를 검출하는 기술이다. 볼 SAW 현상은 2000년에 발견되어 특허를 취득했으나, 센서 제조에 필수적인 제조 기술의 기원은 1996년으로 거슬러 올라간다.

이에 따라 2000년부터 2014년까지 연구진의 주도로 기술이 점차 구체화되었고, 2015년 독립 법인으로 설립되었다. 이후 볼 SAW 센싱 기술은 사케, 간장 등 식품 업계에서 발효 온도와 기간을 측정하는 데 적용되었으며, 공장 굴뚝의 배기 가스 측정, 반도체 및 제약 생산 라인의 모니터링, 소변 및 피부를 통한 마약 탐지, 그리고 팬데믹 기간 일본 정부를 지원한 바이러스 검사 등으로 응용 분야를 잇달아 확장했다.

또한 볼웨이브는 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)와도 협력하고 있다. 우주 공간에 진입하기 위해서는 '경박단소(가볍고 얇으며 짧고 작음)'가 필수적이기 때문에, 기존 50kg에 달하던 GC 장비를 단 1kg으로 축소하는 데 성공했다.

하지만 이러한 응용 분야가 볼웨이브에 기여하는 매출은 제한적이었다. 예를 들어 사케나 간장 등 식품 공장은 한두 대의 장비만 구매하면 충분하기 때문이다. 직원 수가 20명 미만인 기업이라 할지라도 제한적인 매출로는 지속적인 회사 운영을 지탱하기 어려웠다.

다수의 응용 시장 중 볼웨이브는 일찍이 반도체 웨이퍼 공장(Fab)을 가장 잠재력 있는 시장으로 파악했다. 반도체 공정이 7나노, 3나노 등 첨단 나노 단계로 진입함에 따라 공정 내 수분 및 미립자에 대한 민감도가 극도로 높아져 감지 요구 수준이 까다로워지기 때문이다. 그러나 일본의 반도체 제조 기술은 수년간 뒤쳐져 있어 40, 50나노 공정 이후로는 대규모 첨단 설비 투자가 이루어지지 않았다. 이에 따라 볼웨이브는 세계 최첨단 공정 기술을 보유한 대만으로 개발 목표를 설정했다.

볼웨이브는 대만에서 투자자를 찾는 것 외에도 시냅틱스(Tronic Purity)를 대리점으로 확보했으며, 2023년에는 다윈벤처스가 투자에 참여했다. 대만 주주들의 지원에 힘입어 볼웨이브는 대만 반도체 공장의 인증 기회를 순차적으로 확보해 나갔으며, 마침내 대만 반도체 파운드리 1위 기업인 TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)와의 협력 사업 기회를 획득했다.

볼웨이브의 4명의 공동 창업자 중, 츠카하라 유스케는 풍부한 국제 비즈니스 경력을 보유하고 있다. 그는 돗판인쇄(Toppan Printing) 기술전략부장, 전자종이 전문 기업 E Ink(현재 대만 프라임뷰 인터내셔널, Prime View International 산하) 미국 법인 이사, 그리고 리켄 제네시스(Riken Genesis)의 사장을 역임했다.

그는 "일본 기업은 대부분 심오한 기술을 보유하고 있지만 국제 시장을 경영할 수 있는 인재를 찾기 어려워 이것이 많은 일본 기업의 약점이 되고 있다"며, "이는 일본 기업이 외부에서 보완해야 할 부분"이라고 말했다.

또한 외국 자본의 일본 기업 투자에 대해 츠카하라 유스케는 "외국 자본이 일본에 투자할 때 진정한 성공은 신뢰 구축과 문화적 이해에서 비롯된다"고 분석했다.

그는 볼웨이브가 대만 주주들과 상호 신뢰와 이해를 구축하여 사업 기회를 대만 반도체 시장으로 확장하고, 수년간 연구한 기술을 구체적으로 응용 및 실현할 기회를 얻게 된 것에 대해 매우 기뻐했다.

다윈벤처스의 일본 대표 곤노 토시아키(Toshiaki Konno)는 일본 도호쿠 지역 아키타현(Akita) 출신으로 도호쿠대학 기계공학과를 졸업했다. 따라서 다윈벤처스가 일본 투자를 시작했을 때 도호쿠대학 출신의 딥테크(Deep Tech) 스타트업인 볼웨이브는 다윈벤처스가 투자한 첫 번째 일본 기업이 되었다. 현재 다윈벤처스의 일본 내 투자 기업은 10여 곳에 이르며, 기술력이 탄탄한 스타트업을 지속적으로 발굴하고 있다.

대만과 일본의 산업 협력 동맹을 어떻게 진행해야 할지는 필자가 최근 몇 년간 지속적으로 관심을 가져온 주제다. 볼웨이브의 성장 경험을 통해 몇 가지 시사점을 공유하고자 한다.

기술은 강하지만 마케팅은 약하다? SiTime으로 보는 미·일 경영의 차이

먼저 일본의 R&D 역량은 매우 강력하며, 기술에 대한 장기적인 투자와 노력은 훌륭하다. 일본이 지금까지 30명 이상의 노벨상 수상자를 배출한 것은 우연이 아니다. 하지만 기술은 상업화가 필요하다. 일본 기업의 마케팅 능력은 미국 기업에 미치지 못하며, 수직적 분업과 아웃소싱(Outsourcing)에 대해서도 보수적인 태도를 취한다. 수직 계열화(IDM 모델)를 통해 모든 것을 직접 해결하려는 경향이 있는데, 이는 기업 경영의 큰 약점이다.

도호쿠대학이 축적해 온 수많은 딥테크 기술 중 미세전자기계시스템(MEMS)은 세계적인 경쟁력을 갖춘 분야 중 하나다. 그러나 뛰어난 기술을 보유하는 것만으로는 충분하지 않으며, 이는 일본에서 국제 경쟁력을 갖춘 기업이 탄생하기 위한 하나의 우위 요소일 뿐이다. 반면 미국의 경우, 현재 MEMS 선도 기업인 SiTime(사이타임)은 이미 기술 중심 기업에서 벗어나 매출이 급성장하는 단계로 진입했다. 2024년 매출은 약 2억 달러, 2025년에는 3.1억 달러까지 성장할 것으로 전망된다.

SiTime은 2005년 미국 캘리포니아 산타클라라(Santa Clara)에서 설립되었다. 핵심 기술은 MEMS 타이밍 기술로, 실리콘 웨이퍼로 전통적인 수정 진동자(Quartz Crystal)를 대체하는 것을 목표로 한다. 창업자 마르쿠스 루츠(Markus Lutz)는 독일 보쉬(Bosch) 수석 엔지니어 출신으로 MEMS 프로토타입 개발을 담당했고, 공동 창업자 아론 파트리지(Aaron Partridge)는 스탠포드대학 박사 출신으로 MEMS 패키징과 탄성 기술을 전공했다.

2014년 SiTime은 일본의 IC 설계 기업 메가칩스(MegaChips)에 2억 달러에 인수되었다. 이 인수로 인해 많은 사람들이 SiTime을 일본 회사로 오인하기도 했다. 그러나 SiTime은 2019년 미국 나스닥에 재상장되었고, 지난 6년간 시가총액이 지속적으로 성장해 현재 100억 달러에 육박한다. 메가칩스는 여전히 일부 지분을 보유하고 있지만, SiTime의 운영 및 R&D 센터는 줄곧 미국에 유지되고 있다.

발전 과정을 살펴보면, SiTime은 MEMS 기술로 시작했지만 기업 경영에는 다국적 인재를 융합했다. 경영진은 세계 각지 출신으로 구성되었으며, 운영 및 R&D 센터를 미국 실리콘밸리에 둠으로써 혁신의 최전선에서 고객과 함께했다. 그 결과 현재 가장 빠르게 성장하는 AI 시장의 기회를 포착하여, 매출의 절반이 AI 서버, 네트워크 스위치, 5G 기지국용 고정밀 타이밍 부품 등 AI 관련 사업에서 발생하고 있다.

도호쿠대학 박사 출신의 한 대만 창업가는 "일본이 보유한 MEMS 기술은 SiTime에 뒤지지 않지만, 기업 경영은 기술만으로 이루어지지 않는다"며, "더 중요한 것은 국제 시장을 확장하는 마케팅 능력과 고객과 동맹 및 신뢰를 구축하는 힘인데, 이것이 바로 일본에 가장 부족한 부분"이라고 지적했다.

Lab에서 Fab으로의 필연적 경로: 일본의 연구개발, 대만의 제조

따라서 일본의 R&D 기술은 강력하여 끊임없이 신기술을 발명하고 있지만, 오늘날 제조 분야에서는 이미 뒤쳐져 있다. 한국, 대만, 중국 등 후발 주자들이 앞서 나가고 있음에도 일본은 아웃소싱 및 위탁 생산(OEM)에 대한 사고방식이 여전히 보수적이며, 이는 또 다른 치명적인 약점이다.

반도체 공장을 예로 들면, 볼웨이브가 대만에서 반도체 공장 응용 기회를 찾아야 했던 이유는 현재 일본에 선진 제조 공장이 없기 때문이다. 일본 내에서는 볼웨이브가 실력을 발휘할 곳이 없었다고 할 수 있다. 따라서 'Lab(연구실)'에서 'Fab(제조 공장)'으로 나아가기 위해서는 현실적으로 대만에서 시장 판매 기회를 찾는 것이 가장 큰 활로다.

볼웨이브 외에도 일본에는 세계를 선도하는 프론트엔드 설계 기술이 다수 존재하지만, 일본 내에서는 제조할 웨이퍼 공장을 찾지 못해 대만에서 파운드리 기회를 모색해야 하는 사례가 늘어나고 있다.

예컨대 일본 도호쿠대학에서 교편을 잡았던 사무카와 세이지(Seiji Samukawa) 교수는 2022년 대만 국립 양명교통대학(NYCU) 석좌교수로 부임했다. 그는 중성 입자 빔(Neutral Beam, 또는 비전하 플라즈마) 분야의 전문가로, 해당 기술 구현을 위해서는 2나노 반도체 공정 기술이 필요하다. 그러나 현재 일본에는 이러한 첨단 공장 시설이 없어 그는 제품 상용화 기회를 모색하기 위해 아예 대만으로 옮겨와 교육과 연구를 병행하고 있다.

또한 첨단 패키징 및 이종 집적(Heterogeneous Integration) 분야의 협력 부분에서 현재 도호쿠대학의 다나카 테츠(Tetsu Tanaka) 교수는 대만 양명교통대학 반도체단과대학 학장 첸관넝(Chen Kuan-Neng) 교수와 협력하고 있는데, 이 협력 프로젝트의 주요 추진자 역시 사무카와 세이지 교수다.

사무카와 세이지 교수는 일본과 대만의 산학 협력과 상호 보완이 양측에 더 많은 발전 기회를 제공할 수 있다고 굳게 믿는다. 특히 대만의 수직적 분업 특성과 IC 설계 및 제조가 분리된 형태는 현재 일본에 가장 결여된 산업 생태계다. 그는 대만의 성공 경험을 일본에 전파하는 동시에 일본의 더 많은 첨단 기술을 대만에 도입하여, 일본과 대만이 함께 손잡고 전진하며 미래의 새로운 가능성을 공창(Co-creation)하기 위해 노력하고 있다.

IC 설계 공창 분야에서는 양명교통대학이 최근 몇 년간 일본 시장을 적극적으로 개척하며 대만 IC 설계 업계와 일본 도쿄과학대학(Institute of Science Tokyo, 구 도쿄공업대학) 잇시키 츠요시(Tsuyoshi Isshiki) 교수와의 협력을 성사시켰다. 여기에는 대만의 앤디스 테크놀로지(Andes Technology), ARM 및 이메모리(eMemory, 리왕전자) 산하의 PUF시큐리티(PUFsecurity) 등 기업이 포함되어 있으며, 이미 실질적인 협력 단계에 진입했다.

또한 도쿄대학의 나카츠지 사토루(Satoru Nakatsuji) 교수와 도쿄대학 파생 스타트업 토폴로직(TOPOLOGIC)도 양명교통대학의 대만-일본 공창 플랫폼의 추진 하에 대만 반도체연구센터(TSRI)와 협력을 시작했다.

그리고 도호쿠대학 전 총장인 오노 히데오(Hideo Ohno) 교수는 '스핀트로닉스(Spintronics)와 자성 반도체의 아버지'로 불리며 일본 경제산업성(METI) 수석 고문이기도 한데, 현재 대만 산업계와 활발히 교류하며 협력하고 있으며 양명교통대학 객원 교수로도 초빙되었다.

이제 대만-일본 산학 협력은 막 시작 단계이며, 많은 협력 사례가 진행 중이다. 협력의 중점 산업은 반도체 제조, IC 설계 및 첨단 패키징뿐만 아니라 향후 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics), 전력 전자, 스마트 의료, 메타렌즈(MetaLens) 등으로 확장되어 대만-일본 산학 협력 및 교류의 범위는 더욱 넓어질 것이다.