30초 개요: 반도체는 엔지니어와 웨이퍼 공장과 선단 장비만으로 완성되는 것이 아니라, 한 장의 안정된 전력망에도 기대고 있다. AI 칩이 강해질수록 웨이퍼 제조, 첨단 패키징, 서버의 테스트, 데이터센터는 더 많은 전기를 필요로 한다. 대만은 그래서 세계 공급망의 카드를 얻었고, 동시에 전기 요금, 연료의 수입, 재생 에너지, 탄소 배출, 정전의 위험을 같은 한 장의 청구서 안에 넣게 되었다.
255억 5천만 도(度)의 전기.
이것은 테크 미디어 Tom's Hardware가 보도한 TSMC의 2024년의 전력 사용량이다. 그 기사는 원래 TSMC가 어떻게 EUV 노광기의 피크 전력을 낮추고 있는지를 쓰고 있었고, EUV 툴의 절전이 2030년까지 1억 9천만 도를 절약할 수 있으리라는 것도 언급하고 있었다. 그러나 같은 기사는 TSMC의 연간 255억 5천만 도라는 전력 사용의 규모도 그 옆에 놓았다.1
이 두 숫자를 나란히 놓으면 그림이 달라진다. 사람들이 "호국의 신산"이라고 말할 때 보통 떠올리는 것은 TSMC, 선단 공정, 주가, 수출, 외교의 카드다. 255억 5천만 도의 전기는 같은 산을 땅으로, 전력망으로, 연료로, 발전소로, 재생 에너지의 계약으로, 그리고 한 장 한 장의 청구서로 되돌린다.
하나의 선단 웨이퍼 공장은 정전될 수 없다. EUV 노광기, 클린룸의 공조, 화학품의 공급, 배기가스의 처리, 초순수의 시스템, 계측 장비, 데이터센터, 백업 시스템은 모두 안정되게 가동할 필요가 있다. 칩을 양산할 수 있는지 여부도 마지막에는 전력이 안정되게 공급될 수 있는지에 달려 있다.
이것 또한 반도체의 전력 사용이 "TSMC는 전기를 많이 쓴다"로만 쓰여서는 안 되는 이유다.
더 정확한 물음은 이것이다 — 대만이 세계의 AI 칩과 선단 제조의 수요를 받아 낼 때, 누가 그 안정된 전력을 제공하는가. 누가 연료의 수입과 탄소 배출의 압력을 떠맡는가. 누가 전기 요금의 조정 때에 비용을 치르는가. 누가 정전이나 전력망의 불안정 때에 위험을 떠맡는가.
핑둥현 헝춘의 제3원자력발전소(마안산 원자력발전소). AI와 반도체의 전력 수요는 원자력, 가스, 재생 에너지, 전력망의 강인성을 둘러싼 논의를 다시 공적인 장으로 끌어냈다. Photo: M. Weitzel. CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons.
AI의 수요는 마지막에 전력 계량기로 돌아온다
생성형 AI는 클라우드 서비스처럼 보이지만, 실제로는 기계가 계산하고 있는 것이다.
하나의 AI 칩이 설계에서 가동까지 가는 동안, 웨이퍼 제조, 첨단 패키징, 테스트, 메인보드, 전원, 방열, 랙, 데이터센터를 차례로 지난다. 어느 구간에나 전기가 든다. 전공정의 제조에 전기가 드는 것은 공정 장비와 청정한 환경이 중단될 수 없기 때문이다. 후공정의 패키징에 전기가 드는 것은 칩과 메모리의 통합이 점점 복잡해지고 있기 때문이다. AI 서버에 전기가 드는 것은 GPU와 액셀러레이터가 대량의 전력을 연산으로, 그리고 열로 바꾸고 있기 때문이다.
따라서 AI 공급망은 "연산 능력"이라는 추상적인 말만이 아니다. 연산 능력에는 전기 요금이 있고 전력망이 있고 가스 발전 설비가 있고 재생 에너지의 조달이 있으며, 탄소 배출도 있다.
서두의 저 255억 5천만 도의 의미는 사람을 놀라게 하는 데 있는 것이 아니라, 독자에게 이렇게 상기시키는 데 있다 — 선단 공정의 우위는 거대하고 연속적인 에너지의 투입 위에 세워져 있다는 것이다. EUV 툴은 절전할 수 있고, 클린룸은 최적화할 수 있으며, 공장 설비 시스템은 조정할 수 있다. 그러나 AI의 수요가 생산 능력을 계속 밀어 올리는 한, 총량의 압력은 단일한 장비가 절전되었다고 해서 자동적으로 사라지지 않는다.
이것 또한 AI의 시대가 과거의 일렉트로닉스 산업과 조금 다른 점이다. 과거에 대만의 제조를 이야기할 때는 자주 공장의 효율, 공급업체의 밀도, 엔지니어의 문화, 납기를 이야기했다. 지금은 거기에 물음이 하나 더해진다 — 대만은 세계의 연산 능력의 수요를 안정되게 자기 전력망에 이을 수 있는가.
답이 긍정이라면 전력은 대만의 공급망의 신용의 일부다. 답이 흔들리기 시작하면, 외국의 고객은 제조의 장소, 재생 에너지의 확보, 정전의 위험, 지정학을 함께 시산표에 넣게 된다.
안정이 싼 것보다 중요하다
일반인이 전기를 이야기할 때는 먼저 가격을 떠올린다. 그러나 웨이퍼 공장에게는 안정성이 단순한 전기 요금보다 중요할 수 있다.
웨이퍼 제조의 많은 공정은 고도로 제어된 환경에서 연속해 진행될 필요가 있다. 전압의 변동, 짧은 순간의 정전, 공급 품질의 불안정은 모두 장비의 정지, 제품의 폐기, 생산 일정의 중단을 낳을 수 있다. 일반 가정에게 몇 분의 정전은 생활의 불편이지만, 선단 웨이퍼 공장에게 몇 분은 한 배치의 웨이퍼이고 한 구간의 수율이며, 나아가 고객의 신뢰일 수 있다.
이것 또한 공급망의 겨루기에서 가장 놓치기 쉬운 점이다. 외국의 고객이 대만을 필요로 하는 것은, 대만이 장기간 안정되게 기일대로 칩을 납품할 수 있기 때문이다. 안정된 전력 공급은 그래서 대만의 신용의 일부가 된다.
거꾸로 말하면, 국제적인 고객과 정부가 제조의 일부를 미국이나 일본이나 유럽으로 옮길지를 평가할 때 전력도 고려 사항이 된다. 지정학적 위험만이 해외에서의 공장 건설을 밀어붙이는 것이 아니라, 에너지의 공급, 전기 요금의 구조, 재생 에너지의 확보, 전력망의 강인성도 계산에 들어간다.
여기에 미묘한 점이 있다. 대만의 과거의 경쟁력에는 안정되고 비교적 감당할 수 있는 전력에서 온 부분이 있었다. 그러나 에너지 전환, 연료 가격, 타이뎬(台電)의 재무, 산업용 전기 요금, 탄소 감축의 압력이 동시에 올라갈 때, 이 토대를 더 이상 당연한 것으로 여길 수는 없다.
반도체 산업이 원하는 것은 "싸고 안정되고 저탄소이며 확장할 수 있는" 전기다. 문제는 이 네 조건을 동시에 채우기가 무척 어렵다는 것이다. 싼 전기는 기업의 비용을 낮출 수 있지만 타이뎬이나 전 국민이 더 많이 떠맡게 할 수 있다. 안정된 전기는 예비 용량이나 가스 발전 설비나 축전을 필요로 할 수 있다. 저탄소 전기는 재생 에너지나 원자력이나 다른 저탄소의 방안을 필요로 한다. 확장할 수 있다는 것은 토지, 전력망, 항만, 인수 기지, 지역의 수용과 관계된다.
그러니까 반도체의 전력 문제는 동시에 엔지니어링과 재무와 정치에 관계된다.
그린 전력이 점차 수주의 조건이 된다
반도체의 전력 사용에는 또 한 층의 압력이 있다. 고객의 탄소 감축의 약속이다.
Apple, NVIDIA, 대형 클라우드 기업, 세계의 브랜드는 모두 공급망의 탄소 배출의 압력에 마주하고 있다. 그들은 TSMC가 칩을 만들 수 있는지만 보는 것이 아니라, 칩의 생산 과정의 전력의 출처도 본다. 고객이 넷제로나 RE100을 약속할 때, 공급업체의 전력 사용은 더 이상 내부의 비용만이 아니라 고객의 제품의 탄소 발자국의 일부가 된다.
이 때문에 대만의 반도체는 이중의 요구에 마주한다. 한편으로 증산해야 하고, 다른 한편으로 더 많은 저탄소 전력을 확보해야 한다. 증산은 전력 사용을 늘리고, 탄소 감축은 전력 구조의 전환을 요구한다. 양쪽이 동시에 일어나면 난도는 기업의 절전만으로 해결할 수 있는 것이 아니게 된다.
Tom's Hardware가 DigiTimes의 보도를 전하며 지적한 바로는, 대만반도체산업협회는 일찍이 정부에 전력의 안정과 재생 에너지의 공급의 긴급성을 경고했다. 보도는 또 2024년 대만의 웨이퍼 공장의 전력 사용 가운데 재생 에너지의 비율이 여전히 RE100의 경로가 요구하는 수준보다 낮다는 것도 언급하고 있다.2 이런 보도는 단순히 정부에 대한 불평으로 읽혀서는 안 되고, 공급망의 맥락으로 되돌려져야 한다 — 고객이 저탄소의 칩을 원한다면, 대만에는 충분한 저탄소 전력이 있어야 하는 것이다.
이것 또한 "그린 전력"이 반도체에서 예쁜 구호가 아닌 이유다. 그것은 천천히 수주의 조건, 재무의 조건, 외교의 조건이 되어 가고 있다.
먀오리 앞바다의 해상 풍력 발전소. 반도체의 고객이 저탄소의 공급망을 요구하면, 웨이퍼 공장의 전력 사용은 풍력 발전소와 계통 연계와 축전과 지역과의 소통까지 이어지게 된다. 이미지: 중화민국 경제부, CC BY-SA 4.0 via Wikimedia Commons.
만약 대만이 저탄소이고 안정된 제조의 환경을 제공할 수 있다면, 대만의 대체 불가능성은 더 강해질 것이다. 만약 대만이 고밀도의 제조만 제공할 수 있고 고객의 탄소 배출의 요구를 따라가지 못한다면, 일부의 수주는 다른 지역으로 밀려나거나, 대만 기업에게 해외에 공장을 지어 현지의 저탄소 전력을 확보하라고 요구하게 될 수도 있다.
효율의 향상은 총량의 성장을 자동으로 상쇄하지 않는다
기업은 물론 절전한다. EUV 노광기, 클린룸의 공조, 공장 설비 시스템, 공정 장비, 데이터센터 어느 것에나 효율을 개선할 여지가 있다.
그러나 효율의 향상과 총량의 압력은 별개의 이야기다.
만약 장비 한 대 한 대가 더 절전이 되어도, 장비의 수, 웨이퍼의 생산 능력, 첨단 패키징의 생산 능력, AI 서버의 테스트와 데이터센터의 수요가 그보다 빨리 늘어난다면, 총전력 사용은 여전히 올라간다. 이것이 AI 공급망의 난제다 — 기술의 진보는 자주 한편으로 효율을 높이면서 다른 한편으로 더 큰 수요를 낳는다.
Roussilhe 등의 연구는 대만의 전자부품 제조사 16개사를 샘플로 하여, 2015년부터 2020년 사이에 샘플 기업의 온실가스 배출, 최종 에너지와 전력 사용, 물의 사용이 모두 생산량의 성장에 따라 늘어난 것을 지적하고, carbon lock-in의 위험을 제기하고 있다.3 이 지적은 중요하다 — 산업의 고도화가 반드시 자동적으로 환경 부담의 저하를 가져오는 것은 아니라는 것이다.
바꿔 말하면 대만은 "웨이퍼 한 장이 더 절전이 되었는가"만을 물을 수는 없다. 나아가 이렇게 물어야 한다 — "산업 전체의 규모가 확장된 뒤, 총전력 사용과 총탄소 배출과 총연료 수입과 전력망의 부담을 어떻게 다룰 것인가".
이 물음은 대만이 중요하다고 해서 사라지지 않는다. 바로 대만이 중요하기 때문에, 그것은 더욱 정면으로 다루어질 필요가 있다.
전기 요금 청구서는 누구의 청구서인가
반도체는 수출과 임금과 세수와 주식 시장과 국제적인 가시성을 가져온다. 이 이점들은 실재한다.
그러나 전기 요금 청구서도 실재한다.
청구서의 일부는 기업이 지불하며 전기 요금, 설비 투자, 재생 에너지의 조달, 에너지 관리에 반영된다. 다른 일부는 사회가 함께 떠맡으며 전력망의 건설, 전기 요금 정책, 연료의 수입, 대기 오염과 탄소 배출, 발전소의 입지, 송전선, 그리고 에너지 시설에 대한 지역의 수용에 반영된다.
여기에 단순한 답은 없다. 전기 요금이 너무 낮으면 산업의 비용을 전 국민이나 타이뎬의 재무에 전가하게 될 수 있다. 전기 요금이 너무 빨리 오르면 산업의 경쟁력과 시민 생활의 부담에 영향을 줄 수 있다. 재생 에너지의 확대가 너무 느리면 기업의 탄소 감축의 압력이 올라간다. 확대가 너무 빠르면 토지, 어업, 경관, 지방 정치의 논쟁에 부딪힐 수 있다.
"호국의 신산의 전기 요금 청구서"는 그래서 하나의 공적인 문제다 — 대만은 어떤 에너지의 조합으로 세계 공급망에서의 자기 위치를 떠받칠 것인가.
정부가 보고 있는 것은 에너지 안보와 산업의 경쟁력이다. 기업이 보고 있는 것은 비용, 납기, 고객의 요구, 해외에서의 공장 건설의 선택지다. 시민이 보고 있는 것은 전기 요금, 대기 오염, 정전, 지역의 건설, 삶의 질이다. 외국의 고객이 보고 있는 것은 이것이다 — 대만은 다음 10년에도 안정되게 공급을 계속할 수 있고, 게다가 저탄소 공급망의 요구에 맞출 수 있는가.
같은 한 도의 전기가 사람에 따라 다른 것이다. 공장에게 그것은 생산 능력이고, 가정에게 그것은 청구서이며, 정부에게 그것은 에너지 정책이고, 외국의 고객에게 그것은 공급망의 위험이다.
기업이 그린 전력을 사도, 사회는 여전히 시스템을 지어야 한다
대형 반도체 기업은 전력 구매 계약을 맺고 재생 에너지 인증서를 사고 절전 설비에 투자할 수 있으며, 공급업체에게 함께 탄소를 줄이라고 요구할 수도 있다. 이 방법들은 모두 필요하다. 국제적인 고객이 공급망의 탄소 배출을 위로 끝까지 쫓아 오기 때문이다.
그러나 기업이 그린 전력을 사는 것이 사회의 문제가 자동으로 해결되는 것과 같지는 않다.
첫째, 그린 전력은 정말로 발전될 수 있어야 한다. 해상 풍력, 태양광, 지열, 바이오매스, 혹은 다른 저탄소의 전원은 모두 토지, 해역, 계통 연계, 축전, 보수, 지역의 조정을 필요로 한다. 기업은 계약해 살 수 있지만, 발전 시설과 전력망은 여전히 사회 전체가 받아 내야 한다.
국도 시후 서비스 에어리어의 지붕의 태양광 패널. 기업이 그린 전력을 사기 전에, 사회는 먼저 발전과 토지와 계통 연계와 유지 관리의 시스템을 지어 두어야 한다. Photo: lienyuan lee. CC BY 3.0 via Wikimedia Commons.
둘째, 그린 전력에는 시간의 문제가 있다. 낮에는 태양광이 많지만 밤에도 웨이퍼 공장은 가동한다. 바람이 강할 때는 풍력이 많지만, 바람이 없을 때는 여전히 다른 전원이나 축전으로 메워야 한다. 반도체가 필요로 하는 것은 매 순간 안정된 전기이지, 연간 총량에서 충분한 그린 전력을 산 것만이 아니다.
셋째, 그린 전력에는 분배의 문제도 있다. 만약 가장 돈이 있고 가장 교섭력이 있는 기업이 우선해서 저탄소 전력을 확보한다면, 다른 산업과 중소기업과 가정은 어떻게 되는가. 만약 하이테크의 수출이 비용을 세계의 고객에게 전가할 수 있는데, 지역의 주민은 전력망과 변전소와 풍력 발전소와 태양광 부지와 전기 요금의 조정을 떠맡는다면, 사회의 신뢰는 취약해질 것이다.
그러니까 대만의 반도체의 그린 전력의 문제는 기업의 지속가능성 부서에만 기대어 해결할 수 없다. 거기에는 에너지 정책, 전력 시장, 지역의 거버넌스, 산업의 전환이 함께 따라올 필요가 있다. 기업의 조달 능력은 시장을 밀어붙일 수 있지만, 시장의 배후에는 여전히 공공의 인프라가 필요하다.
원자력 논쟁도 AI에 이끌려 돌아온다
대만의 전력의 논의는 원자력을 피하기 어렵다.
2025년, 대만의 마지막으로 가동 중이던 원자력 설비가 정지한 뒤, 원자력의 계속 운전 여부가 국민투표로 다시 공적인 논의로 끌려 나왔다. AP 통신의 보도에 따르면, 2025년의 제3원자력발전소의 계속 운전 국민투표는 찬성표가 반대표를 뚜렷이 웃돌았지만 통과의 요건에는 이르지 못했다. 원자력을 지지하는 쪽은 원자력이 전기 요금을 낮추고 AI 응용이 가져오는 전력 사용의 성장을 감당하는 데 도움이 된다고 주장하고 있다.4
원자력 논쟁은 여기서 입장 표명으로 단순화될 필요가 없다. 정말로 주목할 가치가 있는 것은 이것이다 — AI와 반도체가 에너지의 문제를 다시 국가의 능력의 문제로 만들었다는 것.
원자력을 지지하는 사람은 이렇게 말할 것이다. 대만은 안정된 저탄소 전력을 필요로 하며, 수입 가스와 성장 중인 재생 에너지에만 기댈 수는 없다고. 원자력에 반대하는 사람은 이렇게 말할 것이다. 핵폐기물, 지진의 위험, 폐로의 비용, 지역의 안전이 AI 붐에 눌려서는 안 된다고. 양쪽의 논쟁의 배후는 실은 모두 같은 하나의 물음에 답하고 있다 — 대만은 어떤 종류의 위험을 써서, 세계 공급망에서의 자기 위치와 맞바꿀 것인가.
이 물음은 TSMC나 타이뎬에게만 맡길 수 없다. 그것은 사회 전체의 선택이다.
공급망의 카드에는 인프라가 필요하다
반도체 공급망에서의 대만의 가치는 TSMC에서만 오는 것이 아니라, 한 벌의 엔지니어링 사회에서도 온다 — 과학단지, 공급업체, 엔지니어, 패키징·테스트, 화학품, 물류, 전력과 물, 그리고 정부의 조정이다.
전력은 이 엔지니어링 사회의 가장 밑바닥의 인프라다.
세계가 "대만은 대체 불가능하다"고 말할 때, 그것은 실은 대만의 전력망에도 의존하고 있는 것이다. 외국의 정부가 TSMC의 미국, 일본, 독일로의 공장 건설을 밀어붙일 때, 그들은 전력 요금 청구서의 일부를 자국의 영내로 옮기려 하고도 있는 것이다. 이것은 오히려 대만의 가치가 너무 높아서 각국이 모든 위험을 같은 하나의 섬에 걸고 싶어 하지 않음을 보이고 있다.
대만이 앞으로 정말로 마주해야 할 것은 더 어려운 제도의 문제다 — 만약 반도체가 대만의 국제적인 카드라면, 대만은 어떤 에너지의 제도로 그것을 유지할 마음이 있는가.
좋은 답은 "발전소를 더 짓는다"나 "그린 전력을 더 산다"만이 아니다. 거기에는 전력망의 강인성, 축전, 수요 반응, 산업용 전기 요금, 에너지 수입의 안전, 지역과의 소통, 재생 에너지의 계통 연계, 그리고 고소비전력 산업이 어떻게 사회에 자기 비용과 공헌을 설명할 것인지도 포함된다.
반도체는 대만을 세계에 필요받게 했다. 전력은 대만에게 이렇게 상기시킨다 — 필요받는 것은 공짜가 아니라고.
더 읽을거리
- AI 硬體供應鏈 — 대만이 어떻게 클라우드의 수요를 출하할 수 있는 기계로 바꾸고 있는가.
- 半導體用水與台灣水資源 — 웨이퍼 제조가 어떻게 댐, 가뭄, 재생수의 거버넌스로 들어가는가.
- AI 供應鏈海外設廠 — 해외에서의 공장 건설이 어떻게 공급망과 전력과 현지의 인프라를 묶고 있는가.
- 台灣企業：台積電 — 순수 파운드리의 모델이 어떻게 세계의 선단 칩의 병목이 되었는가.
이미지 출처
- 제3원자력발전소의 외관(핑둥현 헝춘 마안산, 히어로 이미지 / 본문 중): Maanshan Nuclear Power Plant, Nan Wan — Photo: M. Weitzel, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0. 본고는
public/article-images/nature/maanshan-nuclear-plant-nan-wan-2014.webp에 캐시한 판을 사용하고 있다. - 먀오리 앞바다의 해상 풍력 발전소: Hai Long offshore wind farm — Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0. 본고는
public/article-images/nature/hai-neng-offshore-wind-farm-2024.webp에 캐시한 판을 사용하고 있다. - 시후 서비스 에어리어의 지붕의 태양광 패널: Xihu Service Area solar panels — Photo: lienyuan lee, Wikimedia Commons, CC BY 3.0. 본고는
public/article-images/nature/xihu-service-area-solar-2014.webp에 캐시한 판을 사용하고 있다.
참고 자료
- Tom's Hardware: TSMC reduces peak power consumption of EUV tools by 44% — TSMC의 EUV 절전 계획, 총전력 사용의 규모, 툴의 절전의 비율을 보도하고 있어, 효율의 향상과 총량의 압력이 병존하는 것을 설명하는 데 쓸 수 있다.↩
- Tom's Hardware: TSMC-led semiconductor association warns of power supply pressure — 대만반도체산업협회가 전력의 안정과 재생 에너지의 공급에 대해 경고한 것을 보도하고, RE100, 웨이퍼 공장의 그린 전력의 수요, 해외 이전의 위험을 정리하고 있다.↩
- Roussilhe et al.: From Silicon Shield to Carbon Lock-in? — 대만의 전자부품 제조사 16개사의 2015-2020년의 환경 발자국을 연구해, 에너지와 물과 탄소 배출이 생산량의 성장에 따라 늘어나는 것과 carbon lock-in의 위험을 제기하고 있다.↩
- AP: Taiwan lawmakers survive recall vote; nuclear power referendum fails — AP 통신에 의한 2025년 대만의 제3원자력발전소 계속 운전 국민투표의 결과의 보도. 원자력 지지자가 전기 요금과 AI의 전력 수요를 어떻게 논술에 넣고 있는지도 설명하고 있다.↩