IBM, 연방 및 민간 자금 20억 달러를 투입해 미국 최초의 양자 칩 파운드리 'Anderon' 분사 — 300mm 양자 웨이퍼 팹 및 제조

IBM은 미국 상무부(U.S. Department of Commerce)의 CHIPS Act R&D 지원금 10억 달러 제안과 IBM 자체의 매칭 펀드 10억 달러를 바탕으로, 독립 법인이자 미국의 첫 번째 순수 양자 칩 파운드리(pure-play quantum chip foundry)인 Anderon을 설립한다고 발표했습니다.

뉴욕주 올버니(Albany)에 본사를 둔 Anderon은 300mm 양자 웨이퍼 팹(fab)을 운영하며 경쟁 관계에 있는 양자 하드웨어 벤더들에게 제조 서비스를 제공할 예정입니다. 이번 거래는 9개 기업에 걸쳐 분배된 총 20억 1,300만 달러 규모의 광범위한 연방 양자 포트폴리오의 핵심이며, 이는 미국 역사상 단일 양자 R&D 투자로는 최대 규모입니다.

IBM은 Anderon을 출범시킴으로써 양자 컴퓨팅 산업의 TSMC와 같은 모델, 즉 IBM의 자체 프로세서뿐만 아니라 다른 기업들을 위해서도 초전도 큐비트(superconducting qubit) 웨이퍼를 제작해 주는 중립적인 제3자 제조업체를 구축하고자 합니다. 현재 전 세계적으로 이러한 파운드리는 존재하지 않으며, 현재 가동 중인 모든 양자 컴퓨터는 하드웨어를 직접 설계, 제조 및 운영하는 수직 계열화(vertically integrated)된 기업에 의해 구축되었습니다.

9개 기업 패키지

IBM의 10억 달러 지원금은 상무부(DoC) 양자 패키지 전체의 약 절반을 차지합니다. GlobalFoundries는 초전도(superconducting), 이온 트랩(trapped-ion), 광자(photonic) 및 실리콘 스핀(silicon-spin) 설계를 포함한 다양한 큐비트 아키텍처를 다루는 "양자 기술 솔루션(Quantum Technology Solutions)" 파운드리를 출범하기 위해 별도로 3억 7,500만 달러를 할당받았습니다. 나머지 7개 수혜 기업은 각각 더 적은 금액을 지원받았습니다. D-Wave, Rigetti, Atom Computing, Infleqtion, PsiQuantum, 그리고 Quantinuum은 각각 1억 달러를 지원받았으며, 호주의 실리콘 스핀 스타트업인 Diraq은 최대 3,800만 달러를 받게 됩니다.

파운드리가 아닌 나머지 7개 기업은 자금 지원의 대가로 연방 정부에 소수 지분(minority, non-controlling equity stake)을 제공해야 합니다. Rigetti는 양해각서(MoU)를 통해 정부가 보통주를 15% 할인된 가격으로 받게 될 것이라고 공개했으며, GlobalFoundries는 별도로 연방 정부의 지분 1%를 공개했습니다.

IBM의 발표에는 Anderon에 대한 그에 상응하는 지분 공개 내용이 포함되어 있지 않은데, 이는 Trump 행정부가 작년에 Intel의 CHIPS Act 제조 지원금 일부를 약 10%의 정부 지분으로 전환했다는 점을 고려할 때 다소 눈에 띄는 누락입니다.

300mm 웨이퍼 제조 (300mm wafer fabrication)

IBM은 지난 11월, 자사의 현재 및 향후 모든 양자 프로세서가 비영리 단체인 NY CREATES가 운영하는 최대 규모의 민관 반도체 R&D 시설인 Albany NanoTech Complex에서 300mm 실리콘 웨이퍼 (silicon wafers)를 기반으로 제작된다고 밝힌 바 있습니다. IBM의 연구 디렉터(Director of Research)인 Jay Gambetta는 200mm에서 300mm로의 전환이 소자의 복잡성을 10배 늘리고 라인당 소자 수를 3배로 늘림으로써, 소자 생산량을 약 30배 더 빠르게 만든다고 기술했습니다.

IBM의 현재 생산 프로세서인 Heron r2는 156개의 고정 주파수 큐비트 (fixed-frequency qubits)를 보유하고 있으며, 지난 1월 IBM의 양자 클라우드(quantum cloud)를 통해 얼리 액세스(early access)로 공개된 Nighthawk 프로세서는 218개의 조절 가능한 커플러 (tunable couplers)와 약 350마이크로초(microseconds)라는 기록적인 중앙값 T1 결맞음 시간 (T1 coherence time)을 가진 정사각형 격자 구조에 120개의 큐비트를 탑재하고 있습니다. IBM의 결함 허용 (fault-tolerance) 로드맵은 2029년 1억 개의 게이트 (gates)를 실행하는 약 200개의 논리 큐비트 (logical qubits)를 갖춘 Starling 프로세서를 목표로 하며, 이어 2033년에는 2,000개의 논리 큐비트와 10억 개의 게이트를 갖춘 Blue Jay를 목표로 하고 있습니다.

이 모든 칩은 300mm 제조 공정이 필요하며, 확립된 공정 설계 키트 (process design kits, PDK), 인라인 웨이퍼 테스트 (in-line wafer testing), 그리고 기본 생산 경로를 갖춘 전용 파운드리 (foundry)가 있다면 다른 초전도 양자 (superconducting quantum) 기업들이 자체 클린룸을 구축하는 데 필요한 수년의 시간과 자본을 건너뛸 수 있습니다. Anderon의 초기 공정은 초전도 배선 (superconducting wiring), 관통 실리콘 비아 (through-silicon vias, TSV), 범프 상호 연결 (bump interconnects)을 지원할 예정이며, 시간이 지남에 따라 다른 큐비트 양식 (qubit modalities)으로 확장할 계획입니다.

여기에는 TSMC와의 명백한 비교 대상이 존재하며, IBM은 이를 적극적으로 수용하고 있습니다. 하지만 근본적인 차이점도 있습니다. TSMC가 성공할 수 있었던 이유 중 하나는 창립자인 Morris Chang가 제조를 외주 주는 기업들과 경쟁하지 않겠다고 명시적으로 약속했기 때문입니다. IBM은 분명히 그러한 약속을 신뢰성 있게 할 수 없습니다. IBM은 90대 이상의 운영 중인 양자 컴퓨터를 보유하고 있으며, 325개 이상의 Fortune 500 기업, 대학 및 정부 기관을 아우르는 생태계를 구축하고 있다고 주장하기 때문입니다.

Anderon을 고려하는 양자 하드웨어 스타트업들은 300mm 생산 접근 권한과 최대 경쟁사와 공정 지식(process knowledge)을 공유해야 하는 위험 사이에서 무게를 재야 할 것입니다. Santa Barbara 시설에서 자체 초전도 칩(superconducting chips)을 제작하고 최근 105-큐비트 Willow 프로세서로 양자 우위(quantum advantage)를 입증한 Google은 제조를 IBM에 외주 줄 가능성이 낮습니다. IonQ와 Quantinuum은 초전도 실리콘(superconducting silicon)과는 공정상 공통점이 거의 없는 이온 트랩(trapped-ion) 아키텍처를 사용하며, Microsoft의 위상 큐비트(topological qubit) 프로그램은 완전히 다른 제조 경로를 따르고 있습니다.

Anderon의 단기적 유효 시장(addressable market)은 Rigetti, IQM, SEEQC 및 소수의 소규모 기업들과 IBM 자신을 포함한 다른 초전도 기업들로 제한됩니다. 이들 중 실제로 최대 라이벌이 소유한 시설에 제조를 외주 줄지는 지켜봐야 할 문제입니다.

Albany를 선택한 것에 대해서는 다소 아이러니한 측면이 있는데, 이는 IBM이 2014년 GlobalFoundries에 East Fishkill 300mm 팹(fab)과 Essex Junction 200mm 팹을 인수하도록 15억 달러를 지불하며 해당 지역의 칩 제조 기반을 사실상 매각했기 때문입니다. 당시 해당 운영 부문은 합산하여 연간 약 7억 달러의 손실을 보고 있었습니다. GlobalFoundries는 이후 2023년에 완료된 거래를 통해 East Fishkill을 ON Semiconductor에 매각했으며, IBM과 GlobalFoundries는 2025년 1월에 원래 조건에 대한 수년간의 소송을 종결했습니다.

SUNY Polytechnic 캠퍼스에 위치한 Albany NanoTech Complex는 누적 기술 투자액으로 250억 달러 이상을 유치했으며, GlobalFoundries, Samsung, Applied Materials, ASML, Tokyo Electron, Lam Research 등의 입주사를 보유하고 있습니다. 2023년, 뉴욕주는 100억 달러 규모의 광범위한 민관 협력(public-private partnership)의 일환으로 해당 단지 내 High-NA EUV 가속기(High-NA EUV Accelerator) 구축을 위해 10억 달러를 투입하기로 약속했습니다.

격화되는 글로벌 지출 경쟁

20억 달러 규모의 미국 양자 패키지는 급격히 격화되는 글로벌 지출 경쟁 속에서 등장했습니다. 지난 3월 출범한 중국의 국가 벤처 가이드 펀드(National Venture Guidance Fund)는 양자를 포함한 "하드 테크놀로지 (hard technology)" 분야에 약 1조 위안(약 1,380억 달러)을 승인했으며, 중국의 직접적인 양자 투자액은 이미 150억 달러 이상 투입된 것으로 추정됩니다. 한편, 일본은 2025년 "Quantum Sun" 산업화 의제에 따라 반도체와 양자 분야를 합쳐 약 74억 달러를 투입하기로 약속했습니다.

EU Quantum Flagship은 이와 비교하면 다소 미미한 수준인 10억 유로 규모의 10년 프로그램입니다. 이전의 국가 양자 이니셔티브(National Quantum Initiative) 지출과 별도의 DARPA 및 에너지부(Department of Energy) 프로그램들을 합산하면, CHIPS 양자 패키지는 미국의 누적 공공 양자 자금을 유럽 및 일본과 대등한 수준으로 끌어올리지만, 중국과의 격차를 줄이는 데는 거의 도움이 되지 않습니다.

IBM이 보도 자료에서 인용한 BCG의 널리 알려진 추정치—양자 컴퓨팅이 2040년까지 최대 8,500억 달러의 경제적 가치를 창출할 수 있다는 내용—는 4,500억 달러에서 8,500억 달러 범위 중 낙관적인 수치이며, 이는 공급업체(vendor)의 매출이 아닌 최종 사용자(end-user)의 경제적 가치를 설명합니다. McKinsey의 2025 Quantum Technology Monitor는 2035년까지 양자 컴퓨팅 매출 시장이 280억 달러에서 720억 달러 사이의 더 작은 규모가 될 것으로 전망하는 반면, Nvidia의 CEO Jensen Huang은 실용적인 양자 컴퓨팅이 실현되기까지 최소 20년은 남았다고 공개적으로 주장해 왔습니다.

또한 Anderon 계약이 아직 최종 확정되지 않았다는 점도 주목할 만합니다. CHIPS Act (반도체법) 지원금 내역을 살펴보면, 실사 (due diligence) 과정에서 제안된 금액이 줄어들 수 있음을 알 수 있습니다. 예를 들어, Samsung의 제조 인센티브는 2024년 4월에 제안된 64억 달러에서 2024년 12월 최종 확정된 47억 5,000만 달러로 감소했습니다. IBM과 DoC (미국 상무부) 사이의 최종 문서도 아직 체결되지 않았습니다.

Luke James는 프리랜서 작가이자 저널리스트입니다. 법률 분야의 배경을 가지고 있지만, 기술 전반, 특히 하드웨어와 마이크로일렉트로닉스 (microelectronics), 그리고 규제 관련 분야에 개인적인 관심을 가지고 있습니다.