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루크의 텐베거 투자 블로그
글로벌 반도체 시장과 기술 밸류체인 심층 분석 보고서 본문

I. 개요 및 요약
글로벌 반도체 산업은 과거 '산업의 쌀'이라는 명성을 넘어, 이제는 지정학적 패권 경쟁의 핵심 무대로 부상하고 있다. 본 보고서는 급변하는 반도체 시장의 현황, 복잡한 기술 밸류체인, 그리고 주요국의 전략적 대응을 심층적으로 분석한다. 본 보고서는 기업 임원, 기관 투자자, 정책 결정자들이 정보에 입각한 전략적 결정을 내릴 수 있도록 산업의 미묘한 역학 관계에 대한 깊이 있는 이해를 제공하는 것을 목표로 한다.
현재 글로벌 반도체 시장은 인공지능(AI) 기술의 폭발적인 성장을 동력으로 새로운 변곡점을 맞이하고 있다. 시장은 견고한 성장세를 보일 것으로 예측되지만, 그 구조는 과거의 동질적이고 자본집약적인 모델에서 벗어나 전문화된 역량과 치열한 경쟁이 공존하는 복합적이고 분산된 생태계로 재편되고 있다.
보고서는 다음과 같은 핵심 주제들을 강조한다. 첫째, AI 붐은 HBM(고대역폭 메모리) 및 첨단 패키징과 같은 특정 기술과 엔비디아, TSMC, SK하이닉스와 같은 기업의 위상을 격상시키며 시장의 무게중심을 이동시키고 있다. 둘째, 미-중 기술 경쟁을 필두로 한 지정학적 긴장은 각국이 CHIPS Act와 같은 전략적 정책을 통해 공급망의 현지화 및 다변화를 가속하도록 압박하고 있다. 셋째, 무어의 법칙(Moore's Law)이 기술적 한계에 부딪히면서, 혁신의 초점은 극자외선(EUV) 리소그래피와 같은 전공정 미세화에서 후공정의 첨단 패키징 기술로 옮겨가고 있다. 넷째, 전통적인 메모리 강국인 한국은 이러한 변화에 대응하여 HBM과 패키징 분야의 강점을 활용해 비메모리 분야의 취약성을 보완하고 미래 산업에서의 주도권을 확보하기 위한 전략적 전환을 모색하고 있다.
II. 글로벌 반도체 시장: 현황 및 전망
본 섹션은 글로벌 반도체 시장의 전반적인 규모, 성장률 전망, 그리고 시장 확장을 이끄는 주요 동인들을 분석하여 현재 산업의 토대를 이해하는 데 필요한 기초를 제공한다.
시장 규모 및 성장 전망: 데이터의 종합적 해석
글로벌 반도체 시장 규모에 대한 여러 예측 자료들을 종합적으로 분석하면, 시장의 규모와 향후 성장 추세에 대한 일관된 그림을 얻을 수 있다. 2025년 세계반도체무역통계기구(WSTS)는 글로벌 반도체 시장 규모를 약 7,008억 7,400만 달러(약 952조 원)로 예측하며, 이는 전년 대비 11.2% 증가한 수치이다.1 모도르 인텔리전스(Mordor Intelligence) 또한 2025년 시장 규모를 7,024억 4,000만 달러(약 953조 원)로 전망하며, 2025년부터 2030년까지 연평균 6.25%의 성장률을 예측하고 있다.3 또한, 2028년까지의 매출 기준 연평균성장률(CAGR)은 9.4%로 예상된다.5
일부 보고서에서 시스템 반도체 시장 규모가 2025년 3,389억 달러(약 374조 원)로 성장할 것이라는 전망 6이 전체 시장 규모 예측치와 크게 다른 것처럼 보일 수 있다. 그러나 이 두 수치는 서로 다른 시장 부문을 나타낸다. 전자는 메모리 반도체와 시스템 반도체를 모두 포함하는 '전체' 시장 규모를, 후자는 '시스템' 반도체 시장만을 지칭한다. 이와 같은 구분을 통해 전체 시장에서 시스템 반도체가 차지하는 비중을 명확히 이해할 수 있으며, 이는 특정 국가의 산업 경쟁력과 특성을 분석하는 데 중요한 기준이 된다. 한국은 메모리 반도체 분야에서 압도적인 점유율을 기록하며 세계 2위의 반도체 시장 위상을 유지하고 있는 반면 7, 시스템 반도체 시장에서는 약 3.2%의 낮은 점유율을 보이는 등 6 시장 부문별로 뚜렷한 강점과 약점을 보유하고 있다.
아래의 표는 이러한 시장 규모 예측을 시각적으로 제시한다.
표 1. 글로벌 반도체 시장 규모 예측 (2024-2030)
| 기관 | 시장 부문 | 2025년 예측치 (억 달러) | 2025-2030년 CAGR (%) | 비고 |
| WSTS | 전체 시장 | 7,008.74 | - | 2024년 대비 11.2% 증가 1 |
| Mordor Intelligence | 전체 시장 | 7,024.4 | 6.25 | 아시아태평양 시장 주도 3 |
| SEMI | 전체 시장 | 7,050 | 9.4 (2028년까지) | 5 |
| 한국수출입은행 | 시스템 반도체 | 3,389 | 7.6 | 6 |
지역별 역학과 국가별 핵심 역량
반도체 산업의 글로벌 밸류체인은 각국의 고유한 강점과 전문성을 바탕으로 상호 보완적인 구조를 형성하고 있다. 이러한 역학 관계를 이해하는 것은 산업의 미래를 전망하는 데 필수적이다.
- 아시아-태평양 지역의 지배력: 아시아-태평양 지역은 글로벌 반도체 시장 성장을 주도하고 있다. 2024년 전체 수익의 81.3%를 창출하며 압도적인 점유율을 기록했으며 3, 2025년부터 2030년까지 연평균 6.9%의 성장률로 선두를 유지할 것으로 예상된다.3 이는 대량의 반도체 제조 시설이 이 지역에 집중되어 있기 때문이다.8
- 미국: 미국은 반도체 밸류체인의 최상단인 연구개발(R&D), 설계(팹리스), 지적재산권(IP) 부문에서 독보적인 영향력을 행사한다. 특히 시스템 반도체 시장에서 60%의 점유율을 차지하며, 상위 15대 기업 중 9개가 미국 기업이다.6 EDA 소프트웨어, IP, 아날로그 반도체 등 핵심 설계 자산 분야에서 압도적인 1위를 차지하고 있으며 9, 매출 대비 R&D 재투자 비율 또한 18.6%로 다른 국가들을 앞서며 기술 격차를 유지하고 있다.10
- 한국: 한국은 세계 최고의 기술력과 시장 지배력을 바탕으로 메모리 반도체 분야에서 확고한 강국이다. 2022년 기준 D램 시장 점유율 70.5%, 낸드플래시 시장 점유율 52.6%를 기록하며 글로벌 시장을 선도하고 있다.7 그러나 시스템 반도체 분야에서는 경쟁력이 상대적으로 취약하다는 평가를 받고 있으며 6, 대기업을 제외한 국내 팹리스의 점유율은 1% 미만으로 떨어진다.6
- 대만: 대만은 파운드리(반도체 위탁생산) 분야의 절대 강자다. TSMC를 중심으로 파운드리 시장 점유율 60% 이상을 차지하며 압도적인 지위에 있다.11 또한 후공정 패키징 및 테스트(OSAT) 시장에서도 46.2%의 점유율로 1위를 기록하며 12, 시스템 반도체 분야에서 높은 경쟁력을 보유하고 있다.13
- 일본 및 유럽: 일본은 반도체 소재, 부품, 장비(소부장) 분야에서 여전히 강력한 역량을 보유하고 있으며 8, 특히 소재 분야에서 강점을 보인다.15 유럽은 반도체 제조 장비, 특히 노광 장비 분야의 선도 기업인 ASML을 보유하고 있으며, 아날로그 IC 및 개별 소자 부문에서도 강점을 보인다.6
아래 표는 반도체 밸류체인 내 주요국의 핵심 역량을 요약하여 보여준다.
표 2. 글로벌 반도체 밸류체인: 국가별 핵심 역량
| 국가 | 강점 분야 | 상세 내용 |
| 미국 | R&D, 설계(팹리스), IP, 장비 | 글로벌 시스템 반도체 시장의 60% 점유. 엔비디아, 퀄컴, 인텔 등 상위 팹리스/IDM 보유. |
| 한국 | 메모리 반도체, 파운드리, 일부 후공정 | D램 70.5%, 낸드 52.6% 점유. 파운드리 시장 점유율 2위.8 HBM 등 첨단 패키징 기술력 우수.16 |
| 대만 | 파운드리, 후공정(OSAT) | TSMC를 중심으로 파운드리 시장 60% 이상 점유. 후공정 시장 점유율 46.2%로 1위.11 |
| 일본 | 소재, 일부 장비 | 반도체 소재 및 일부 장비 분야에서 높은 경쟁력 유지. |
| 유럽 | 장비, 아날로그 IC | ASML 등 노광 장비 기술력 우위. 아날로그 IC, 개별 소자 분야 강세.6 |
III. 반도체 기술 밸류체인: 분산된 생태계
본 섹션은 반도체 밸류체인을 구성하는 각 단계(설계, 제조, 후공정)를 상세히 분석하고, 각 분야를 혁신하고 있는 핵심 기술 동향을 탐구한다.
A. 업스트림: R&D 및 설계 (팹리스)
팹리스는 대규모 자본 투자가 필요한 생산 공장(fab) 없이 우수한 아이디어와 칩 설계 기술에만 집중하는 사업 모델이다.17 이 모델은 막대한 시설 투자 부담 없이 신속한 혁신을 가능하게 한다. 전 세계 팹리스 시장은 미국 기업이 60%의 점유율을 차지하며 주도하고 있으며 6, 상위 15대 팹리스 기업 중 인텔, 퀄컴, 브로드컴, 텍사스인스트루먼트 등 5위까지 모두 미국 기업이 이름을 올리고 있다.6
최근 시장의 중심은 모바일 기기에서 AI로 이동하며 팹리스 시장의 경쟁 구도에 근본적인 변화를 가져왔다. 과거 모바일 칩 시장의 강자였던 퀄컴의 지배력은 스마트폰 수요 감소로 인해 약화되고 있다.19 반면 AI 칩 시장에서 압도적인 위치를 선점한 엔비디아는 폭발적인 성장을 거듭하며 (전년 대비 102% 성장) 퀄컴을 제치고 세계 최대 팹리스 기업으로 올라섰다.19 이러한 순위 변동은 단순한 기업 순위의 변화가 아니다. 이는 지난 10년 이상 시장의 성장을 이끌었던 모바일 컴퓨팅 시대가 저물고, AI와 고성능 컴퓨팅(HPC)이 새로운 성장 동력으로 자리 잡았음을 시사한다. 산업의 무게중심이 이동함에 따라, 시장의 주요 플레이어와 기술의 초점도 이에 맞춰 변화하고 있다.
B. 미드스트림: 제조 및 장비 (파운드리 및 IDM)
파운드리 시장은 TSMC와 삼성전자의 양강 구도로 재편되고 있으며 6, 기술 경쟁은 더욱 치열해지고 있다.22 시장조사기관들의 보고에 따르면 TSMC는 60~70%의 압도적인 점유율로 시장을 지배하고 있으며, 삼성전자는 그 뒤를 이어 한 자릿수에서 10% 초반대의 점유율을 기록하며 추격하고 있다.23
표 3. 글로벌 파운드리 시장 점유율 비교 (2024년 분기별 매출액 기준)
| 기업 | 2024년 1분기 | 2024년 4분기 |
| TSMC | 62% 23 | 67% 23 |
| 삼성전자 | 13% 23 | 11% 23 |
| UMC | 6% 23 | 5% 23 |
| SMIC | 6% 23 | 5% 23 |
반도체 초미세 공정 경쟁의 핵심은 최첨단 기술에 대한 전략적 선택이다. 최근 TSMC는 차세대 1.6nm 공정에 네덜란드 ASML의 신형 하이-NA(High-NA) EUV 노광 장비를 당장 도입하지 않고, 후면 전력 공급(Back-Side Power Delivery) 기술을 선제적으로 도입할 계획이라고 밝혔다.22 반면 삼성전자와 인텔은 하이-NA EUV 장비를 유사한 공정에 먼저 도입하려는 움직임을 보이고 있다.22 이는 단순한 기술적 선택을 넘어선 고위험의 전략적 도박이다. TSMC는 기존 EUV 기술의 성숙도를 확신하고 차세대 기술을 통해 파운드리 기술 리더십을 강화하려 하는 반면, 경쟁사들은 최첨단 장비 도입을 서둘러 시장 선두를 추월하겠다는 전략을 펼치고 있다. 이 경쟁의 결과는 미래의 첨단 파운드리 시장의 판도를 재편할 중요한 변수가 될 것이다.
반도체 제조 장비와 소재는 공급망의 안정성을 좌우하는 핵심 요소다. 특히 네덜란드 ASML은 EUV 노광 장비를 독점적으로 공급하는 기업으로, 전 세계 반도체 시장에서 막강한 영향력을 행사하며 '슈퍼 을(乙)'로 불린다.26 EUV 노광 장비는 13.5nm의 극자외선 파장을 이용해 회로를 그리는 기술로, 레이저를 이용해 주석 방울을 플라즈마 상태로 만들어 빛을 생성하고 28, 짧은 파장으로 인해 렌즈 대신 거울을 사용한다.29 이처럼 복잡하고 독점적인 기술은 반도체 산업 생태계 전반의 취약성을 드러낸다. 엔비디아, TSMC와 같은 각 부문별 최강자들도 장비 및 소재 공급사의 특정 기술에 대한 의존도가 매우 높다. 밸류체인 내의 한 지점에서 발생하는 문제가 전체 산업에 연쇄적인 영향을 미칠 수 있다는 점은 이 산업이 가진 구조적 취약성을 보여준다.
C. 다운스트림: 첨단 패키징 및 조립 (OSAT)
무어의 법칙이 한계에 다다르면서 혁신의 중심은 전공정의 미세화에서 후공정의 첨단 패키징으로 이동하고 있다.30 이제 반도체 성능 향상은 회로를 더 작게 만드는 것뿐만 아니라, 여러 개의 개별 칩을 지능적으로 연결하여 하나의 칩처럼 작동하게 하는 기술에 달려 있다. 이러한 첨단 패키징은 반도체 시장의 판도를 바꿀 '게임 체인저'로 부상했다.16
이 분야의 핵심 기술들은 다음과 같다.
- HBM (High Bandwidth Memory): HBM은 여러 개의 D램 다이(die)를 수직으로 쌓고, 실리콘 관통 전극(TSV: Through-Silicon Via)이라는 기술로 연결한 3D 스택 메모리 아키텍처이다.16 이는 기존 메모리보다 훨씬 넓은 대역폭을 제공하여 '메모리 병목현상'을 해결한다.31 AI가 대량의 데이터를 실시간으로 연산하고 저장해야 하는 만큼 HBM은 AI 반도체 성능을 좌우하는 필수 부품으로 자리 잡았다.16 현재 HBM 시장은 SK하이닉스가 선점하며 D램 시장 1위 자리를 지키고 있으며, 삼성전자와 마이크론 또한 기술 개발에 박차를 가하며 경쟁이 심화되고 있다.32
- 칩렛(Chiplet) 및 UCIe: 칩렛은 하나의 거대한 칩에 모든 기능을 통합하는 '모놀리식(Monolithic)' 방식에서 벗어나, CPU, GPU, 메모리 등 여러 기능들을 각각의 모듈(칩렛)로 분리 생산한 후 하나의 패키지로 결합하는 기술이다.34 이종 집적(Heterogeneous Integration)의 핵심인 이 기술은 생산 수율을 높이고 비용을 절감하며, 설계 유연성을 극대화한다.35 UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express)는 이러한 칩렛 간 고속 연결을 위한 개방형 인터페이스 표준으로, 인텔, TSMC, 삼성, AMD 등 주요 기업들이 참여하는 컨소시엄을 통해 생태계가 구축되고 있다.36
- 이종 집적 기술 (Heterogeneous Integration): 이는 서로 다른 공정에서 제작된 다양한 기능의 칩들을 단일 패키지에 통합하는 포괄적인 기술이다.38 2.5D 및 3D 스태킹 기술 40을 활용하는 이종 집적 기술은 맞춤형 칩 설계와 생산의 새로운 시대를 열고 있다.
이러한 기술적 변화는 메모리 산업의 성격을 근본적으로 바꾸고 있다. HBM은 과거 대규모 설비 투자를 통해 범용 제품을 대량 생산하던 전통적인 메모리 비즈니스를, 고객사의 요구에 맞춰 주문 제작하는 '커스텀(Custom)' 비즈니스로 전환시키고 있다.16 이는 수십 년간 메모리 분야에서만 강점을 가졌던 한국에게 중요한 전략적 기회를 제공한다. HBM 기술은 한국이 메모리 전문성을 활용하여 고부가가치의 시스템 반도체 시장으로 진출하는 교두보 역할을 할 수 있기 때문이다.
표 4. 첨단 패키징 핵심 기술 및 주요 기업
| 기술 | 설명 | 주요 기술 기업 (예시) |
| HBM | D램 다이를 수직으로 쌓아 대역폭을 획기적으로 증가시키는 기술. | SK하이닉스, 삼성전자, 마이크론 32 |
| 칩렛 | 여러 기능의 칩을 모듈화하여 패키징하는 기술. | AMD, 인텔, 엔비디아 34 |
| 2.5D/3D 패키징 | 인터포저 또는 TSV를 사용하여 칩을 수평/수직으로 적층하는 기술. | TSMC, 삼성전자, 인텔 40 |
| UCIe | 칩렛 간 상호 운용성을 위한 개방형 인터페이스 표준. | 인텔, AMD, ARM, TSMC, 삼성 등 120개 이상 기업 참여 36 |
| OSAT | 반도체 패키징 및 테스트를 전문으로 하는 기업. | ASE, 앰코(Amkor), JCET 등 12 |
IV. 지정학적 및 국가별 전략 동향
반도체 산업은 더 이상 시장 논리만으로 움직이지 않는다. 미국과 중국의 기술 패권 경쟁은 글로벌 공급망을 재편하고 있으며, 각국은 국가 안보 및 경제적 이익을 위해 자국 중심의 반도체 생태계 구축에 나서고 있다.
미-중 기술 경쟁: 통제와 내재화의 대립
미국과 중국의 반도체를 둘러싼 갈등은 글로벌 경제 질서를 재편하는 핵심 요인이다.43 미국은 중국의 기술 발전을 억제하기 위해 특정 기술에 대한 수출 통제를 강화하고 있으며, 주요 중국 기업들을 '거래 제한 명단'에 추가하는 등 제재를 이어가고 있다.44 이러한 통제는 주로 반도체 설계 및 제조 장비의 대중국 수출을 제한하는 방식으로 이루어지며, 중국의 기술 자립을 저지하려는 의도가 깔려 있다.43
반면, 중국은 미국의 제재에 맞서 자국 기술력 향상을 위한 공격적인 투자와 정부 차원의 지원을 아끼지 않고 있다.43 이러한 중국의 대응은 미국의 통제가 단기적으로는 기술 발전에 걸림돌이 될 수 있지만, 장기적으로는 오히려 중국의 자체적인 연구개발 및 공급망 내재화 노력을 가속화하는 역설적인 결과를 초래할 수 있다는 분석도 제기된다.43 즉, 통제가 궁극적으로 중국의 완전한 기술 독립을 앞당길 수 있는 의도치 않은 결과를 낳을 수 있다는 것이다.
주요국의 반도체 정책: 비교 분석
전 세계 주요국들은 반도체 공급망의 안정성을 확보하고 미래 기술 경쟁에서 우위를 점하기 위해 대규모의 국가 전략을 추진하고 있다.
- 미국 (CHIPS Act): 2022년 제정된 '반도체 칩과 과학법(CHIPS and Science Act)'은 미국 내 반도체 제조 및 R&D에 총 527억 달러를 직접 지원하는 것을 골자로 한다.45 이 법안은 또한 반도체 시설 건설에 25%의 세액 공제를 제공한다.46 가장 주목할 만한 점은 '가드레일(안전장치)' 조항으로, 보조금을 받은 기업은 향후 10년간 중국 등 '우려 국가'에서 첨단 반도체 생산 능력을 5% 이상 확장할 수 없다.46
- 대만: 대만은 기존의 파운드리 및 후공정 강점을 더욱 공고히 하는 데 집중하고 있다. 미-중 무역 갈등과 공급망 불안정성에 대비하여 취약한 소재, 장비, 인재 부문의 자급력을 강화하는 데 중점을 두고 있다.14 정부 주도의 연구개발 기관(ITRI)과 민간 기업 간의 긴밀한 협력 생태계를 기반으로 TSMC와 같은 기업이 성장했으며 49, '고객과 경쟁하지 않는' TSMC의 철저한 서비스 정신은 파운드리 시장에서의 지배력을 유지하는 핵심 요소로 작용하고 있다.49
- 유럽 (European Chips Act): 유럽의 목표는 2030년까지 글로벌 시장 점유율을 현재의 두 배인 20%까지 끌어올리는 것이다.50 이 법안은 반도체 제조 역량 강화, 설계 생태계 활성화, 그리고 '통합 생산 설비(IPF)' 및 '개방형 EU 파운드리(OEF)'와 같은 새로운 투자 유치 프레임워크를 구축하는 데 중점을 둔다.50 또한 반도체 공급망 중단 발생 시 경보 시스템을 구축하는 등 위기 대응 메커니즘을 마련하고 있다.51
- 한국 (K-반도체 전략): 한국 정부는 2030년까지 510조 원 이상의 민간 투자를 유도하여 반도체 초격차를 유지하겠다는 비전을 제시했다.52 이 전략은 'K-반도체 벨트' 조성, R&D 및 시설 투자 세액 공제 확대, 금융 지원 프로그램 마련, 그리고 용인·평택 등 반도체 단지의
10년치 용수 물량 확보 및 전력 인프라 최대 50% 공동 분담과 같은 파격적인 인프라 지원을 포함한다.52 이러한 인프라 지원 계획은 오늘날 반도체 경쟁이 단순히 R&D나 공장 건설에 국한되지 않고, 팹 운영에 필수적인 물과 전력 같은 기본적인 자원을 확보하는 '인프라 군비 경쟁'으로 확대되었음을 보여준다.
V. 결론 및 전략적 제언
글로벌 반도체 산업은 AI 혁신, 기술적 한계, 그리고 지정학적 재편이라는 거대한 파도 속에서 새로운 패러다임으로 진입하고 있다. 이 변화의 핵심은 '모놀리식에서 모듈화로', '범용에서 커스텀으로', 그리고 '글로벌 효율성에서 국가별 자립으로'의 전환이다.
미래 반도체 산업은 지리적으로는 더욱 분산되겠지만, 각국이 특화된 역량을 바탕으로 상호 협력과 경쟁을 병행하는 복합적인 생태계를 형성할 것으로 예상된다. 이 과정에서 다음과 같은 도전 과제들이 상존한다. 첫째, 첨단 공정의 천문학적인 시설 및 운영 비용.3 둘째, 반도체 산업 전반에 걸친 숙련된 엔지니어 인력 부족.3 셋째, 소수의 장비 및 소재 기업에 대한 높은 의존성으로 인한 공급망 취약성.54
이러한 복잡한 환경을 성공적으로 헤쳐나가기 위해 다음의 전략적 제언을 제시한다.
- 기업: 기술적 리더십을 유지하는 동시에 공급망 위험을 선제적으로 관리해야 한다. 이를 위해 핵심 장비 및 소재 공급사를 다변화하고, HBM, 칩렛, 이종 집적과 같은 첨단 패키징 기술을 내재화하여 새로운 가치를 창출하는 데 집중해야 한다. 또한, 국가별 지원 정책을 적극 활용하여 투자 및 인재 확보의 효율성을 높여야 한다.
- 정부: 단기적인 재정 지원을 넘어 장기적인 관점의 종합적인 전략을 수립해야 한다. 특히 용수, 전력과 같은 필수 인프라 확보는 물론, 학계와의 연계를 통한 전문 인력 양성, 그리고 규제 합리화를 통해 기업의 혁신을 촉진하는 시스템을 구축해야 한다. 또한, 기술 동맹국과의 협력을 강화하여 지정학적 갈등에 따른 위험을 분산하고 글로벌 기술 표준을 주도하는 역할을 모색해야 한다.
- 투자자: 단순히 시장의 성장률만을 보지 않고, 변화하는 산업 생태계의 구조적 특징을 이해해야 한다. AI 시대의 새로운 성장 동력인 첨단 패키징 및 HBM 관련 기업, 그리고 특정 기술을 독점적으로 제공하는 장비 및 소재 기업들을 중심으로 투자 포트폴리오를 재구성할 필요가 있다.
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