코로나19 事態로 在宅勤務를 하는 30代 職場人 A 氏. 스마트폰 알람으로 잠을 깬 그는 LED(發光다이오드) 電燈 을 켜 房 안을 밝힌다. 淨水器 에서 물을 한 盞 따라 마신 뒤 冷藏庫 門을 열어 과일과 빵을 꺼낸다. 電氣레인지 를 켜서 버터를 두른 팬에 빵을 굽고, 커피머신 에서 내린 커피와 함께 아침食事를 한다. TV 는 혼자 사는 A 氏에겐 즐거운 ‘밥親舊’다. 食事를 마치고 세안 後 노트북 을 챙겨 집을 나선 그는 無線이어폰 으로 音樂을 들으면서 地下 駐車場까지 간다. 오늘은 業體 미팅이 있어 現場으로 바로 出勤하는 날이다. 내비게이션 으로 住所를 찍고 自家用 을 運轉해 出勤길에 오른다. 미팅을 마친 뒤 地文 情報를 읽어 認證하는 半導體가 內藏된 生體認證카드 로 決濟해 點心食事를 한다. 집에 돌아와 컴퓨터 로 會議 內容을 整理해 報告書를 作成하면 하루 業務 마무리! 退勤 時間 後에는 전자레인지 에 卽席밥을 데워 먹고, 밀린 빨랫감을 모아 洗濯機 를 돌린다. 하루 終日 電子機器에 파묻혀 지내는 日常인데, 그 속을 들여다보면 核心 部品인 半導體와 함께 살아가고 있음을 알 수 있다.

‘産業의 쌀’ ‘尖端技術의 集約體’로 일컬어지는 半導體는 中間財 性格을 갖기에 日常에 直接的으로 모습을 드러내진 않는다. 하지만 어느 産業에나 存在하며, 半導體가 들어가지 않은 電子製品을 찾기 힘들 만큼 우리 삶에서 必須不可缺한 部分으로 자리매김했다.

5月 20日 訪韓한 조 바이든 美國 大統領이 첫 日程으로 삼성전자 京畿 평택시 半導體 工場(平澤 캠퍼스)을 찾은 것은 只今 美國이 半導體를 얼마나 重要하게 여기는지를 象徵的으로 보여주는 하나의 事件이었다. 最近 世界的인 半導體 供給 不足 深化로 自動車·情報技術(IT) 等 美國 主力 産業이 어려움을 겪고 있는데, 4次 産業革命으로 半導體 需要가 더 늘어날 수밖에 없어 美國 立場에서는 半導體의 安定的 供給이 國家 將來가 걸린 核心 課題인 狀況이다. 그런데도 美國은 自國 內 半導體 生産量이 12%에 不過하다. 이런 狀況을 克服하고자 바이든 行政府는 半導體 供給網에서 中國 依存度를 낮추고 韓國 等 同盟國 中心으로 供給網을 再編하면서 自國 內 半導體 製造 施設 擴充을 推進해왔다. 바이든 大統領의 平澤 캠퍼스 訪問은 臺灣과 함께 美國의 主要 半導體 供給處인 韓國이 中國을 牽制하는 ‘半導體 同伴者 關係’임을 確固히 하려는 外交 行步인 것이다.

半導體가 世界 經濟의 核心 資源이 된 理由는 무엇일까. 지난해 英國 市場調査業體 TS롬바르드의 로이 그린 經濟學者는 美國 經濟媒體 ‘CNBC’와 인터뷰에서 “半導體는 全 世界에 影響을 미칠 수 있는 ‘새로운 石油’”라며 “半導體 칩은 製造業과 消費者 家電의 重要한 部品이었으나, 앞으로 使用 用途가 交通, 디지털서비스로 擴大될 것”이라고 展望했다.

4次 産業革命을 이끌 ‘新石油’

半導體는 電氣傳導度가 導體와 不導體의 中間인 物質이다. 平素에는 電氣가 통하지 않지만 빛이나 熱, 不純物 等을 加하면 電氣가 通한다. 産業에서 半導體는 IC(Integrated Circuit: 集積回路) 또는 칩(Chip)을 의미하고, IC는 各種 電子機器 動作에 必須的으로 使用된다. 半導體는 우리 눈에 보이지 않는 極度로 微細한 ㎚(나노미터) 領域에서 原子와 分子의 持續的인 움직임을 통해 完成된다. 主로 元素記號 14番인 半導體 物質 실리콘(Silicon·硅素)李 原材料로 使用되는데, 中央處理裝置(CPU)나 D램이 代表的이다.



半導體 칩 種類는 쓰임새와 構造에 따라 數十萬 個가 넘는다. 이 中 데이터를 貯藏하는 메모리半導體, 演算·制御를 擔當하는 非메모리半導體 等 機能에 적합한 여러 칩이 搭載돼 製品을 完成한다. 스마트한 機能을 갖춘 TV나 冷藏庫에는 10個 內外, 스마트폰에는 10個 以上의 半導體 칩이 들어가는 것으로 알려졌다. 特히 半導體가 빅데이터와 人工知能을 中心으로 한 4次 産業革命 時代의 核心 基盤 技術로 認識되면서 世界 各國은 半導體를 國家 戰略事業으로 키우고자 발 벗고 나서고 있다. 다양한 데이터 確保와 加工이 重要한 狀況에서 그 役割을 遂行하는 게 바로 半導體이기 때문이다.

半導體는 메모리半導體와 非메모리半導體로 나뉜다. 業界에 따르면 市場 規模는 3 對 7 程度다. 메모리半導體는 데이터를 永久 貯藏하거나 臨時 貯藏하는 役割을 한다. 삼성전자와 SK하이닉스 等 韓國 企業이 60% 以上 世界市場을 占有하고 있다. 揮發性 메모리半導體人 D램과 非揮發性 메모리半導體人 낸드 플래시(Nand Flash) 等으로 市場이 形成돼 있다.

D램 市場에서는 삼성전자와 SK하이닉스, 美國 마이크론이 3强 構圖를 이루며 獨走해왔다. D램은 個人用 컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 그래픽카드, 車輛用 半導體 等 데이터가 貯藏되는 모든 空間에 使用된다. ‘賢明한 半導體 投資’의 著者이자 연세대에서 半導體 素材로 博士學位를 받은 우황제 博士는 “D램은 오랫동안 製造 技術이 發展해온 만큼 낸드 플래시보다 製造가 어렵다. 아무리 많은 金額을 投資해도 厖大한 專門 人力과 數十 年 以上 쌓아온 노하우가 없으면 挑戰하기 어렵다”고 말했다. 이에 反해 낸드 플래시는 市場 開化가 늦었던 만큼 아직은 技術的 進入 障壁이 相對的으로 낮은 것으로 認識된다. 하지만 메모리半導體 雇傭量化에 따라 낸드 플래시 構造가 複雜해지고 製造 技術이 發展하면서 技術 障壁이 漸次 높아지는 趨勢다.

非메모리半導體는 데이터 貯藏이 아닌 다른 目的으로 使用되는 모든 半導體를 統稱한다. 그만큼 半導體 種類가 數없이 많고, 市場 規模도 메모리半導體에 비해 훨씬 크다. 컴퓨터 頭腦 役割을 하는 CPU, 스마트폰과 디지털 TV에 使用되는 애플리케이션 프로세서(AP) 等을 떠올리면 理解하기 쉽다. 于 博士는 “非메모리半導體는 電子機器의 ‘腦’ 役割을 하는 演算 半導體, 디스플레이의 華麗한 畵面을 만드는 그래픽 半導體, 通信 信號를 處理하는 通信 半導體, 外部에서 들어온 빛을 感知해 電氣 信號로 바꿔주는 센서 半導體, 機械裝置가 精密하게 움직이도록 驅動을 돕는 驅動 半導體를 아우른다”고 說明했다.

進入 障壁 높은 獨寡占 市場 構造

一例로 冷藏庫와 電氣밥솥, TV 같은 家電製品들에는 超小型 컴퓨터로 불리며 頭腦 役割을 하는 非메모리半導體人 마이크로컨트롤러유닛(MCU)李 들어간다. 單純 時間 豫約부터 밥맛 調節, 冷藏庫 溫度 調節, TV 映像 錄畫 等 특수한 機能에 이르기까지 電子製品의 다양한 特性을 컨트롤하는 役割을 하는 것이다. 半導體 칩 안에 特定 目的의 機能을 遂行하는 소프트웨어를 移植해 여러 機能이 發揮되도록 하는 原理다.

스마트폰의 核心이 되는 非메모리半導體는 AP다. 모든 命令을 處理하고 各種 애플리케이션 作動과 그래픽 處理 等을 擔當한다. 스마트폰의 空間 節約과 電力 消費 節減을 위해 컴퓨터의 CPU 機能과 메모리, 하드디스크, 그래픽 카드 等 複雜한 시스템을 AP에 모두 具現한다. 이에 따라 모든 칩셋이 한곳에 모여 있다는 意味로 ‘SoC(System on Chip)’로도 불린다. 非메모리半導體는 칩 種類가 워낙 다양하다 보니 칩 設計에 注力하는 企業과 製造 企業이 區分되는 境遇도 흔하다.

이러한 産業 特性에 맞춰 半導體 企業은 크게 3가지 形態로 區分된다. 設計를 專門으로 하는 팹리스(Fabless), 팹리스가 設計하면 製造를 擔當하는 파운드리(Foundry), 두 가지 事業을 모두 竝行하는 IDM(Integrated Device Manufacturer: 綜合半導體 會社)이다. 韓國 三星電子·SK하이닉스와 美國 마이크론·인텔은 IDM, 臺灣 TSMC·UMC는 파운드리, 美國 엔비디아·AMD·퀄컴 等은 팹리스 企業이다. 半導體 企業들은 앞서 說明한 것처럼 높은 技術 障壁으로 獨寡占 構造를 갖고 있다. 또한 産業 特性上 每年 設備投資에 數兆 원 以上을 들여야 製造 競爭力을 確保할 수 있어 進入이 쉽지 않다. 業界에서는 半導體 設備投資를 向後 市場 成長勢를 展望할 수 있는 一種의 先行 指標로 認識한다. 世界 1位 파운드리 企業 TSMC는 1月 올해 設備投資를 지난해보다 3分의 1 以上 늘어난 400億~ 440億 달러(藥 50兆5720億~55兆6000億 원)로 策定했다고 밝혔다. 三星電子는 5月 24日 半導體·바이오·新成長IT 部門에 5年間 450兆 원 投資 計劃을 發表했는데, 半導體 分野에만 300兆 원假量을 投資할 것으로 傳해졌다.

4次 産業革命 時代를 맞아 最近 가파른 成長勢를 보이는 半導體 分野는 自動車用 半導體다. 電氣車와 自律走行車가 登場하면서 自動車는 움직이는 電子機器로 認識되고 있다. 車輛用 半導體는 自動車에 裝着되는 電子機器를 制御하는 데 使用되며 센서, 엔진, 制御裝置, 驅動裝置 等 核心 部品에 搭載된다. 現在 自律走行車의 核心 要素로 꼽히는 尖端 運轉者 支援 시스템(Advanced Driver Assistance System·ADAS)에는 MCU, 電子制御裝置(ECU), 그래픽處理裝置(GPU) 等의 半導體가 들어간다.

自律走行車와 함께 成長하는 車輛用 半導體

글로벌 컨설팅業體 딜로이트가 지난해 11月 發表한 ‘글로벌 半導體 産業의 中心으로 飛上하는 아시아太平洋’ 報告書에 따르면 一般 燃料車와 自律走行 電氣車 臺當 搭載되는 半導體 平均 個數는 各各 2017年 791個와 1119個에서 2022年 850個와 1510個로 增加했다(그래프1 參照). 自律走行 技術이 發達할수록 制御 半導體와 스토리지 容量 等이 늘어나기 때문에 必要한 半導體도 더 많아지는 것이다. 業界에서는 自律走行車 市場의 成長이 車輛用 半導體 市場 發展을 牽引한다고 分析한다. 글로벌 컨설팅業體 보스턴컨설팅그룹(BCG)은 自律走行車 市場이 2035年까지 770億 달러(藥 97兆3660億 원) 規模로 成長할 것으로 展望했다. 이때가 되면 自律走行車가 世界 自動車 販賣量의 25%를 차지할 것으로 豫想된다. 또한 글로벌 市場調査機關 스태티스타는 全 世界 自動車 半導體 市場 規模가 올해 450億 달러(藥 57兆 원)에서 2040年 1750億 달러(藥 221兆 원)로 增加할 것으로 豫測했다(그래프2 參照).

自律走行 技術은 시스템이 運轉에 關與하는 程度와 運轉者가 車를 制御하는 方法에 따라 0~5레벨로 漸進的으로 區分된다. 레벨 0은 傳統的 走行, 레벨 1은 運轉者 支援, 레벨 2는 部分 自動化, 레벨 3은 運轉者 介入이 必要한 條件附 自動化, 레벨 4는 高度 自動化, 레벨 5는 完全 自動化 段階다. 現在 適用 中인 自律走行 性能은 레벨 3이 가장 높은 水準이지만, 自律走行 高度化를 위한 半導體 硏究가 活潑히 이뤄지고 있다. 글로벌 컨설팅企業 맥킨지는 지난해 8月 ‘自律走行 時代를 위한 自動車 半導體’ 報告書에서 現在 商用化된 레벨 2 技術이 2030年까지 自動車 半導體 칩 需要를 이끌 것이라고 展望했다. 이와 함께 自律走行 技術 發展에 따라 2025年부터 레벨 3, 4의 車輛用 半導體 칩 賣出도 늘어날 것으로 豫想했다.

自律走行車 商用化 等 半導體를 통한 4次 産業革命이 安着하려면 어떤 課題를 넘어야 할까. 안기현 韓國半導體産業協會 專務는 “半導體의 現在 宿題는 人工知能인데, 人工知能을 잘 具現할 수 있는 半導體 硏究가 美國을 中心으로 世界에서 이뤄지고 있다”며 “人工知能 具現에 必要한 大規模 演算을 超高速, 超低電力으로 實行하는 半導體가 商用化된다면 自律走行이나 로봇 分野가 革新的으로 進化할 것”이라고 말했다.

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