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자율주행차와 반도체의 미래 - 누구나 쉽게 읽을 수 있는 차량용 반도체 비즈니스 이야기
권영화 지음 / 이코노믹북스 / 2023년 3월
평점 :
이번엔 반도체에 대한 책 내용을 정리해보려고 합니다. 예전에 [반도체 제국의 미래]라는 책을 읽었는데요. 내용이 쉽진 않았지만 그래도 반도체의 역사와 현재를 알 수 있었습니다. 그리고 초등학교 때 막연하게 외웠던 워드 1급 자격증 필기 내용도 새록새록 떠올랐구요. ㅎㅎ 그러다가 새로 출시된 책들을 보는데 [자율주행차와 반도체의 미래]라는 책이 눈의 띄었습니다. 왜냐면 제 머리에 반도체는 메모리와 CPU 정도의 개념 밖에 없어서 자동차에 저런게 들어가나했거든요. 그래서 자율주행에 대해서 공부도 할 겸 책을 보게 되었습니다. 막상 봤더니 제가 생각했던 반도체의 개념은 더 큰 개념이었고 자동차에 이렇게 많은 반도체가 있다는 것도 알게 되었어요. 그리고 각 기업별로 자동차에 들어가는 반도체가 무엇인지 전략은 뭔지 잘 정리되어서 많은 공부가 되었습니다. 그럼 책 내용을 정리해보도록 할께요.
반도체는 항상 중요하게 여겨져 왔었습니다. 그러다가 코로나로 인해 비대면, 재택근무가 일상화되면서 컴퓨터, IT에 들어가는 반도체소비가 급격히 늘었습니다. 자동차 역시 수요가 늘었는데 어느 순간 차량용 반도체 부족으로 출고대기가 1년이 넘게 되었습니다. 왜 이런 일이 발생했을까요? 처음 자동차가 나왔을 때는 반도체는 거의 쓰이지 않았습니다. 2000년 초반대만 해도 반도체는 몇 십개 정도 밖에 안 썼는데 최근 들어 내연기관차에는 300개 정도, 전기차는 천 개 이상 쓰이는 걸로 예상하고 있다고 합니다. 이렇게 차량용 반도체가 조금씩 늘어가는 가운데 코로나 때 자동차 수요가 줄 것으로 예상을 했다고 해요. 그래서 차라리 IT쪽 반도체 위주로 생산을 계속 했는데 예측이 틀린 것입니다. 차량용반도체는 안전과 품질에 대한 기준이 더 엄격해서 다양한 인증이 필요하여 아무나 진입을 못 하다보니 기존 업체로 대응하는게 한계가 있었던 거죠. 현대차는 이 때 공장을 일시적으로 가동을 중단하기도 했고 미국의 GM과 포드는 반도체 부족사태에 가종 큰 피해를 받은 기업들입니다. 이 두 기업은 시간 외 근무를 금지시키고 여러 공장가동도 중단시켰으며 반도체 없이 차를 출고했다가 나중에 설치해주기도 했다고 해요. 살 사람들은 줄을 섰는데 부품 몇 개가 없어서 못 파니 엄청 답답했을 겁니다. 그나마 도요타는 동일본지진 때 반도체가 얼마나 중요한지 이미 알고 있어서 대비를 한 상태라 피해가 적었다고 합니다.
이렇게 자동차 수요는 계속 늘고 있고 새로운 기술들이 적용되다보니 차량용 반도체의 미래가 밝다고 판단되어 기존 기업들과 새로운 기업들이 차량용 반도체에 뛰어들게 됩니다. 특히 탄소중립으로 전기차로 대체되면서 진입장벽이 높았던 엔진 기술이 없어도 차를 생산할 수 있게 되었죠. 바로 테슬라가 그것을 증명해냅니다. 테슬라는 전기차의 선구자이기도 하지만 한발 더 앞서나가 자율주행도 투자를 하게 되는데요. 자율주행을 구현하기 위해선 더 많은 반도체가 소요되고 자율주행이 구현되게 되면 자동차는 단순한 이동수단을 떠나 그 안에 여러 서비스가 포함된 모빌리티가 되는 것입니다. 하늘을 나는 자동차 UAM뿐만 아니라 로봇, 드론, 심지어 우주선까지 또한 차 안에서 게임을 하고 영화를 보는 등 엔터테인먼트 부문도 중요하게 되었습니다. 그것들의 핵심은 반도체라는 거죠. 우선 전기로만 가기 때문에 배터리 성능이 중요하고 전기를 효율적으로 사용하기 위한 전원관련 장치들, 그리고 자율주행, 인포테인먼트의 기능을 하려면 데이터를 저장하기 위한 매모리, 카메라 센서, 이 외 많은 반도체가 필요하고 이것들을 모두 컨트롤하기 위한 MCU(PC의 CPU역할)도 중요합니다. 이렇게 차량용 반도체는 수요가 폭발하고 있다보니 자동차회사가 아니어도 다른 분야에 있던 기업들이 점점 자동차 산업에 뛰어들게 됩니다. 아래 자룔르 보시면 차량용 반도체 종류가 얼마나 많은지 알 수 있습니다. 그럼 이제부터 반도체회사, 자동차회사 그리고 다른 분야에 있던 기업들이 차량용반도체에 대응을 하는지 살펴볼께요.
- IDM 기업(삼성전자, 인텔, SK하이닉스, 마이크론 등)
IDM은 반도체를 설계, 제조, 패키징까지 모두 진행하는 기업을 말하는데 여기서는 메모리반도체와 시스템반도체에 대한 내용을 주로 이야기하겠습니다. (아날로그 반도체도 있다고 하네요) 인텔을 빼고는 대부분 메모리에 강점을 있는 회사들이죠. 여기서 제가 놀랐던 것은 마이크론이 차량용 반도체를 제일 오래 했고 나머지 세 기업은 최근에서야 시작했다는 거에요. 마이크론은 2021년 기준 차량용 메모리 점유율이 55%나 된다고 합니다. 삼성전자는 2017년에 커넥티드가 오디오 부품 기업인 하만을 인수하면서 차량용 반도체를 확대하는 계기가 되었고 지금은 전원, 통신, 프로세서, 메모리 쪽으로 집중하고 있어요. 현재 아우디, BMW에 주요 부품을 납품하고 있고 삼성전자는 파운드리도 있어서 테슬라 칩도 생산하고 있습니다. 인텔은 2017년에 ADAS를 생산하는 모빌아이를, 최근에는 이스라엘 파운드리 기업인 세미컨덕터를 인수했어요. 인텔은 4년 전에 삼성전자, TSMC에 비해 기술력이 떨어져서 파운드리 사업을 포기했었는데 차량용 반도체는 EUV 같은 첨단공정이 필요하지 않아서 재진출했다고 합니다. SK하이닉스도 자회사 SK 하이닉스 시스템IC를 통해 차량용 반도체 비중을 늘리고 있고 키파운드리라는 기업도 인수했습니다. 마이크론은 업계 최초로 자동차의 기능적 안전에 적합한 저전력 DDR5 DRAM도 출시하였고 안전과 보안에 대한 인증도 취득했다고 합니다.
- 팹리스 기업(엔비디아, 퀄컴, AMD 등)
펩리스는 설계만 하는 기업으로 적은 자본으로 사업을 시작할 수 있습니다. 그래픽카드로 유명한 엔비디아는 차세대 성장 동력을 자동차라고 생각하고 인포테인먼트에 치중하면서 자율주행칩도 개발하고 있어요. 이미 현대차, BYD, 루시드 등에 자율주행 플랫폼을 적용하고 있습니다. 퀄컴은 스냅드래곤이라는 하나의 칩에 여러가지 기능을 가진 SOC(System on chip)로 유명합니다. 모바일에서는 강자이지만 성장의 한계를 느끼고 자동차 시장으로 진출했다는데요. 처음에 인포테인먼트로 시작해서 차량용 통합 플랫폼, 자율주행 등으로 확대하고 있으며 향후 로봇, 드론 UAM 등 차세대 모빌리티 시대에도 주도권을 선점하겠다는 전략입니다. AMD는 22년에 자일링스라는 용도에 맞게 회로/프로그램 변경이 가능한 비메모리 반도체의 일종인 FPGA(Field Programmble Gate Array) 전 세계 점유율 1위인 기업을 인수했습니다. 자일링스는 2010년부터 자동차 시장에 뛰어들어 ADAS, 전기화, 네트워크용 반도체를 설계하고 있고 AMD의 첨단 컴퓨팅 성능과 시너지를 일으킬 것으로 보고 있어요. 그리고 로봇분야에도 뛰어들었다고 합니다.
- 파운드리 기업(TSMC, 삼성전자, UMC 등)
파운드리 기업은 팹리스 기업이 설계한 반도체를 전문적으로 생산해주는 기업입니다. 최근 차량용 반도체 공급부족으로 매출이 많이 향상되었다고 하는데요. 제조시설을 갖추는데 막대한 비용이 들고 제조 노하우가 중요하기 때문에 신규 진입이 어렵습니다. 파운드리는 EUV라는 첨단설비를 이용하여 반도체를 생산하는 TSMC, 삼성전자, 인텔이 있고 EUV가 없어도 생산할 수 있는 기업들이 있는데 보통 차량용 반도체는 지름이 8인치인 웨이퍼를 사용한다고 합니다. 파운드리 세계 1위인 TSMC는 차량용 반도체가 부족할 때 미국과 유럽 정부가 나서서 대만 정부에 생산요청할 정도였다는데요. 높은 마진을 약속하고 부탁을 들어줬다고 합니다. 차량용 반도체의 70%를 생산하고 있으며 지금도 밀려들어오는 물량을 감당이 안 되서 중국, 일본, 미국, 싱가포르 등 완성차나 차량용 반도체 회사 근처에 공장을 짓고 있습니다. 삼성전자는 앞에서 설명했으니 생략하고 UMC 역시 대만기업으로 이미지센서, 전력반도체, MCU 등을 포함한 아날로그반도체를 만든다고 합니다. 첨단 설비인 EUV가 없어서 고성능 반도체는 못 만들지만 여기도 공장을 새로 건설하고 있고 고객의 70%가 3~6년 장기계약을 맺고 있을 정도로 안정감을 준다고 해요.
- 완성차 기업(테슬라, 현대차, 도요타, 포드, 폭스바겐 등)
차량에 들어가는 반도체가 비중이 점점 커지자 완성차 기업도 반도체 생산에 열을 올리고 있습니다. 그 이유는 안정적으로 부품을 확보하고 비용절감, 제작시간 감축, 최적화 등이 있어요. 그래서 직접 제작하거나 그러지 못 할 경우 다른 기업과 협력을 통해 대응하고 있습니다. 제일 모범사례는 테슬라겠죠. 전기차를 시작할 때부터 반도체의 중요성을 깨닫고 대부분 직접 개발했습니다. 그리고 여러 기능을 할 수 있는 통합 칩을 개발해서 부품수를 줄이고 반도체와 소프트웨어를 모두 내재화하여 최적화가 가능한 장점이 있습니다. 현대차는 반도체업무를 하던 현대오트론을 현대모비스가 인수하게 해서 반도체 개발을 하고 있어요. 현대모비스는 ADAS, SoC, AI 반도체 등을 자체 개발하려고 계획이 있습니다. 그 외 도요타, 포드 등도 TSMC, 글로벌파운드리 등의 파운드리 기업과 협력해서 대응하는 중입니다.
- 빅테크 기업(애플, 구글, 알리바바 등)
최근 애플, 구글, 메타, 마이크로소프트 등 빅테크 기업들도 반도체 개발을 자체적으로 하고 있습니다. 특히 애플의 M1칩은 인텔에서 공급받았던 칩보다 성능이 우수하다는게 증명되면서 다른 기업들도 자체 제작을 더 가속화시켰습니다. 빅테크 기업들도 코로나사태로 반도체 부족사태를 겪으면서 안정적인 공급을 원하고 새로운 먹거리로 차량용 반도체를 점찍고 진입하고 있어요. 애플은 2025년에 애플카를 출시할 계획을 가지고 있는데 C1이라는 자율주행 기능과 함께 CPU, GPU, 메모리 등이 함께 들어가는 칩을 자체 개발 중입니다. 구글은 2009년부터 자율주행 개발 계획을 발표했는데요. 웨이모라고 알파벳 자회사가 있는데 다른 경쟁사와 비교할 수 없을 정도의 자율주행 데이터를 구축했다고 합니다. 그리고 자율주행 칩도 개발 중인데 인텔과 파트너십을 맺었다는 소식이 있습니다. 그 외 알리바바, 바이두도 반도체, 자동차 기업이 아니지만 미중갈등으로 자율주행 칩을 자체 개발하고 있습니다.
이렇게 많은 기업들이 자동차 반도체에 집중하고 있고 그 중 자율주행이 핵심이라고 볼 수 있어요. 나무위키를 보면 자율주행은 총 6단계(0~5)가 있고 현재는 시스템이 운전 조작을 모두 제어하지만 운전자가 적절하게 자동차를 제어해야 되는 조건부 자동화인 레벨 3단계까지는 개발이 되었다고 합니다. 이제 4단계는 고도 자동화, 5단계는 완전 자동화로 다음 단계를 가야 되는데 그럴려면 반도체 기술도 발전되어야 되고 더 많은 반도체가 들어가야 될 것이고 특히 AI반도체가 중요하다고 합니다. 완전 자율주행이 이루어지려면 하루에 카메라와 센서를 통해 하루 평균 3~4만GB에 대한 정보를 수집해야 되고 그것을 바로 처리할 수 있어야 한다네요. 여기에 안정성과 성능을 높일 수 있는 소재도 개발 중입니다. 그리고 기술 뿐만 아니라 인프라 및 관련 법안 등도 잘 정비되어야 되구요. 모빌리티 산업은 이제 초입단계입니다. 지금 당장 주식시장에서 전기차, 2차전지 기업들이 주목받고 반도체 기업들은 소외되어 있는데요. 이 책을 읽고나니 자동차와 반도체를 모두 다 세밀하게 공부해야겠다는 생각이 들었습니다. 서로 다 연결이 될 것이고 그 와중에 숨은 진주를 찾을 수 있으면 기분이 좋을 것 같네요. ^^ 저번에 이차전지 책부터 이번에 자율주행과 차량용반도체까지 많은 정보를 얻을 수 있었고 제가 지금 정리하고 있는 기업들을 더 잘 이해할 수 있는 계기가 되었습니다. 읽어봐주셔서 감사합니다!