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-미래의 모빌리티 시대에 누가 반도체 시장을 지배해 나아갈 수 있을 것인가?

최근 반도체 산업에서 불황이 심각하다. 하지만 차량용 반도체 사업은 예외이다. 지금도 많은 완성차 기업들이 반도체가 부족해 차량을 생산하지 못하고 있는 실정이다. 차량용 반도체의 수요는 지금도 건재할 뿐만 아니라 앞으로의 모빌리티 시대에는 더욱 수요가 증가하게 될 전망이다.
이 책은 최근 차량용 반도체의 수요가 가파르게 증가하고 있는 상황에서 차량용 반도체 비즈니스가 어떤 식으로 진행되고 있는지 다양한 기업들을 통해 구체적으로 설명하고 있다.
과거 차량에는 반도체가 거의 사용되지 않았다. 하지만 최근 차량이 전기자동차로 바뀌고 자율주행차가 생산되기 시작하면서 과거와는 달리 반도체의 사용이 급속하게 증가하고 있다. 얼마 전까지만 해도 자동차에 반도체는 주요 부품이 아니었지만 최근에는 필수 부품이 되었다. 이제 자동차는 더 이상 기계장치가 아닌 전자 디바이스로 바뀌게 되었기 때문이다. 특히 자동차에서 구동을 위한 성숙 공정의 아날로그반도체뿐만 아니라 첨단 공정에서 생산되는 시스템반도체와 메모리반도체의 수요증가가 두드러지게 나타나고 있다. 이제 자동차는 단지 이동수단에만 그치는 것이 아니라 우리 생활의 많은 부분을 차지하게 되는 라이프플랫폼(Life Platform)으로 바뀌고 있다. 앞으로 자율주행 기술은 모빌리티로도 확대되어 반도체의 사용은 더욱 늘어나게 된다.

이에 따라 이 책은 최근 차량용 반도체 시장의 전반적인 설명뿐만 아니라 앞으로 자율주행차와 모빌리티 시대에 반도체의 미래가 어떤 식으로 펼쳐질지에 대해 구체적으로 기술하고 있다.

-누구나 쉽게 읽을 수 있는 차량용 반도체 비즈니스 이야기
-현재의 차량용 반도체 시장을 철저하게 분석하고 미래를 예견한다
-주요 글로벌 반도체 기업들의 생생한 현장을 전달한다
-경영학 박사 권영화가 쓴 차량용 반도체 비즈니스의 모든 것

최근 우리가 살고 있는 세상이 급격하게 변하고 있다. 특히 하루가 다르게 새로운 기술이 출현하면서 우리의 일상생활에 큰 변화를 가져오고 있다. 정말 무서운 변화가 아닐 수 없다. 그중에서 우리가 거의 매일 사용하는 자동차의 변화가 가장 심할 것으로 보인다. 이제 자동차는 더 이상 단순 기계장치가 아니라고 확실하게 말할 수 있다. 앞으로 자동차가 점진적으로 스스로 움직일 수 있게 됨에 따라 우리의 생활이 크게 달라질 것으로 보인다. 이런 변화는 단순히 자동차만 바뀌는 것이 아니라 우리 주변의 많은 것들도 동시에 변할 수밖에 없는 상황이 된다. 예를 들면 자동차에서 운전자가 필요 없게 되어 수많은 사람이 종사하고 있는 운전직업이 없어지게 되고, 자동차 사고가 발생하지 않게 됨에 따라 자동차 보험이 없어질 가능성이 크며, 도로의 상황이 완전히 변화되어 도시의 미관도 크게 바뀌게 될 것으로 보인다. 나아가 앞으로 우리는 일상생활의 많은 시간을 자동차 안에서 보내게 될 것으로 보여 우리의 생활방식도 크게 달라질 것으로 예상되고 있다.

지금 도로를 달리고 있는 전기자동차를 보면 확실히 기존 자동차와는 무언가 다르다는 것을 느낄 수 있다. 자동차에 디자인의 변화뿐만 아니라 새로운 많은 기능이 탑재되고 있는 것이다. 그럼 과연 이런 다양한 기능은 어떻게 가능해지게 되는 것일까? 그 해답은 바로 반도체이다. 자동차에서 많은 기능이 가능해지고 나아가 자동화되기 위해서는 반도체가 반드시 필요하다. 이제 우리는 자동차가 더욱 편리한 교통수단이 될 것이라는 사실을 피부로 느낄 수 있을 뿐만 아니라 차량을 운전할 필요가 없어져서 자동차 안에서 다양한 활동도 가능해지게 된다. 그리고 우리는 시간이 지날수록 자동차 안에서 더 많은 시간을 보낼 수밖에 없는 환경이 조성되어진다.

이 책은 차량용 반도체 비즈니스에 대해 누구나 읽기 쉽게 쓴 것이 특징이다. 최근 거의 모든 사람이 뉴스나 유튜브를 통해 차량용 반도체가 부족해서 자동차를 생산하지 못하고 있는 상황에 대해 인지하고 있다. 그리고 이런 상황이 왜 발생되었는가에 대해서도 많은 사람이 궁금해하고 있다. 이 책은 이런 궁금증을 풀 수 있는 책이기도 하다. 그리고 이 책은 앞으로 자동차가 어떤 식으로 발전해 나아갈지에 대해 이야기하고 있기 때문에 일반 사람들도 관심을 가지고 읽어볼 만한 가치가 있다. 특히 반도체 기업뿐만 아니라 모빌리티 기업에 근무하고 있는 사람들에게는 반드시 읽어 보아야만 할 필독서라고 할 수 있다. 차량용 반도체를 포함한 모빌리티 시장에 대해서도 구체적으로 설명하고 있기 때문이다. 앞으로 차량용 반도체는 모빌리티용 반도체로도 확대되어 반도체가 사용되는 애플리케이션 중 차량을 포함한 모빌리티 분야가 가장 큰 비중을 차지할 것으로 보인다. 지금 반도체는 차량용으로 대략 10% 정도 쓰이고 있다. 하지만 앞으로 자동차가 자율주행차와 모빌리티로 바뀌게 되면 15%까지 늘어날 것이라고 한다.

앞으로 출현하게 될 모빌리티는 UAM, PBV, 마이크로 모빌리티, 첨단 드론과 로봇까지도 포함하고 있기 때문에 시장규모가 어마어마한 수준까지 성장하게 된다. 더욱이 모빌리티와 연계된 디바이스와 서비스까지 포함하면 가히 상상이 불가능할 정도이다.
뿐만 아니라 앞으로 자율주행차간 그리고 자율주행차와 다양한 사물 간에 서로 통신하게 되고 나아가 서버와도 통신을 하게 될 것이기 때문에 서버의 증설이 불가피하다. 이와 같은 새로운 서버의 증설은 시스템반도체뿐만 아니라 메모리반도체 등의 다양한 수요를 일으키게 된다. 결과적으로 앞으로 자율주행 시대로의 진입으로 인해 직간접적으로 필요해지는 반도체의 수요는 상상할 수 없을 정도의 규모가 될 전망이다.
이에 따라 어느 반도체 기업이든 차량용 반도체 사업에 대해 관심을 갖지 않을 수 없는 상황이 되었다고 볼 수 있다. 실제 많은 반도체 기업들이 새롭게 차량용 반도체 사업에 뛰어들면서 경쟁도 갈수록 격화되고 있는 양상이다.

마지막으로 저자는 그동안 반도체 업계에서 쌓은 풍부한 경험과 지식으로 자율주행차를 포함한 모빌리티와 반도체의 미래를 예견하고 있으며 많은 반도체 전문가도 저자와 같은 생각을 하고 있다. 따라서 앞으로 대세가 될 모빌리티와 반도체에 대해 알고 싶은 사람이라면 반드시 읽어 보아야만 할 책이다.

이도영(옵토레인 대표이사)
내용이 아주 구체적인 것들이 많아서 많은 사람에게 도움이 될 것으로 보인다. 자료 수집하고 정보를 캐시느라고 고생을 많이 하셨을 것 같다. 인류에게 스마트폰 다음으로 올 플랫폼은 전기자동차가 될 것이다. 전기자동차가 열게 될 새로운 카터테인먼트(Car+Entertainment) 시장은 차세대의 가장 강력한 반도체 수요처로 꼽히고 있다. 권영화 교수님의 ‘자율주행차와 반도체의 미래’는 구체적인 반도체 공급망과 기술의 발전 현황을 바탕으로 쓰인 미래를 위한 최고의 지침서이다.

안기현(국반도체산업협회 전무)
차량용 반도체를 이해하는데 매우 중요한 서적입니다. 특히 반도체는 첨단 기술 분야이고 기술집약적인 산업입니다. 대부분의 서적은 반도체를 기술로써 이해시키려 하고 있으나 본 서적은 사업으로서 이해시키려 하고 있습니다. 무엇보다 본 서적은 차량용 반도체 산업과 기업을 이해할 수 있도록 내용이 쉽게 기술되어 있습니다.
자동차 산업은 반도체 산업에 있어서 미래 신시장으로서의 새로운 희망입니다. 특히 자율주행차는 모빌리티 시대의 플랫폼으로 반도체 시장의 기회로써 매우 중요합니다.
이에 본 서적은 차량용 반도체 시장을 잘 정리하여 반도체 산업의 성장에 많은 도움을 줄 것으로 기대됩니다.

양향자(국회 반도체특위 위원장)
반도체에 집적하는 트랜지스터 수가 3년에 4배씩 증가하고 가격은 반으로 떨어진다는 무어의 법칙이 5회씩 반복하며 15년 주기로 새로운 정보산업 패러다임을 창출했다. 1977년 PC가 탄생되어 인터넷과의 연결이 확산되며 정보혁명이 본격적으로 시작되었고 1992년 디지털 셀룰러 서비스가 가능해졌으며 2007년 스마트폰의 탄생을 부른 것도 반도체 미세화 기술의 결과였다. 15년이 지난 지금 자율주행자동차가 등장했고 AI가 4차 산업혁명을 열어가고 있다. 이 책에서는 자율주행자동차와 반도체 기술에 관한 깊이 있고 폭넓은 지식뿐만 아니라 글로벌 산업지형의 변화에 따른 우리의 현주소와 향후 대응 방안을 제시한다. 결국, 반도체 전쟁이다. 이 전쟁에서 살아남고자 하는 절박함을 아는 자만이 이 책을 읽을 자격이 있다.

추천사
서 론

Part 1 자동차와 반도체

01 차량용 반도체 수요의 폭발

1 반도체 산업의 핵심인 차량용 반도체

2 차량용 반도체를 생산해 줄 파운드리 부족

3 반도체 기업들이 차량용 반도체 사업에 뛰어드는 이유

02 자동차에 사용되는 다양한 반도체

1 자동차와 반도체의 관계

2 자동차 산업의 패러다임 변화

3 자동차의 각 부문별 반도체 사용현황

03 차량용 반도체의 쇼티지 현황

1 차량용 반도체의 쇼티지 원인
(1) 차량용 반도체 사업진출의 어려움
(2) 다품종 소량생산
(3) 원가대비 이익부족
(4) 자동차 업계의 JIT(Just In Time) 시스템
(5) 차량용 반도체 공장들의 각종 사건과 사고

2 글로벌 완성차 기업의 반도체 현황
(1) 현대자동차 그룹(Hyundai Motor)
(2) 도요타자동차(Toyota Motor)
(3) BMW 그룹
(4) GM(General Motors)
(5) 폭스바겐 그룹(Volkswagen)
(6) 포드(Ford Motor)
(7) 테슬라(Tesla)

Part 2 모빌리티와 반도체

04 자동차 산업에서 모빌리티 산업으로

1 자동차 기업이 모빌리티 기업으로 변화하는 이유

2 모빌리티 산업으로 확대되는 반도체

3 모빌리티 산업에서 반도체 시장의 전망

05 반도체 기업들의 모빌리티 시장 진입

1 IDM 기업(Integrated Device Manufacturer)
(1) 삼성전자(Samsung Electronics)
(2) 인텔(Intel)
(3) SK 하이닉스(SK Hynix)
(4) 마이크론 테크놀로지(Micron Technology)
(5) 인피니언 테크놀로지스(Infineon Technologies)
(6) NXP 반도체(NXP Semiconductor)
(7) 르네사스 일렉트로닉스(Renesas Electronics)
(8) ST 마이크로(ST Micro)
(9) 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)

2 팹리스 기업(Fabless Company)
(1) 엔비디아(NVIDIA)
(2) 퀄컴(Qualcomm)
(3) 브로드컴(Broadcom)
(4) AMD(Advanced Micro Devices)
(5) 미디어텍(MediaTek)

3 파운드리 기업(Foundry Company)
(1) TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)
(2) UMC(United Microelectronics Corporation)
(3) 글로벌파운드리(Globalfoundries)
(4) SMIC(Semiconductor Manufacturing International Corporation)
(5) DB 하이텍(DB Hitek)

4 국내 주요 차량용 반도체 관련 기업
(1) LX 세미콘(LX Semicon)
(2) 제주반도체(Jeju Semiconductor)
(3) 텔레칩스(Telechips)
(4) 어보브반도체(Abov Semiconductor)
(5) 아이에이(IA)
(6) KEC

06 완성차 모빌리티 기업의 반도체 개발

1 완성차 모빌리티 기업이 반도체를 만드는 이유

2 완성차 모빌리티 기업의 반도체 개발 현황
(1) 현대자동차 그룹
(2) 도요타자동차
(3) 포드
(4) GM
(5) 폭스바겐 그룹
(6) 스텔란티스(Stellantis)

07 빅테크 기업의 모빌리티용 반도체 개발

1 빅테크 기업이 모빌리티용 반도체 개발에 뛰어드는 이유

2 빅테크 기업의 모빌리티용 반도체 개발이 시장에 미치는 영향

3 빅테크 기업의 모빌리티용 반도체 개발의 현황
(1) 테슬라
(2) 애플(Apple)
(3) 구글(Google)
(4) 바이두(Baidu)
(5) 알리바바(Alibaba)

Part 3 자율주행용 반도체 비즈니스의 미래

08 궁극의 목적, 완전 자율주행

1 점점 다가오고 있는 자율주행

2 현재의 자율주행 단계와 과제

3 자율주행과 함께 늘어나는 반도체

4 데이터 사용의 급증에 따른 메모리반도체의 증가

09 미래의 자율주행용 반도체

1 탄화규소(SiC) 반도체

2 질화갈륨(GaN) 반도체

3 산화갈륨(Ga2O3) 반도체

결 론

지금 내연기관 자동차에 사용되고 있는 반도체는 불과 300개 정도의 수준에 불과하지만 레벨 5의 완전 자율주행차로 발전하게 되면 100배 이상 증가하게 될 가능성도 높다(물론 앞으로 테슬라의 자율주행차는 반도체가 아주 많이 늘어날 거로 보이지 않는다). 자동차가 기계장치가 아닌 전자 디바이스로 발전하여 스마트폰과 같이 변화하게 됨에 따라 차량의 곳곳에 반도체가 사용될 거로 보인다. 앞으로 자동차는 더 이상 이동수단만의 역할을 하지 않는다. 이동은 기본이 되고 차량 내에서 활동이 더 중요해지게 된다. 한마디로 자동차는 우리의 생활과 밀접하게 연관되어 있는 라이프 플랫폼(Life Platform)으로 바뀌게 되는 셈이다.
-18p, 서론에서

TSMC는 일본 구마모토와 중국 난징에 차량용 반도체 팹을 건설 중에 있으며 완공은 2024년 말까지 모두 끝마칠 계획이다. 시간이 지나 다른 기업들도 차량용 반도체의 생산을 위한 팹의 건설을 완공하게 되면 차량용 반도체 부족사태가 거의 해소될 수 있을 거로 기대하고 있다.
따라서 전체적인 상황을 보면 차량용 반도체의 부족은 파운드리 기업의 생산능력이 부족해서 발생한 문제라고도 볼 수 있다. 지금도 대부분의 파운드리 기업은 팹을 100% 가까이 가동 중이다. 문제는 제조하고 있는 대부분의 칩이 차량용 반도체가 아니라는 점이다. 이들 파운드리 기업은 각종 IT 제품의 수요증가로 일반 칩을 만드는 거만으로도 생산능력이 부족할 정도다.
-39p, PART 1 자동차와 반도체에서

기본적으로 자동차의 생산방식과 반도체의 생산방식은 매우 상이하다. 자동차의 생산을 위해선 2만 5천 개 정도의 부품이 필요하지만 완성차 기업들은 다양한 부품을 조립한 모듈을 협력 기업으로부터 공급받아 자동차를 생산한다. 다시 말하면 차량제조 공정에서 각 부분별 모듈을 조립하여 자동차를 생산하게 되는 셈이다. 하지만 반도체 생산공정은 다양한 공정을 순차적으로 진행하며 같은 공정이 여러 번 반복되는 경우도 많이 있다. 그리고 자동차는 각 부분별 모듈만 갖추어져 있으면 비교적 짧은 시간 내 자동차를 만들 수 있다. 반면 반도체의 경우 제조를 위해 여러 공정을 거쳐야만 하기에 기본적으로 1개월 이상 기간이 필요하다.
JIT 시스템은 도요타가 처음으로 도입한 방식으로 기존의 대량 생산시스템 대신 적시에 인력과 부품을 공급시켜 생산품질을 높이는 방식이다. JIT 시스템은 1990년대 후반부터 지금까지 계속해서 사용되고 있으며 선박이나 전자제품에도 적용하고 있다.
-67p, PART 1 자동차와 반도체에서

특히 UAM은 완전 자율주행차보다 먼저 상용화될 가능성이 높으며 자율주행차보다 반도체가 더 많이 사용될 거로 예상한다. 이미 국내 기업뿐만 아니라 많은 글로벌 기업이 UAM의 제조에 뛰어들고 있다. 뿐만 아니라 UAM과 연관된 다른 부가시설에도 반도체가 많이 사용될 거로 예측된다. 예를 들면 UAM을 지상 모빌리티와 연결해 주는 터미널과 같은 허브(Hub)이다. 이에 따라 모빌리티 산업이 어느 정도 성숙단계에 들어가게 되면 반도체 시장이 크게 확장될 거로 보고 있다. 이미 SK텔레콤과 KT가 UAM 사업에 적극적으로 뛰어들고 있으며 UAM에 사용될 수 있는 AI 반도체도 개발하고 있다.
-98p, PART 2 모빌리티와 반도체에서

한편 인텔은 2017년 모빌아이를 약 150억 달러를 주고 인수하였으며 모빌아이에서도 차량용 반도체를 생산하고 있다. 모빌아이는 ADAS 분야의 리더로서 인텔이 파운드리 사업을 재개함에 따라 서로 시너지를 낼 수 있을 거로 본다. 모빌아이는 25개 이상의 완성차 기업에 약 6천만 대의 차량에 ADAS를 납품하는 첨단 자동차 솔루션 기업이다. 모빌아이의 자율주행용 반도체인 아이큐 울트라(EyeQ Ultra)는 2023년 출시예정이며 5nm의 공정으로 생산될 거로 예상된다. 특히 인텔은 모빌아이가 급성장하고 있기 때문에 주식시장에 상장을 준비하고 있는 거로 알려지고 있다.
뿐만 아니라 인텔은 2020년 서비스형 모빌리티 솔루션 기업인 무빗(Moovit)을 9억 달러에 인수하였다. 무빗은 이스라엘 기업으로 2012년 설립되었으며 대중교통, 자전거, 스쿠터 서비스, 호출 서비스와 카셰어링 등을 결합한 복합 이동 서비스를 제공하는 기업이다.
-122p, PART 2 모빌리티와 반도체에서

GM은 미국 최대 규모의 완성차 기업으로 다른 완성차 기업과 마찬가지로 반도체 부족난으로 심각한 피해를 입게 되었다. 이에 따라 GM도 포드와 마찬가지로 비슷한 시기에 반도체 개발에 본격적으로 뛰어들게 되었다. 우선 GM은 반도체 부족난을 해결하기 위해 지금 사용하고 있는 차량용 반도체의 종류를 단순화하기로 결정하였다 이에 따라 자사의 차량에 들어가는 반도체를 3개의 제품군으로 통합하기로 하였다. 즉 차량에 들어가는 반도체의 종류를 최대 95% 가까이 줄이는 방식으로 단순화하여 지금 겪고 있는 반도체 부족난을 어느 정도 해결한다는 계획이다.
-213p, PART 2 모빌리티와 반도체에서

특히 자율주행용 AI 반도체는 복잡한 상황을 빠르게 인식하고 판단할 수 있어야 하며 대량의 데이터를 동시에 처리할 수도 있어야만 한다. 이러다 보니 자율주행차에 사용되기 적합한 AI 반도체를 개발하는 데 많은 시간이 필요하다. 그리고 자율주행차에서 고차원의 연산이 가능한 고성능 기술이 필요해짐에 따라 AI 반도체는 스스로 데이터를 파악하고 수집할 뿐만 아니라 추론까지 할 수 있어야만 한다. 이런 AI 반도체의 다양한 기능은 자율주행을 가능하게 만드는 핵심기술이다. 더욱이 AI 반도체는 차선과 차량을 감지하는 수준을 넘어 보행자와 표지판과 같은 주변 환경을 거의 실시간으로 인식해야 하고 주행하고 있는 전체적인 상황도 정확하게 판단할 수 있어야 한다. 나아가 필요할 경우 AI 반도체는 차량 내 상황을 감지해 통신두절이 발생하면 자체적으로 복구해야만 할 뿐만 아니라 대용량의 데이터를 빠르게 전송할 수도 있어야만 한다.
-254p, PART 3 자율주행용 반도체 비즈니스의 미래에서

현재 대부분의 완성차 기업이 레벨 3까지 개발이 거의 끝난 상태로 레벨 4의 개발이 한창 진행되고 있다. 지금의 상황을 종합적으로 판단해 보면 레벨 4는 빠르면 2025년까지 어느 정도 개발이 완료될 거로 기대를 하고 있다. 물론 개발과정에서 언제든 예측하지 못한 상황이 발생할 수 있기 때문에 경우에 따라 더 늦어질 가능성은 얼마든지 있다.
뿐만 아니라 완전 자율주행의 시대가 되면 자율주행 기술을 활용한 더욱 다양한 모빌리티가 출현하게 될 거로 예상한다. 물론 지금도 많은 모빌리티가 조금씩 윤곽을 드러내고 있다. 그리고 완전 자율주행의 시대가 도래하면 모든 이동수단은 스스로 알아서 움직이게 될 가능성이 높다. 우리의 삶이 획기적으로 변화하게 되는 셈이다.
-260p, PART 3 자율주행용 반도체 비즈니스의 미래에서