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시스템 반도체는 IoT, 자율 주행 자동차, 각종 스마트 기기의 사업화 추세에 큰 수혜를 받을 가능성이 크다. 최근 반도체 업계에서 활발하게 추진된 M&A가 주로 시스템 반도체 분야에서 진행된 사실은 해외 기업들이 새로운 도약의 발판을 확보하기 위해 미래를 준비하는 상황을 잘 보여준다.

반도체는 현대 문명의 쌀

오늘날 모든 전기, 전자 제품들에는 각종 반도체들이 장착되어 다양한 역할을 수행하고 있다. 각종 전자 제품의 전원 공급에서부터 컴퓨터나 스마트폰의 데이터 처리, TV의 화면과 냉장고의 온도, 세탁기의 작동을 제어하고, 자동차의 연료 공급부터 시동, 가속 페달과 안전 벨트의 작동까지 감지하며, 각종 센서를 통한 전후방 위치 인식도 담당하는 등 그 사용 범위가 무궁무진할 정도로 광범위하다.
만일 반도체가 없다면 가전 제품뿐만 아니라 스마트폰 등 유무선 통신 기기 및 인프라, 자동차, 비행기 등 수송 수단 및 이러한 제품들의 생산을 담당하는 산업용 로봇이나 자동화 기기 등 거의 모든 전기, 전자 기기들이 제대로 작동하기 힘들 것이다. 현대 문명의 이기가 대부분 무용지물이 될 수도 있는 것이다. 이렇게 폭넓고도 필수적인 용도를 감안하면, 한때 철강이 제조업의 쌀로 표현되었듯 반도체는 현대 문명의 쌀이라고 할 수 있다.

다양한 기능의 주인공은 시스템 반도체

반도체는 수행하는 기능에 따라 크게 메모리 반도체와 비메모리 반도체(시스템 반도체)로 나눌 수 있다. 컴퓨터에 사용되는 DRAM 덕분에 일반 대중들에게도 잘 알려진 메모리 반도체의 주요 기능은 데이터의 저장이다. 시스템 반도체의 기능은 훨씬 다양하다. 데이터의 저장에 그치지 않고 다양한 전기, 전자 신호 및 데이터의 연산, 제어, 변환, 가공 등 폭넓은 역할을 수행한다. 그래서 시스템 반도체는 그 역할 만큼이나 다양한 제품군으로 구성되고 있다.
시스템 반도체는 세부 기능이나 다루는 신호나 데이터, 장착되는 최종 제품군 등을 기준으로 다양한 종류로 구분된다. 시장 조사 기관인 Gartner 자료를 예로 들자면, 메모리 반도체는 제조 기술을 기준으로 DRAM, SRAM 등 크게 5가지 제품군으로 분류되는데 반해 시스템 반도체는 30여 가지 이상의 제품군으로 분류된다.

반도체 시장의 70% 이상은 시스템 반도체

산업 규모 측면에서도 시스템 반도체 시장이 일반적으로 잘 알려진 메모리 반도체 시장보다 훨씬 크다. 2014년 약 3,400억 달러 규모로 추정되는 전 세계 반도체 시장에서 시스템 반도체의 비중은 3/4 이상을 차지했던 것으로 조사되었다. 시스템 반도체 중에서는 스마트폰 등에 사용되는 모바일 AP가 포함된 ASSP1, ASIC2 등 특정 용도형 반도체의 비중이 30% 이상인 것으로 나타났다. 시스템 반도체 중에서도 가장 큰 시장을 형성한 ASSP의 용도는 모바일 AP 등 무선 통신용이 42%, 데이터 처리용 20%, 가전용 11%, 자동차용 9% 순으로 조사되었다. 컴퓨터의 CPU, 가전의 MCU 등을 포함한 마이크로 컴포넌트는 데이터 처리용, 자동차용, 산업/의료용 제품 등에 주로 장착된 것으로 나타났다. 최근 주목 받고 있는 IoT 및 각종 스마트 기기에 많이 적용되는 아날로그 반도체는 산업용에서 자동차용까지 가장 폭넓은 용도로 두루 사용되는 것으로 나타났다. 반면 비광학 센서류는 자동차용 52%, 산업/의료용 26% 등 여타 시스템 반도체와 다른 용도에 주로 적용되었다.

IoT 기기의 확산과 자동차의 전장화가 수요 견인

시스템 반도체 시장의 성장은 반도체가 장착되는 애플리케이션(Application), 즉 ICT 제품의 변화에 기인한다. 애플리케이션의 변화란 기존 ICT 제품들의 고사양화 또는 새로운 ICT 제품의 출현이란 두 가지로 요약할 수 있다. 고사양화란 기존 전자 제품들의 사양이 높아지면서 장착되는 시스템 반도체도 고부가화되고 다양해지면서 전반적인 채택 비중이 늘어난다. 신제품의 출현이란 새로운 애플리케이션의 등장으로 완전히 새로운 수요처가 생긴다는 것을 의미한다.
그 동안 시스템 반도체 시장의 성장을 이끌어온 원동력은 주로 기존 전자 제품의 사양이 높아진 경우이다. 즉 LCD TV, 스마트폰 등 기능과 사양이 첨단화 되어가는 기존 IT 제품들이 수요를 견인했다. 그러나 최근 들어서는 새로운 제품의 등장이 신성장동력으로 작용할 것이란 전망이 점차 힘을 얻고 있다. 기존 애플리케이션 내에서의 사용 비중 증가가 성장을 이끌고, 신규 애플리케이션의 등장이 뒤를 이어 성장을 추진할 것으로 보는 것이다.
먼저 ADAS(Advanced Driver Assistance System) 기능과 인포테인먼트 기능의 발전을 필두로 한 자동차의 전장화 추세, 그리고 각종 가전 제품의 IoT 관련 기능 채택 확산 추이에서 시스템 반도체의 채택 비중이 늘어날 가능성을 엿볼 수 있다. 즉, 본격적인 IoT 관련 제품이나 상용화 가능성이 커지고 있는 자율 주행 자동차 관련 제품 그리고 전기차/하이브리드 자동차용 파워트레인 관련 제품이 신규 애플리케이션으로서 시장 성장을 이끌 것으로 보인다. 보다 먼 미래에는 자율 주행 자동차나 현재 사용되는 드론보다 더 높은 완성도를 가진 UGV(Unmanned Ground Vehicle), UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 등의 로봇이 신규 애플리케이션으로 본격 성장할 것으로 예상된다. 또한 이러한 신규 애플리케이션의 개발과 생산을 뒷받침하는 제조용 자동화 기기나 산업용 로봇 분야도 각종 산업용 시스템 반도체의 성장 기반으로 작용할 것으로 예상된다.

제품 유형은 센서, 마이크로 컴포넌트

IoT 관련 기기는 소리, 온도, 움직임 등 주변의 환경 변화를 감지하고, 인터넷으로 연결되어 원격 또는 자율적으로 제어되는 기능을 갖춰야 한다. 이러한 기능을 하는 것이 바로 센서다. 특히 센서는 행동이나 음성 등으로 나타나는 인간의 각종 반응이나 지시 사항을 감지하고 기기의 제어로 연결하는, 인간과 IoT 기기 간의 소통 경로인 HMI(Human Machine Interface)에서도 기본적인 기능을 수행하게 된다. 또한 감지(Sensing) 외에도 IoT 기기의 핵심 기능들인 처리(Processing) 및 통신(Communication)은 광학, 비광학 센서나 아날로그 반도체 및 각종 주문형 반도체 등 일련의 시스템 반도체에 의해 구현된다.
자동차 분야에서는 ADAS 등 자율 주행 관련 기능, 인포테인먼트, 그리고 전기차 및 하이브리드 자동차용 파워 트레인의 발전이 시스템 반도체 시장의 성장을 견인할 것으로 보이는데, 이 또한 IoT와 마찬가지로 감지, 처리, 통신 기능의 강화를 반드시 수반하므로 영상 신호의 수집, 처리와 관련된 광전자(Optoelectronic) 센서나 아날로그 반도체, 마이크로 컴포넌트의 채택 비중을 높이는 작용을 할 것이다. 그리고 전기차/하이브리드차 파워 트레인의 확산은 전력 조절 관련 센서나 전력 제어용 마이크로 컴포넌트 등 전력 반도체 시장의 확대를 이끌 것으로 보인다.

견조한 성장 예상

최근 추세를 반영한 조사 결과3에 따르면, 2020년까지 통신 관련 반도체는 IoT의 3대 영역 중 다소 느리게 성장할 것이지만 감지 기능에 관련된 시스템 반도체 부문은 연평균 30% 이상의 고성장을 보일 것으로 전망되고 있다.
또한 시스템 반도체 시장은 자동차 관련, 산업용, 일반 소비자용, 건물용 기기의 순으로 성장할 것으로 나타났다. 특히 자동차 전자 장비 관련 반도체는 향후 5년간 60% 대의 급성장을 보일 것으로 예상된다.
애플리케이션별 성장 전망에서는, HMD (Head Mounted Display), 장난감 등 비교적 시장 규모가 작은 몇몇 분야를 제외하고는 ADAS 관련 분야를 필두로 인포테인먼트, 섀시, 차체, 파워 트레인 등 자동차 관련 분야 대부분의 고성장이 예상되고 있다. 특히 가장 급성장할 것으로 지목된 ADAS 분야는 2020년까지 연 70% 대의 성장률을 기록할 것으로 보인다.
이처럼 센서, 마이크로 컴포넌트, 전력 반도체를 위시한 산업용 부품 시장은 전반적으로 고성장이 예상된다. IoT 관련 시장은 대부분 소비자 관련 시장으로 인식되기 마련이지만, 초기 성장이 소비자 중심으로 진행되더라도 결국 실질적인 성장 기반은 관련 제조업과 서비스업 및 관련 솔루션으로 확산될 것이기 때문이다.
장기적으로는 로봇 산업도 시스템 반도체의 중요한 성장 축으로 자리매김할 가능성이 크다. 로봇의 3대 구성 요소인 감지(Sensing), 처리(Processing), 동작(Effector)이 상당 부분 IoT의 기능과 겹치는 동시에 모두 시스템 반도체가 필수적인 분야들이기 때문이다.
당장 ADAS를 필두로 한 자율 주행 자동차도 UGV 유형의 로봇이다. ADAS 시스템이 궁극적으로는 높은 수준의 자율 주행 기능으로 발전할 것이므로 현재 진행되는 자동차의 전장화를 자동차의 로봇화 전 단계로 볼 수 있기 때문이다. 영상 촬영 장비를 탑재한 멀티콥터형 드론은 이미 시장화가 착실하게 진행되고 있는 로봇 분야이다. 이들 드론에는 각종 자동 비행 장치 및 고도, 속도 관련 센서와 통신 칩들이 이미 사용되고 있다. 이러한 초보적인 수준의 UGV, UAV가 점점 늘어나고 수준이 높아질수록 로봇 산업이 시스템 반도체의 성장에 기여하는 바가 커질 것으로 보인다.

시장 진입을 위한 장기적 전략 필요

시스템 반도체는 최종 제품의 성능을 직접 좌우할 수도 있는 주요 부품이란 점에서 국가 경쟁력 차원에서도 결코 등한시해서는 안 될 것으로 보인다. 그러나 중국 정부의 착실한 지원과 기업들의 활발한 확장 움직임에 비해 한국 기업들의 반응은 다소 정적이다. 전자, 자동차 관련 일부 기업 외에는 별다른 움직임이 없기 때문이다.
물론 시스템 반도체 사업은 진출하기 어려운 점이 많은 것도 사실이다. 예를 들어 마이크로 컴포넌트나 모바일 AP 등 시장 규모가 크고 수익성도 좋은 분야는 Intel, Qualcomm 등 선두 기업들이 장악하고 있고, 남아 있는 여지마저 스마트폰 제조업체의 독자 사업화로 인해 줄어들고 있다. 반면 아날로그 반도체나 센서 등의 시장은 제품별 시장 규모가 크지 않아서 대기업에게는 매력적이지 않고, 오랜 역량의 축적 및 SW와의 연계 개발이 필요하다는 점에서는 중소 기업이 진입하기에도 쉽지 않다. 탑승자의 안전, 생명과 연관되어 있으므로 내구성이나 안정성, 신뢰성 측면에서 가전용, 산업용 반도체에 비해 훨씬 높은 수준을 요구하는 자동차용 반도체의 경우에는 기술적 난제 외에도 난관이 많다. 거래선 개척의 문제라든지, 반도체 개발 기업이 자동차 기능의 안전에 관한 개발자 자격 인증을 규정한 국제 표준(ISO 26262)을 충족시켜야 하는 등 풀어야 할 과제도 많기 때문이다.
그래서 후발 주자 입장에서는 기술 변화 속도가 상대적으로 느려서 제품 사용 주기가 긴 산업용 반도체나 부품 공급의 가치 사슬에 신규 업체가 진입하기 힘든 자동차용 반도체 시장보다 아직 시장이 성숙되지 않은 IoT 분야라든지, 기술 변화의 주기가 짧아서 사업 진입 기회가 상대적으로 많은 사업에서 초기 진출 기회를 찾는 것이 오히려 진입 가능성이 커 보인다. 또 다른 시각에서는 시스템 반도체 그 자체가 이미 성숙된 산업이므로 성장률보다 점유율 확보가 더 중요하다는 의견도 있다. 여러 견해를 종합하면, 시스템 반도체 산업 내에서 새로 형성되기 시작한 분야를 목표로 하는 것이 진입 가능성을 높이는 방안이 될 것으로 보인다. 또한 오랜 경험과 지식 축적이 필요한 분야인 만큼 자체 개발을 고집하는 것보다 선두 기업들과 중국 기업들처럼 M&A를 통해 기술과 거래선을 동시에 확보하는 것을 우선 고려해 볼 필요가 있다.

시스템 반도체의 특성에 따라 사업 유형도 다양

메모리 반도체가 데이터의 저장이란 동일한 기능을 담당하는 데에 반해 시스템 반도체는 다양한 용도에 맞춰 개발되므로, 산업적 특성에서도 메모리 반도체와는 다소 다른 특성을 지닌 것으로 보인다.
첫째, 시스템 반도체는 메모리에 비해 상대적으로 다품종 소량 생산형 산업이다. 일단 다양한 용도에 맞춰 개발, 생산되다 보니 메모리 반도체보다 종류는 훨씬 다양하다. 그러나 동일 제품의 수요는 상대적으로 더 적다. 메모리의 경우, 제품 규격만 바꿔서 컴퓨터, 스마트폰, 자동차, 항공기까지 다양하게 사용되고 있는데 반해, ASSP나 특정 주문자에게 독점 공급되는 ASIC과 같은 주문형 반도체의 경우에는 한정된 제품에만 필요하기 때문이다.
둘째, 고객이 요구하는 다양한 기능을 각각 충족시킬 수 있는 반도체 설계 역량의 보유 여부가 핵심 경쟁력으로 작용한다는 점이다. 그 예로는 전 세계의 수많은 안드로이드 스마트폰 생산업체들이 사용하는 모바일 AP의 공급업체가 한동안 Qualcomm, MediaTek 등 소수에 불과했다는 점을 들 수 있다.
셋째, 메모리 반도체에 비해 전방 산업이나 경기 변화에 대해 비교적 비탄력적이라는 것이다. 메모리 반도체는 제품이 비교적 동질적이므로 모든 전방 산업의 영향을 받을 수 밖에 없는 데 반해, 주문형 제품인 시스템 반도체는 해당 산업의 경기에 대해서만 반응할 뿐이고, 경우에 따라서는 타 산업 경기의 영향을 거의 받지 않을 수도 있다. 이런 특성이 시스템 반도체 사업의 유형 형성에도 크게 영향을 미친 결과, 시스템 반도체 사업에서는 메모리 반도체와 달리 보다 분업화된 형태의 사업도 경쟁력을 갖출 수 있는 것으로 보인다(<그림 3> 참조).
메모리 반도체 사업이 반도체의 설계부터 생산, 패키징, 검사에 이르는 반도체 산업의 가치 사슬 전체를 일괄 수행하는 IDM 형태로 진행되는 것과 달리 시스템 반도체에서는 가치 사슬의 각 단계를 전문적으로 수행하는 기업들이 자리잡고 있는 것이다. 예를 들어 상위 20개 반도체 기업 중 5개 기업은 설계를 전문으로 하는 Fabless 기업인 것으로 나타났다(<표 2> 참조). 또한 Gartner에 따르면 반도체 산업 중 Foundry 업체의 매출이 차지하는 비중은 최대 35%, 시스템 반도체 산업에서 차지하는 비중은 최대 45%에 이를 것으로 추정되기도 한다. 시장 물량의 약 절반 정도가 설계 전문인 이른바 Fabless 기업들에 의해 개발되고 있다는 것이다.

미래를 준비하는 해외 기업들

동종 기업간 M&A가 활발

2013년 이후 시스템 반도체 시장에서는 미래 준비 목적의 합종연횡이 계속 진행되고 있다. 단순히 기존 사업의 규모를 키우기 위해서가 아닌, 새로운 성장 기반으로 기대되는 IoT 및 자동차 관련 시장의 토대를 확고히 다질 목적으로 선두권 기업들간 M&A가 활발하게 이루어지고 있는 것이다.
예를 들어 자동차 및 IoT 관련 통신칩 사업을 보유한 NXP는 2015년에 MCU 부문 세계 2위인 Freescale을 인수함으로써 사업 영역의 확대와 기술적 기반을 동시에 다지면서 자동차용 반도체 시장의 선두 기업으로 급부상했다. Infineon은 전력 반도체 6위권 기업인 International Rectifier를 인수하면서 시장 내 지위를 공고하게 다진 것으로 평가되었다. 역시 올해 중반에 발표된 Avago와 Broadcom의 합병은 유무선 통신 반도체의 강점을 결합시킨 사례로 거론되며, Intel의 Altera 인수는 빅데이터 시장을 준비하기 위해 Processing 기술의 향상을 꾀한 것으로 알려진다.

시스템 반도체 시장 진출을 확대하는 중국

기득권 확보 또는 시장 선점을 위한 미국, 유럽 등 선두권 기업들의 M&A 못지 않게 중국 기업들의 시장 진출 노력도 빨라지고 있다. 이러한 움직임은 한국, 일본 기업들의 정체된 모습과는 상당히 비교된다.
IC Insights의 최근 조사에 따르면, 2014년 기준 10대 Fabless 기업 중 2개, 50대 Fabless 기업 중에는 9개가 중국 기업인 것으로 알려진다. 이는 고작 1개에 불과했던 2009년에 비해 괄목할만한 성장이다.
시장 점유율 역시 높아져서, 19개 미국 기업의 64%에 뒤이은 8% 대를 기록, 유럽 기업 점유율의 2배 이상인 동시에 한국(6%), 일본(1% 미만)보다도 높았다. Fabless 기업만 600여 개가 넘는 등 세계 시장에서 중국 기업의 존재감 확대는 2010년부터 중국 정부가 추진해 온 반도체 사업 육성 정책의 우수한 성과로 볼 수 있다.
중국 기업들은 규모 확대에도 노력을 기울여서 칭화 유니 그룹이 세계 10위의 Fabless 기업인 Spreadtrum을 인수하는가 하면, 세계 5위의 Foundry 기업인 SMIC는 2014년 하반기에 한국 기업 인수를 추진하기도 했다.
대만 기업을 포함하는 경우, 시스템 반도체 시장에 속하는 Foundry 시장은 이미 중국계 기업들의 지위가 압도적이다. 세계 1, 2위인 대만의 TSMC와 UMC, 5위권인 중국의 SMIC 3개사의 점유율만 무려 70% 대에 육박했기 때문이다. ICT 산업에서 중국 기업과 대만 기업간의 전략적 협력이 갈수록 늘어난 최근 상황을 감안하면 시스템 반도체 시장에서 중국계 기업들의 지위는 점차 높아질 가능성이 커 보인다.
종합하면 중국 기업들은 설계부터 개발, 생산까지 시스템 반도체 시장의 가치 사슬 전반에 걸쳐 영역을 확보했고, 덩치를 키워가고 있는 것이다.

출처 : LG경제연구원