인문학적 반도체_2.우리나라 반도체의 현재와 미래(2)

4장. 반도체 산업은 어떻게 움직이나?

그럼 메모리 분야의 절대강자인 우리나라 반도체의 미래는 어떨까요? 

삼성전자는 정부와 함께 지난  2019년 4월 ＇시스템반도체 비전 2030＇을 발표했습니다. 

오는 2030년까지 133조 원을 투입해 메모리 분야가 아닌 시스템반도체 분야에서도 1위를 차지하겠다는 야심 찬 계획이었습니다. 

올해 5월에는 투자 금액을 더 늘려 총 171조 원을 투자하기로 했습니다. 

그럼 왜 시스템 반도체에 투자하여야 할까요? 

가장 큰 이유는 시장의 크기 때문입니다. 

[출처: 중앙선데이_21.01.30 ]

WSTS의 전 세계 반도체 시장 전망을 보면 올해 매출은 5508억 달러(약 648조 원)로 추정됩니다. 

메모리 분야는 1611억 달러(약 189조 원)로 전체 반도체 시장의 29.2%를 차지합니다. 

나머지는 CPU, GPU, AP와 파운드리 등 시스템 반도체가 차지하고 있습니다. 

또 다른 이유는 시스템반도체는 메모리 반도체처럼 시장 상황에 따라 가격 변동폭이 큰 분야가 아니라는 점입니다. 

4차 산업혁명으로 시스템 반도체는 컴퓨터나 휴대폰 외에도 자동차, 가전, 로봇 등 여러 분야에 쓰여 가격 변동폭이 상대적으로 적습니다. 

또한 시스템 반도체를 개발하는 회사들이 대부분 Fabless회사들이라는 점입니다. 

팹리스 회사에서 칩만 설계하고 제조는 제조만 담당하는 파운드리에 맡기기 때문에 파운드리의 역할이 중요해질 수밖에 없습니다. 

특히 점점 공정이 초미세화되가고 있어 이에 대한 과감한 투자가 중요합니다. 

또한 앞으로 트랜지스터의 물리적 사이즈의 한계를 2~3 나노로 예측하기 때문에 새로운 반도체 기술을 개발해야만 합니다. 

예를 들어 웨이퍼 위에 소자를 만든 후 그 위에 다시 얇은 실리콘을 붙이고 소자를 만드는 3D 집적 기술이나 스핀소자 같은 새로운 소자 개발에도 적극 투자해야 합니다. 

삼성전자에서는 현재 GAA(Gate-All-Around) 기술로 3nm제품 개발을 진행하고 있습니다.   

핀펫은 전류가 흐르는 채널이 3개면 이었지만 GAA는 말 그대로 '모든 면에서' 전류가 흐르게 하는 방식입니다. 이를 통해 궁극적으로 반도체 소형화와 함께 고성능화를 구현할 수 있어 3nm GAA 공정을 활용하면 7nm 핀펫 대비 칩 면적은 45%, 소비전력의 경우 50% 절감할 수 있다고 합니다. 게다가 성능은 약 35% 향상될 것으로 기대됩니다.

[ 출처: 삼성 반도체 이야기 ]

                                                                                                                                            

이렇게 메모리 반도체에서는 세계 최고를 구가하지만 시스템 반도체에서는 초라한 성적입니다. 

시스템반도체 분야에서는 국내기업의 경쟁력은 아직 미약하여 3% 내외의 시장점유율에 머무르고 있으며 DDI, CIS, PMIC 등 상대적으로 기술장벽이 낮은 분야에만 한정된 경쟁력을 보유하고 있는 상황입니다.

[ 한국의 글로벌 시장점유율 추이 _출처: 한국반도체산업협회 ]

우리나라 팹리스는 2005~2010년에 연평균 41% 성장했으나 피처폰에서 스마트폰으로의 전환, 디스플레이 수요 정체 등 환경변화에 대응하지 못하면서 경쟁력 약화되기 시작했습니다. 특히 우리 수요기업은 스마트폰 대응이 늦어 검증된 부품을 선호했으며, 글로벌 경쟁력 확보를  위해 고사양 기술을 요구하나 국내 팹리스는 R&D 부족 등으로 이에 대응하기 어려웠습니다. 

2009년은 국내 DMB 방송을 위한 칩이 시장을 주도하였고, 2010년 이후 스마트폰, 스마트TV, 스마트카 등의 등장과 함께 DDI(Display Driver IC), CIS(CMOS Image Sensor), AF(Auto Focus) Driver IC 등이 시장을 대체하면서 관련 기업이 부각되었지요. 

다수가 중소기업인 국내 팹리스는 우수 인력 확보의 어려움, 중국과 가격경쟁, 기술개발에 대한 투자비 부담, 재무건전성 악화 등으로 성장세가 둔화되고 있습니다. 기존 팹리스 업체 수도 줄었고 신규 창업 기업도 줄었고 일 할 사람도 줄었습니다. 우리나라 팹리스의 파운드리 기술 수요는 미들엔드급이 많으나 삼성전자 파운드리는 10나노 이하 최신 공정 중심으로 수급의 미스매치 발생하여 국내 팹리스기업의 국내 파운드리 이용비중은 40% 수준이며 해외 파운드리를 통해 제품을 생산하면서 비용 및 시간 등이 증가하고 있지요.

[ 2021년 국내 팹리스 기업 매출 순위 _ 출처 : 한국 팹리스 연합회 ]

무엇보다도 시스템 반도체는 우수한 설계 인력이 가장 큰 경쟁력이라 파운드리와 함께 동반 성장할 수 있는 능력 있는 팹리스들이 많이 나와야 합니다. 

[ 출처_미국 백악관 보고서 ]

그래야 메모리 반도체뿐 아니라 시스템 반도체에서도 우리나라가 세계 1위가 되는 그야말로 빛나는 역사를 쓸 수 있지 않을까요?