최근 전 세계적으로 차량용 반도체 공급 부족 현상으로 완성차 업체들이 물량 확보에 경고등이 켜졌다. 차량용 반도체 공급 부족은 자동차 수요예측 실패와 파운드리 기업의 생산능력 제약 등이 복합적으로 작용한 결과다. 주요 자동차 회사는 코로나19로 자동차 수요가 급감하여 부품 발주를 하향 조정했지만, 자동차 수요가 예상보다 빠르게 회복되면서 부품 재고가 빠르게 소진되며 생산 차질 발생한 것이다. 또 파운드리 기업들은 차량용 반도체 발주가 축소되자 수요가 증가하는 5G, 가전 관련 반도체 수주를 확대하여 차량용 반도체 발주 회복에도 불구하고 생산라인을 확대하지 못한 상황이다.

 

 

필수 부품인 차량용 반도체

 

자동차가 단순히 내연기관 동력으로만 움직이는 제품이 아닌지는 오래됐다. 최근 자동차는 단순한 이동 수단에서 정보기술(IT)과 결합한 종합 편의 장치를 구비한 생활 공간으로 변모하고 있다. 과거 자동차는 운송 기능에 충실한 기계 장치에 불과했다면, 이제는 안전과 편리함, 친환경 등에 대한 수요가 강조되면서 다양한 전자 기기를 구비하고 있다. 자동차 구동을 위한 엔진과 동력 전달 장치뿐만 아니라 운행 정보와 차량 상태, 첨단운전자지원시스템(ADAS), 텔레매틱스 등을 구현하기 위한 첨단 전자 시스템을 장착하고 있다.

 

이 가운데 차량용 반도체는 온도, 압력, 속도 등의 각종 정보를 측정하는 센서와 엔진, 전자 기기 등을 조정하는 전자 제어 장치 등에 사용되는 핵심 부품이다. 자동차에 장착된 여러 전자 기기를 제어하는 데 사용되며 친환경차, 자율주행차의 등장으로 더욱 많은 반도체가 사용될 전망이다.

 

최근 출시되는 자동차에는 안전과 편리함을 위해 다양한 전자 기기들이 장착되면서 자동차 1대당 200~400개가량의 반도체가 사용된다. 자율주행차에는 2,000개 이상의 반도체가 사용될 것으로 전문가들은 보고 있다.

 

차량용 반도체는 운전자의 안전과 직결되는 핵심 부품이기 때문에 컴퓨터나 스마트폰 등에 쓰이는 가정용 반도체보다 매우 높은 수준의 안전성과 내구성이 요구된다. 자동차 엔진의 뜨거운 열과 엄청난 속도 등을 견뎌내야 하고 운전자의 안전과 직결될 수 있기 때문에 차량용 반도체는 온도, 습도 범위, 동작 시간 등에서 높은 신뢰도가 수반돼야 한다.

 

 

차량용 반도체 범위 확대

 

이처럼 필수 부품이 된 차량용 반도체의 시장은 당연히 큰 폭으로 확대될 전망이다. 자동차 기업들은 차량에 디지털 계기판, 헤드업디스플레이(HUD), 인포테인먼트(Inforta-inment), ADAS 등의 기능을 적극적으로 도입 중이며, 이로 인해 차량용 반도체의 적용 범위가 확대되고 있다.

 

현재 일반 자동차에는 150달러 상당의 반도체가 사용되는데, 향후 ADAS와 레이더, 센서, 통신 부품 등에 500달러 이상의 반도체가 탑재될 전망이다. 글로벌 시장조사기관에 따르면 자율주행차 판매량은 2025년 23만 대에서 2035년 118만 대 수준으로 증가할 것이며, 이로 인해 높은 사양의 고가 반도체 사용량이 크게 늘어날 것으로 보고 있다.

 

비록 코로나19 영향으로 2020년 상반기 매출이 하락했지만, 차량용 반도체 시장은 전기차의 보급, 스마트카와 자율주행차의 등장으로 2019년 이후 연평균 7% 성장을 거듭하며 2026년 676억 달러 규모에 달할 것으로 예상된다.

 

특히 차량용 반도체는 기존의 센서, 인포테인먼트, 차량 제어에 사용된 개별 반도체에서 대용량 데이터의 실시간 초고속 처리와 차량 동작이 가능한 융합 반도체로 기술 진화가 가속하는 상황이다. 인공지능, 그래픽처리장치(GPU) 등의 기술 발달로 지능형 융합 에지 디바이스(Edge Device)로 차량용 반도체 기술이 고도화되는 추세이며, 현재 개발되는 차량용 반도체는 외부 클라우드와 무선 네트워크를 통해 자동차 시스템이 상호 연결되어 인공지능을 통한 인지, 제어, 연산 등의 초고속 처리 기능을 수행하는 수준이 달한다. 커넥티드 자율주행차를 위해 5G 통신에 기반해 차량과 사물 간(V2X, Vehicle to Everything) 통신이 가능한 융합형 차량용 반도체 개발도 진행 중이다.

 

 

유럽‧미국‧일본 기업 등이 시장 선도

 

전 세계 차량용 반도체 시장은 유럽, 일본, 미국 등 선진 기업들이 시장을 과점하고 있으며, 높은 안전성 규제로 인해 시장 진입장벽이 높다. 유럽은 현재 주도권을 가진 분야에서 지속적인 기술적 우위를 유지하기 위해 반도체 표준을 강화하며 신규 기업의 시장 진입을 제한하고 있으며, 미국은 기존 차량용 반도체 기업 외에 엔비디아, 인텔 등 IT 기업의 참여로 자율주행 관련 원친 기술 확보에 주력하고 있다. 후발주자인 중국은 반도체 분야에 전방위 투자를 진행하고 있으며, 풍부한 자금력을 바탕으로 자율주행 관련 반도체 기업을 지속적으로 인수·합병해 몸집을 키우고 있다. 우리나라는 대기업과 중견 팹리스(반도체 설계) 기업을 중심으로 ADAS와 인포테인먼트 분야 반도체의 연구개발에 투자를 집중하는 상황이다.

 

전문가들은 차량의 핵심 부품으로 공급이 부족한 현 상황이 최소 2021년 3분기 이후 완화될 것으로 예상하고 있다. 차량용 반도체는 발주에서 납품까지 기간이 12~16주에서 26~38주로 증가해 최소 2021년 3분기 이후 공급 부족이 해소될 것으로 보인다. 차량용 반도체는 IT기기용 반도체 대비 긴 사용 기간, 혹독한 환경(고온·고습 등) 등으로 신뢰성 확보가 중요하여 차량용 반도체 생산 경험이 없는 타 파운드리로 전환은 어렵고, 주요 자동차 생산국인 미국, 독일, 일본은 대만 정부에 차량용 반도체 증산을 요청했으며 대만의 TSMC는 우선순위 조정 등을 통해 차량용 반도체 생산 확대 추진하고 있다.

 

 

국내 팹리스 기업에는 기회

 

우리나라 자동차산업도 일부 반도체 수급이 원활하지 않아 차량용 반도체 공급 부족 장기화 시 생산 차질 불가피한 상황이다. 현대기아차는 주 단위 재고 점검후 생산계획을 조정하며, 차량용 반도체 재고를 보유한 차량 모델 중심으로 생산라인 가동 중, 한국GM은 부평 공장 가동률을 낮춰 운영 중이다.

 

하지만 상황이 장기화될 경우 완성차와 부품사는 차량용 반도체 공급 부족에 따른 원가 상승과 생산 차질로 수익성이 악화될 가능성이 높다. 차량용 반도체 가격이 10% 상승하면 자동차 생산원가는 약 0.18% 상승하고 현대차의 영업이익은 1% 감소되는데, 주요 파운드리 업체들은 2021년 가격을 전년 대비 10~15% 인상했다.

 

더욱이 우리나라 파운드리 기업은 차량용 반도체 공급 부족 해소하는 데 한계가 있다. 우리나라 파운드리는 차량용 반도체 생산 공정을 보유하지 않은 상황이며, 향후에도 관련 투자 확대는 미미할 것으로 예상된다.

 

우리나라 파운드리는 차량용 반도체 매출 비중이 작으며, 모바일 반도체 대비 낮은 수익성, 높은 품질요구 수준 등으로 관련 사업 확대도 어려울 것으로 예상된다. 삼성전자는 고부가 IT관련 반도체 중심으로 수주 확대를 추진하여 차량용 반도체 매출 비중이 낮도, 텍사스 오스틴 팹에서 테슬라의 자율주행칩(HW3.0)을 14나노 공정으로 생산 중이다. 앞으로도 자율주행칩 등 고부가 차량용 반도체를 중심으로 수주 추진 예상된다. DB하이텍은 아날로그 반도체 전문 파운드리나 차량용 반도체 매출 비중은 5% 미만으로, 생산능력 확대보다는 생산성 향상에 투자 추진하고 있다.

 

반면 우리나라 팹리스 기업은 완성차 기업의 부품 공급사 다변화 추진으로 차량용 반도체 사업 기회가 확대될 가능성이 있다. 이번 차량용 반도체 공급 부족 사태를 계기로 완성차 기업이 부품 공급사를 다변화할 것으로 예상되어 우리 기업이 차량용 반도체 사업을 확대할 수 있는 기회가 될 것으로 예상된다. 우리나라 완성차기업은 차량용 반도체의 해외 의존도가 98%로 높고, 우리나라의 자동차 분야 팹리스는 극소수이며 차량용 반도체 개발 역량이 부족하지만, 정부의 정책적 지원 등으로 중장기적으로 관련 역량 확보 예상된다.

 

아울러 주요 파운드리의 투자 확대 추진 등으로 반도체 장비 수요가 증가하면서 우리나라 반도체 장비 기업도 일부 수혜를 받을 것으로 예상된다.

 

MeCONOMY magazine May 2021