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차량용 반도체 첨단화...'한 자릿수 나노 시대' 온다

최종수정 2022.08.13 20:10 기사입력 2022.08.13 09:00

차량용 반도체, 모빌리티 발전과 함께 주목도 ↑…100조 시장 열린다
삼성전자·TSMC·인텔·퀄컴·엔비디아·테슬라까지 눈독
한 자릿수 나노 공정 차량용 반도체 기대…"안전성은 별개 과제" 평가도

반도체 이미지 사진 [이미지출처=픽사베이]

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[아시아경제 김평화 기자] 모빌리티 발전과 함께 차량용 반도체를 바라보는 시장의 기대가 커지고 있다. 전기차와 자율주행차가 날로 기술 발전 속도를 높이면서 다양한 기능을 뒷받침할 고성능 차량용 반도체 수요는 갈수록 늘어날 전망이다. 삼성전자와 인텔 등 주요 반도체 기업이 최근 차량용 반도체 사업을 위해 행보에 나선 이유다. PC나 모바일용 대비 성능이 떨어졌던 차량용 반도체가 서버급으로 업그레이드하면서 한 자릿수 나노미터(㎚, 10억분의 1m)로 나올 수 있다는 관측도 나온다.


수익성 낮고 과제 많던 차량용 반도체…주목도 높아지는 이유는

13일 반도체 업계와 관련 전문가에 따르면 차량용 반도체의 중요성이 커지면서 시장 참여 사업자가 늘어나고 있다. 기존에 차량용 반도체 시장은 독일 인피니온과 네덜란드 NXP, 일본 르세나스 등 소수 업체가 점유율 다수를 차지하던 곳이다. 삼성전자 등 기존에 익숙히 알던 주요 반도체 기업의 참여가 두드러지지 않았다. 다품종 소량 생산으로 수익성 낮은 데 비해 안전성과 기술 수준이 높게 요구돼 장벽이 있던 탓이다. 차량용 반도체가 전체 시장에서 10% 규모로 주요한 먹거리가 아닌 점도 배경이 됐다.

최근 들어서는 이같은 시장 상황이 변하는 추세다. 전통적인 내연기관차에서 전기차와 자율주행차로 기술 개발이 빠르게 이뤄지면서 차량용 반도체 역시 변화를 맞고 있는 것. 차량 내 다양한 인포테인먼트 시스템과 센서 등을 통한 데이터 처리가 요구되면서 점차 고성능, 고용량 제품의 수요가 증가하는 상황이다. 차량 하나에 포함되는 반도체 수 역시 늘어나고 있다. 여기에 자동차 업계의 반도체 교체 주기가 7~8년에서 3~4년으로 줄어드는 점 역시 관련 수요에 긍정적인 요소다.


삼성전자의 경우 그간 아우디와 폭스바겐, 현대자동차 등 완성차 업체와 테슬라를 납품사로 두며 관련 사업을 이어왔지만 차량용 반도체 시장에서 주요 사업자는 아니었다. 삼성전자 반도체 매출에서 차량용 제품이 차지하는 비중도 미미했다. 앞으로는 시장 수요가 늘어나는 데다 이재용 삼성전자 부회장이 미래 핵심 사업으로 전장 분야를 꼽은 만큼 관련 사업에 힘이 실릴 것이라는 예상이 나온다.


삼성전자는 2017년 업계 최초로 차량용 유니버셜플래시스토리지(UFS)를 선보인 전력이 있다. 이후 고성능 솔리드스테이트드라이브(SSD)와 D램 등 차량용 메모리 반도체를 시장에 제공해왔다. 2021년에는 차량용 통신칩과 인포테인먼트용 프로세서 등 차세대 차량용 시스템 반도체 3종을 발표했다. 그해 10월 개최한 반도체대전(SEDEX)에선 자사 차량용 반도체를 여럿 전시하며 관련 사업에 대한 관심을 분명히 했다.

삼성전자가 2021년 11월 공개한 차량용 시스템 반도체 제품 이미지 [출처=삼성전자]

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한진만 삼성전자 메모리사업부 전략마케팅실장은 2021년 12월 “첨단 차량용 토털 메모리 솔루션을 적기에 제공해 자율주행 시대를 가속하는 데 기여하겠다”고 의지를 밝히기도 했다.

인텔과 퀄컴, 엔비디아, 테슬라 등 주요 기업의 차량용 반도체 시장 참전도 관전 요소다. 일례로 인텔은 올해 차량용 반도체 파운드리(위탁 생산) 사업 진출을 공식화했다. 퀄컴은 2021년 스웨덴 자율주행 기술 스타트업인 비오니어를 인수하며 사업 확장을 예고했다. 자동차용 애플리케이션 프로세서(AP) 제품도 선보였다. 엔비디아 역시 차량용 칩셋을 선보인 데 이어 영국 재규어 랜드로버와는 관련 개발을 위해 협력 중인 상태다.


시장조사업체 옴디아는 이같은 변화로 세계 차량용 반도체 시장이 지난해 24.6% 성장한 데 이어 올해는 17.8% 성장할 수 있다고 봤다. 2025년까지 두 자릿수 성장을 이어간다는 설명이다. 그에 따른 관련 매출은 지난해 500억달러(65조3000억원)에서 2025년 840억달러(109조7040억원)로 68% 증가가 예상된다. 글로벌 반도체 시장이 공급망 위기와 미·중 갈등 등의 요인으로 성장 전망이 어두운 가운데 차량용 반도체는 오히려 성장세가 두드러질 전망이다.


차량용 반도체도 한 자릿수 나노 공정으로 갈까…"안정성 확보는 별개"라는 평가도

차량용 반도체 시장의 수요과 공급이 늘면서 관련 기술 개발 속도 역시 빨라질 수 있다는 관측이 나온다. 기존에는 차량에서 단순 기능을 제어하는 데 차량용 반도체를 사용하다 보니 고성능 수요가 없었다. 앞으로는 전기차, 자율주행차가 발달하면서 차량용 반도체의 성능과 용량이 서버급으로 발전할 수 있다는 전망이다. 첨단 수준의 미세 공정 도입도 가능성을 키운다.


차량용 파운드리 공급의 다수를 차지하는 대만 TSMC는 28㎚ 마이크로컨트롤러유닛(MCU)을 생산할 수 있도록 관련 생산 시설의 투자를 확대한 바 있다. MCU는 차량 제어의 핵심 역할을 하는 주요 부품이다. 일본 구마모토현에 들어서는 TSMC 새 공장이 12~16㎚ 제조 라인을 품을 것으로 예상되는데, 해당 시설에서 차량용 반도체가 생산될 수 있다는 시각도 있다. 해당 공장의 3대 주주로가 일본 자동차 부품사인 덴소이기 때문이다. 덴소는 도요타자동차 계열이다.

시장조사업체 가트너가 2021년 공개한 세계 차량용 반도체 시장 제품별 점유율 그래프 [출처=미래에셋자산운용(홍콩)]

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삼성전자의 경우 MCU 생산 과정에서 14㎚ 공정을 적용하겠다고 밝힌 상태다. 이미 테슬라 완전자율주행(FSD) 칩은 14㎚ 공정으로 위탁 생산 중인 것으로 전해진다. 테슬라 자율주행 기술이 발달할수록 협력 과정에서 초미세 공정이 더해질 수 있다는 예측이 나온다.


반도체 업계는 TSMC와 삼성전자 등 파운드리 주요 업체가 3㎚ 경쟁을 벌이는 상황에서 한 자릿수 ㎚ 공정의 차량용 반도체가 모습을 드러내는 것이 어려운 일은 아닐 것으로 본다. 기술 문제보다는 시장 수요 여부에 따라 실현 가능성이 달라질 수 있다는 설명이다.


반도체 업계 관계자는 “기존 MCU 등의 차량용 반도체가 상대적으로 단순한 기능을 컨트롤했다면, 전기차나 미래 자율주행차에 들어갈 반도체는 훨씬 고도화한 고성능이어야 한다”며 “이미 14㎚ 반도체가 공급되는 만큼 향후에는 더 미세 공정으로 들어갈 수 있다”고 말했다.


다만 차량용 반도체가 PC나 스마트폰용과 달리 높은 수준의 안전성, 내구성 등을 요구 받다 보니 이를 충족할 수 있을 지는 지켜봐야 한다는 평가도 있다.


김양팽 산업연구원 전문위원은 “자율주행차나 전기차엔 고성능 반도체가 많이 사용되다 보니 미세 반도체가 필요해질 수 있지만 기술 발전과 안정성은 다른 얘기다”며 “차량용 반도체는 안정성이 중요하다. 제품을 생산하더라도 실험해서 도입하려면 수년이 걸린다”고 설명했다.


김평화 기자 peace@asiae.co.kr
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