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시스템 반도체 주목해야 하는 이유, ‘산업구조’에 있다

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[무료 웨비나] 차세대 비전 시스템에서 JAI Go-X 시리즈를 활용하는 방법 (3/2, 온라인)

헬로티 서재창 기자 |

 

 

시스템 반도체가 핵심 산업으로 떠오르고 있다. 전 세계 산업은 4차 산업혁명으로 시작해 코로나19라는 굵직한 패러다임을 관통하며 변화에 변화를 거듭하고 있다. 이 가운데 시스템 반도체는 산업 분야를 막론하고 변화의 불씨를 당기는 기초 단위로서 주목받고 있다. 이미 주요 국가들은 시스템 반도체 시장을 선도하기 위한 장기 계획을 추진하고 있다. 


시스템 반도체의 부상

 

4차 산업혁명과 코로나19는 전 산업 분야에 디지털 전환을 가속화했다. 이로 인해 산업 구조가 재편됨에 따라, 데이터 관련 산업은 호황을 누리게 됐다. 특히 AI를 중심으로 데이터 수집·저장·처리에 필요한 소프트웨어 및 하드웨어를 연결하는 프로세스는 필수가 되고 있다. 

 

관건은 대량의 데이터 수집과 처리가 가능한 기술이 필요하다는 것인데, 이를 실현하는 기술이 바로 반도체와 AI 알고리즘이다. AI 알고리즘은 관련 기술이 오픈소스로 공유되고 있으며, 데이터 규제에서 자유롭다는 장점이 있다.

 

반면 데이터 처리를 위해 필요한 하드웨어는 미국과 대만, 중국 등 주요 선도국가에서 강세를 보인다. 이에 우리나라를 비롯한 세계 각국에서도 데이터를 처리하는 핵심 하드웨어인 시스템 반도체 개발을 추진하고 있다. 

 

한국수출입은행에 따르면, 시스템 반도체 시장은 연평균 7.6%로 성장 중이며, 2025년 3389억 달러에 달할 것으로 전망된다. 미국은 인력, 기술, 자본 등 인프라가 골고루 발달한 전통적인 시스템 반도체 강국으로, 세계 시장의 60% 이상을 차지한다. 중국은 ‘중국 제조 2025’를 시작으로 반도체 굴기를 통해 추격 속도를 높이고 있다. 

 

반도체 산업 생태계 알아보기

 

반도체 산업은 제조 공정에 따라 R&D, 설계(디자인), 생산, 조립(패키징), 테스트로 이뤄지며, 위 과정을 종합적으로 담당하는 종합 반도체 기업(IDM)과 특정 단계를 전문적으로 담당하는 단계별 전문기업으로 구성된다. 메모리 반도체는 데이터를 기억 및 저장하는 반도체로 삼성전자와 SK하이닉스와 같은 IDM 기업이 전 세계 메모리 반도체 분야 70%를 점유 중이다. 

 

반면, 시스템 반도체는 각 단계별로 강점을 보유한 기업이 등장하고 있는데 설계 담당인 칩리스(IP), 팹리스, 설계와 생산을 연결하는 디자인 하우스, 생산을 담당하는 파운드리, 패키징 등 후공정 중심의 OSAT 등으로 나눠진다.

 

시스템 반도체 공정이 분화된 이유는 표준 제품 중심의 범용 양산 시장이 대상인 메모리 반도체와 달리 시스템 반도체는 통신, 자동차 등 용도와 산업 분야에 따라 특화된 시장을 형성하고 있기 때문이다. 이와 함께 시스템 반도체는 다품종 소량생산이 가능하다는 점과 데이터 경제로 전환된다는 특징이 있다. 

 

오늘날 메모리 반도체는 기술이 발전함에 따라 가격 경쟁력 단계로 접어들었으나 시스템 반도체는 시장에 따라 수요가 다를 뿐더러 설계 기술력과 우수한 설계 인력으로 차별화된 경쟁력을 갖출 수 있다. 무엇보다 시스템 반도체가 주목받는 이유 중 하나는 시장의 크기다.

 

시스템 반도체 시장은 메모리 반도체 시장 대비 2배 이상 크다. 이는 데이터 처리 제품이 자동차, 전자제품 등으로 확장되면서 수요처가 다변화되고 수요에 따른 맞춤 생산이 가능해져 수요 의존도를 낮추게 되기 때문이다.

 

특히 2025년 이후 자동차용 반도체 수요가 큰 폭으로 성장할 것으로 전망되면서 시스템 반도체가 우리나라의 주력산업 경쟁력을 좌우할 것으로 보인다. 가전제품과 ICT 제품이 발달한 국내 산업구조를 고려했을 때 우리나라는 시스템 반도체가 성장할 수 있는 배경을 갖춘 셈이다. 

 

‘잠재력은 충분’ 그렇다면 2022년은?

 

전 세계 시스템 반도체 시장 규모는 지난 2020년 2665억 달러에서 2022년 2907억 달러로 연 평균 4.5% 성장을 기록하고 있다. 시스템 반도체는 8000여 종의 제품, 다양한 수요산업, 파운드리 확대로 메모리 반도체와 달리 가격 및 투자 변동성이 낮다. 또한, 기업마다 특정 전방산업에 특화돼 산업별 수요 전망에 근거한 팹 가동률, 위탁 생산량 등으로 조정된다. 

 

생산 영역인 파운드리는 시스템 반도체 시장성과 연결된다. 트렌드포스의 조사에 따르면, 지난해 3분기 전체 파운드리 시장 매출의 97%를 차지하는 상위 10대 기업의 올해 3분기 매출은 272억7700만 달러를 기록하며 전 분기보다 약 12% 성장세를 보였다. 

 

전 세계 파운드리 매출은 2019년 3분기부터 9분기 연속 최대 규모를 경신하고 있다. 한국수출입은행에 따르면, 파운드리 고객사 중 팹리스 비중은 87%며, 2020년 상위 10개 팹리스 매출은 전년 대비 26.4% 성장을 기록하며 파운드리 수요를 견인했다. 

 

다수 IDM 기업이 설비 투자 부담 등으로 팹 라이트 전략을 취함에 따라, 파운드리 시장은 성장할 것으로 보인다. 또한, 테슬라, 구글 등 반도체 수요기업은 자사 수요를 기반으로 제품 개발 주도권 확보, 사용자 경험 차별화 등을 위해 반도체 자체 개발을 추진할 계획이다.

 

이뿐 아니라 트렌드포스는 5G, IoT 등과 관련된 반도체 수요 증가로 파운드리 공급 부족 상황이 이어질 것이며, 이를 통해 파운드리 시장의 매출 증가가 계속될 것으로 전망했다. 

 

한편, TSMC와 삼성전자는 2020년부터 5나노 제품을 생산할 예정이며, 후발주자들은 7나노 투자를 포기함에 따라 두 기업의 행보가 더욱 주목된다. TSMC와 삼성전자는 2021년부터 2024년까지 매출의 30% 이상을 첨단 공정 파운드리 중심으로 투자할 계획이다.

 

TSMC의 투자 규모는 2020년 177억 달러에서 2021년부터 2023년까지 1000억 달러로 증가, 2021년 투자비는 약 280억 달러로 전년 대비 약 63% 확대를 추진했다. 삼성전자의 파운드리 투자 역시 2021년 12조 원으로 전년 대비 50% 이상 증가한 것으로 알려졌다.

 

2021년 3월 인텔은 파운드리 시장 재진출을 발표했으나 첨단 공정으로 이르는 과정에 시간이 소요될 것으로 보인다. 














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