차량용 반도체 공급망 생태계-review

 

*전자통신동향분석 제36권 제3호 2021년 6월 인쇄된 동명의 논문을 참조하였음. 

 

 차량용 반도체는 자동차가 스스로 운전하거나 전기로 움직일 수 있도록 각종 시스템을 제어하는 반도체이다. 자동차 내·외부의 온도, 압력, 속도 등의 각종 정보를 측정하는 센서와 엔진, 트랜스미 션 및 전자제어장치, 각종 장치들을 움직이는 모터 등의 구동장치 등에 사용. 고전류 출력을 위한 드라이버 IC, 전원을 공 급하는 파워 IC, 자동차 전장 시스템을 제어하는 MCU(Micro Controller Unit) 등 수많은 반도체가 자 동차에 탑재됨.  가솔린, 디젤 등 내연기관 자동차에는 평균 200~300개의 반도체가 탑재되고 있고, 전기차에 는 1,000개, 자율주행차에는 2,000개 이상이 탑재 될 전망. 인포테인먼트, ADAS (첨단운전자보조시스템), 전기 파워트레인용 전력 반도체 등에서 수요가 급증할 것.

 

- 차량용 반도체의 주요 기능별 비중으로는 MCU 가 30%로 차량 전장시스템 전반을 제어하며, ADAS, ECU 등에 탑재

- 자동차용 AP 는 비중이 10%로 CPU, GPU, 통신칩, ISP, 여러 종 류의 인터페이스 등이 탑재되어 두뇌 역할을 수행

- 메모리는 7%의 비중으로 자동차가 고성능 컴퓨터로 변모하여 다량의 정보를 저장·보관

- 기타는 7%를 차지하는데, Driver IC, Power IC 등으로 엔진, MPDS(Motor Driven Power Steering), EPS(Electric Power Steering) 등 고전류의 출력이 필요한 장치에 사용되거나, 반도체 발전장치에서 공급되는 전류를 안정적인 직류전원공급

 

 

[기술적 특성]

 

1. 기술 장벽이 높음. 사람의 안전과 연계되기 때문에 산업용이나, 컴퓨터나 스마트폰용 반도체보다 높은 수준의 안전성과 내 구성이 필요함. 제조공정에서부터 탑재되기 때문에 영하 40℃에 서 영상 70℃의 온도에 견뎌야 하며, 7~8년간 제 품을 그대로 유지해야 하는 내구성을 갖춰야 한다

 

2. 두뇌 역할을 하는 MCU의 경우 주문에서 인도까지 걸리는 리 드타임이 26주 이상 소요되고, 반도체를 제작하는 것은 가장 복잡한 제조공정의 하나로 단시간 내에 생산을 늘리거나 품목을 변경할 수 없음. 장기 간의 품질시험 및 인증절차를 거쳐야 되기 때문에 4~5년의 개발기간을 거쳐야 하는 등 신규 업체의 진입이 어려움. 

 

[산업적 특성]

 

1. 차량용 반도체는 대량생산이 가능한 메모리반 도체와는 달리 다품종 소량생산 체제. 자동차 에 들어가는 반도체 종류가 수십 가지인데, 이 모 든 걸 한 업체가 생산할 수 없어 절대적인 강자가 없고, 분야별로 업계 상위권이 모두 다르다

 ex) MCU 의 경우 한 대의 럭셔리 SUV를 생산하기 위해 7개 업체로부터 38개의 MCU를 필요함. 

 

2. 자동차에 탑재되는 반도체 칩은 개당 평균 2달러로 자동차 1대에 소 요되는 반도체의 총 단가는 자동차 판매가격 대비 2~3%를 차지한다. 차량용 반도체 업체가 수익성 을 담보하려면 반도체 하나당 적어도 3~4천만 대 에 탑재해야 함.  차량용 반도체를 국산화해서 현 대기아차에 공급하면 수요처가 최대 800만 대에 불과함. 따라서 반도체 자동차 반도체 회사의 이익율도 한자리에서 10%초반 정도임. 

 

2. 차량용 반도체 시장은 종류가 많고 분야가 넓어 압도적인 1위 기업이 존재할 수 없음. 차량용 반도체에서는 1 위 기업이 네덜란드 NXP(21%)로 2위 기업인 독일 인피니언(19%), 3위 일본 르네사스(15%), 4위 미 국 텍사스인스트루먼트(14%), 5위 스위스 ST마이 크로일렉트로닉스(13%) 등과 크게 차이나지 않고 주요 5개 기업이 세계시장의 82%를 점유해 시장을 분점하고 있음. 한 번 공급관계를 맺기도 어렵지만, 끊기도 쉽지 않아 신규업체가 새로운 차량용 반도체를 상용화하 더라도 수요처를 확보하기가 매우 힘들다

 

 

3. 차량용 반도체는 구형인 8인치 웨이퍼를 사용 하고, 90~180nm 제조공정에 머물러 있는데 비해, 삼성전자 등 최신 파운드리에서는 12인치 웨이퍼 를 사용하고, 기술 집약도가 높은 CPU·그래픽처 리장치(GPU)를 생산함. 일반 차량용 반도체는 구식 기술인 반면, MCU 등 고부가가치 부품은 제 조에 최신 시설이 필요해 TSMC 등 대형 파운드리 업체에서만 제조할 수 있음. 자동차의 두뇌 역할을 하는 MCU 시장은 표 4에서 보듯이 르네사스가 30%, NXP가 26%를 점유하고 있으며, 이들은 주로 설계에 치중 하고, 생산은 TSMC가 세계 물량의 75%를 담당

 

 

[제품별 밸류체인 구성 및 대표 기업의 생산 품목]

 

1. MCU(Micro Controller Unit, 특정 시스템을 제어하기 위한 전용 프로세서로 대부분의 전자제품에 채용돼 전자제품의 두뇌 역할을 하는 핵심 칩 )는 NXP, 르네사스, NEC, TI, 후지쓰, 인피니언, 덴소, ST마이크로일렉트로닉스가 생산

 

2. ASIC /ASSP 생산업체는 ST마이크로일렉트로닉스, 인피니언, NXP, 보쉬, NXP, TI, 르네사스, ON 세미콘덕터, 도시바

 

3. 아날로그는 Linear Tech, NewJRC, 르네사스, 산 켄, ON 세미콘덕터, 내셔널 세미콘덕터 등

 

4. 디스크리트는 인피니언, 보쉬, 덴소, NXP, NEC, ST마이크로일렉트로닉스, 롬(Rohm), 미쓰 비시전기 등

 

5. AP/AI칩은 삼성전자, 퀄 컴, 엔비디아, 애플, 테슬라 등이 생산

현업 탑티어 기업 현황과 신규 진입 회사 현황

 

 

[국내 자동차용 팹리스업체의 현황]

 

- 국내 업체로 표 9에서 보듯이 팹리스로 실 리콘웍스, 텔레칩스, 혜성디에스, 넥스트칩, 픽셀 플러스, VSI, 실리콘 마이터스 등이 있다. 파운드 리로는 DB하이텍, SK하이닉스시스템IC 등이 있다.

 

 

- DB 하이텍은 세계 10위 파운드리 업체로 파워 트레인용 전력관리칩, 전조등·후미등 모터구동칩 및 전력관리칩, 내비게이션·오디오시스템용 전력 관리칩, 인포테인먼트용 반도체 등 20여 개 제품을 공급

 

- 삼성전자는 차량용 AP 브랜드 ‘엑시노스 오토’ 및 이미지센서 브랜드 ‘아이오셀 오토’를 출시, 자율주행차용 이미지센서 고도화로 소니와 경쟁하고 테슬라와 웨이모의 자율주행차 칩을 개발. SK하이닉스는 자동차 티어1,2 부품업체와 협 업해 차량용 메모리 반도체를 공급