자동차용 반도체 글로벌 시장 및 기술 동향


세계 2위의 반도체 산업과 5위인 자동차 산업의 결합으로 우리나라는 차량용 반도체 시장에서 높은 성장잠재력을 보유하고 있으며, 자동차 업체들은 구성부품의 원가경쟁력 확보를 위해서, 반도체 회사들은 메모리반도체를 넘어서는 새로운 돌파구로써 차량용 반도체를 새로운 기회로 보고 있다. 차량용 반도체는 중장기적으로 많은 연구개발비 투자와 선진업체들의 높은 장벽 때문에 자동차 업체나 반도체 업체도 쉽게 접근하기 어려우므로, 업계는 물론 정부도 장기계획을 수립하여 보다 집중적인 투자가 필요가 필요하다.


글: 김원종 책임연구원, 변경진 실장, 엄낙웅 부장/ 시스템반도체연구부
한국전자통신연구원 / www.etri.re.kr

 


자동차 전장/반도체 시장 동향
한국은 세계 5대 자동차 생산국으로 2013년까지 9년 연속 5위를 유지하고 있으며, 인도, 브라질, 멕시코, 태국, 캐나다 등이 뒤를 따르고 있다. 특히 2013년에는 일본의 생산량이 감소한 반면 중국의 자동차 생산량은 크게 증가하여 2위인 미국과의 격차를 벌려가고 있다.

하지만, 자동차용 반도체 세계 시장 점유율 상위 10개사에 한국 기업은 없으며, 자동차용 반도체는 거의 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다.

▲ 그림 1. 자동차 생산국 순위 한국자동차산업협회 2014년 2월

차량용 반도체 시장은 전체 반도체 시장의 약 8% 수준에서 서서히 증가하는 추세를 보이고 있다.
자동차에서 차지하는 차량용 반도체의 원가 금액은 대당 $320~$400 수준으로, 최근에 자동차의 전장화가 빠르게 진행되면서 원가 비중이 크게 증가할 전망이다.

자동차용 반도체 주요 기술 분야별 시장은 파워트레인 분야가 가장 큰 비중을 차지하며, 내비게이션 분야를 제외하고는 꾸준한 상승세를 보이고 있으며, 특히 안전 및 제어 분야와 인포테인먼트(내비게이션 제외) 분야가 약 6%로 두드러진 성장을 보이고 있다.

▲ 표 1. 세계 자동차 생산국 순위 (단위: 천대)

▲ 표 2. 세계 자동차 전장/반도체 시장 점유율 상위 10개사 자료: iSupply, 2013


자동차 전장에서의 응용 분야별 반도체 시장 전망을 살펴보면, 안전 관련 분야가 8.6%로 가장 크게 성장하고 있으며, 섀시 및 파워트레인 분야가 그 뒤를 따르고 있다.

특히 크게 성장하고 있는 안전운전 관련 반도체를 소자 종류별로 살펴보면 ASIC/ASSP가 9.9%로 크게 성장하고 있으며, CMOS 이미지 센서와 고휘도 LED 등을 포함하는 기타 반도체 분야도 매우 빠르게 성장하고 있다.

자동차용 반도체 시장에서 큰 비중을 차지하는 MCU 시장을 살펴보면, 전체적으로 약 13%의 꾸준한 성장률을 보이고, 섀시 및 안전 관련 분야가 큰 비중을 차지하면서 꾸준한 성장세를 보이고 있다.

 

자동차 전장/반도체 산업 동향
르네사스, 인피니언, ST마이크로일렉트로닉스, 프리스케일 등 반도체 기업들이 차량용 반도체 시장선점을 위해 적극적인 투자 및 연구개발 추진하고 있다.

르네사스는 2012년 차량용 반도체 분야에서 1위 업체로, 세계 MCU(마이크로컨트롤러) 시장에서도 21% 점유율을 기록하고 있으며, 도요타와 같은 일본 자동차업계뿐만 아니라 유럽 내의 차량용 정보시스템에서도 자사의 차량용 반도체를 공급하고 있다. 2013년 4월에는 9개 코어를 탑재한 차량 정보 기기용 SoC인 R-Car H2를 발표하였으며, 2015~2017년 시판 차량에 채용할 예정이다. 특히 2014년 2월에는 LCD 반도체 사업을 철수하는 등 자동차 반도체 시장에 집중하는 움직임을 보이고 있다.

▲ 그림 2. 세계 반도체 시장에서 차량용 반도체 시장의 규모

▲ 그림 3. 자동차 한 대당 반도체 원가 추세 [US$]

인피니언은 2012년 세계 차량용 반도체 시장에서 르네사스에 이어 2위를 차지하였으며, 유럽에서는 수년 동안 부동의 1위를 차지하고 있다. 특히 고전압 차량용 전력 반도체 기술 분야에서는 세계 최고 수준으로, 현대자동차와 차량용 반도체 개발에 협력하고 있으며 BMW, 닛산을 비롯한 자동차업계와 기술협력을 확대하고 있다.

자동차의 파워트레인 및 섀시 애플리케이션을 위한 300MHz 동작 가능한 32비트 마이크로컨트롤러 제품군을 2012년 6월에 출시하였다. 국내에서는 2007년부터 현대 기아차와 전략적 협력 관계를 유지하고 있으며, 2013년 11월에는 전기차용 전력반도체 전문 인력 양성을 위한 아카데미를 한양대학교와 공동으로 설립하기도 하였다.

ST는 인포테인먼트와 텔레매틱스, 32비트 마이크로 컨트롤러 및 스마트 파워 IC 등을 생산하고 있다. 2012년 10월에는 아우디와 자동차 기술 혁신을 추진하기 위하여 첨단 반도체 솔루션을 함께 개발하기 위한 전략적 파트너십을 맺었다.

▲ 그림 4. 자동차용 반도체 주요 분야별 시장 현황 및 전망 자료: iSuppli, 2013

▲ 그림 5. 자동차 전장 응용 분야별 반도체 시장 전망

프리스케일(Freescale)은 임베디드 프로세싱과 센서, RF, 전원관리 등의 통합으로 차별화된 제품을 제공하는데 강점이 있으며, 파워 아키텍처 제품군은 GM의 엔진제어 분야 등에 제공되어 실효성을 인정받고 있다. MCU, MOSFET 게이트 구동 장치, 전압 조정기, 로컬 상호 연결 네트워크(LIN) 물리 계층 등 시스템의 네 가지 요소를 단일 칩 솔루션으로 2012년 말부터 제공하고 있다.

적응형 크루즈 컨트롤과 같은 능동 안전 애플리케이션용으로 새로운 자동차 레이더 송신기를 2012년 11월에 발표하였다. 2014년에는 3중 코어 기반 다중 운영제체 적용이 가능한 차세대 자동차 계기판용 MCU(MAC57D5xx)를 출시하기도 하였으며, 16/32비트 MCU 기반으로 CAN을 내장한 지능형 배터리 센서도 출시하였다.

현대 기아차는 인피니언과 차세대 차량용 전장시스템과 맞춤형 반도체 등에 대한 중장기 공동 연구개발을 위해 협력하는 한편 자회사인 현대오트론을 2012년 4월에 설립하여 체계적인 자동차용 반도체 개발 추진하고 있다.
차량용 반도체 시장이 커지자 국내 팹리스 업체들이 관련 기술 개발을 추진하고 있다.

- 국내 최대 팹리스로 부상한 실리콘웍스가 최대 4개의 모터를 하나의 반도체로 구동할 수 있는 멀티채널 모터 구동칩을 세계 최초로 개발하고 양산에 돌입
- 넥스트칩은 SXGA급 자동차용 고화질 영상처리기능 및 ECU(엔진컨트롤러유닛)통합 SoC개발 과제를 바탕으로 영상입력을 받는 카메라모듈과 영상 신호처리용 ECU 부분을 하나로 통합하는 기술 개발 중
- 텔레칩스는 2012년 기존 오디오 프로세서 중심에서 벗어나 자동차용 AVN (Audio Video Navigation) 솔루션 분야로제품군을 확대
- ㈜아이에이(기존 씨앤에스테크놀로지)는 DMB 수신칩을 현대차의 에쿠스, 그랜저 TG, 오피러스 등의 모델에 납품하였으며, 단기간 내에 적용이 가능한 차량용 인포테인먼트 분야를 중심으로 고성능 칩을 개발하고, 이후 개발대상 범위를 다양한 분야로 확대 예정

만도는 미국 자동차 반도체 업체인 프리스케일과 협력하여 차량용 반도체 기술을 개발하고 있도체 영역을 포함한다. 센서를 통한 Dynamics 정보와 환경인식 정보를 이용하여 차량의 Total Safety를 구현하는 지능형 차량 통합 안전 제어 ECU 개발도 추진하고 있다.

현대모비스와 만도는 스마트카 핵심 부품 국산화를 위하여 2010년부터 지능형 순항제어시스템(ACC), 사전충돌예방시스템(PCS), 사각지대감지시스템(BSD), 차선변경보조시스템(LCA) 등의 안전 주행 및 편의 시스템 개발을 위한 핵심 기술인 차량용 레이더 센서 기술을 자체 개발하고 있다.

자동차 전장/반도체 기술 동향
자동차 전장 기술은 안정성과 편의성 요구 증대와 환경오염 및 자원 고갈에 따른 관련 기술 개발 요구에 따라서 지능형 자동차 및 친환경 자동차 기술 개발과 안전 주행 기술 개발이 주된 방향으로 대두되고 있다.

▲ 그림 6. 안전 관련 자동차 반도체의 종류별 시장 전망

▲ alt="0010(그림 7. 자동차용 MCU 시장 전망)"

친환경 자동차 관련 기술은 많은 관심을 받고 있기는 하지만, 2020년 이후에 본격적으로 활성화될 것으로 전망된다.
1997년 세계 첫 상용화 모델인 도요타의 프리우스(Prius) 양산과 1999년 혼다의 인사이트(Insig ht)로 대변되는 하이브리드카(HEV)가 당초 예상과는 달리 일본과 미국을 중심으로 연간 시장규모가 100만대(2009년 74만대, 2010년 81만대) 미만에 그쳤으나, 최근에 친환경차에 대한 관심이 증대되면서 2013년 7월 누적판매 300만대를 돌파하였다.

자동차의 환경규제가 강화되면서 미국과 유럽에 수출할 때 전기차를 생산하지 않을 수 없는 구조로 변화하고 있으며, 2015년까지는 해외에 자동차를 수출할 때 경차 등을 같이 수출하여 자동차 환경 규제를 대응할 수 있지만, 2020년부터는 기존차로 대응이 불가능하여 전기차를 개발할 수밖에 없는 상황이다.

▲ alt="0011(그림 8. 프리스케일 MAC57D5xx 블록도 자료: 프리스케일)"

▲ alt="0012(그림 9. 차량 통합 안전 제어 ECU 개념도)"

글로벌 자동차업계는 소형경량화와 함께 동력시스템의 저연비화 노력을 계속하고 있으며, 전기차, 연료전지차 등 신개념 동력시스템을 탑재한 자동차를 개발하여 본격적으로 양산에 나서고 있다.

소형경량화, 친환경차, 스마트카로 요약되는 자동차업계의 3대 트렌드 변화 가운데 단연 주목받는 것이 배터리와 모터기술의 발달과 함께 2011년부터 다수의 양산용 전기차가 출시되는 글로벌 전기차시장의 전개가 이루어지고 있다.
자동차 전장 기술은 수동 안전 기술에서 안전 주행을 위한 능동 안전 기술 개발로 발전하고 있다.

▲ alt="0013(표 3. 자동차 환경 규제 동향)"

특히 ISO 26262 표준화에 따른 기능안전 반도체 개발의 요구가 급격하게 높아지고 있다. 시스템 오류 감시 기술이 접목된 고안전 멀티코어 MCU 개발이 증가하고 있으며 정보 제공 분야, 운전자 경고 분야, 사고 회피 분야 및 통합제어 분야 등 지능형 자동차를 향한 기술 개발도 크게 증가하고 있다. 차간거리 제어시스템, 자율주행, 차선이탈 경보ㆍ방지시스템, 지능형속도제한 시스템 등 4개 요소기술로 나누어 개발되고 있다.

비전 센서와 레이더 센서 융합 및 V2X 기술 등 상호 보완적인 기술들 간에 다양한 융합 기술 개발도 활발하게 추진되고 있다. 모빌아이(MobilE ye)는 2007년부터 레디어-비전 퓨전 시스템을 개발하여 볼보의 일부 차량에 활용되고 있다.

▲ alt="0014(그림 10. 자동차 안전 운전 제어 기술 발전 방향)"

많은 자동차 관련 기업들이 장기적으로는 자율주행 자동차를 위한 기술 개발에 주력하고 있다. 능동안전 기술과 스마트 드라이빙 기술이 적용된 미래 자동차의 지향점으로 2026년 이후에 자율주행 자동차가 도로를 주행할 수 있을 것으로 기대된다. 자율주행 자동차 핵심기술로는 무인자동차 시스템 및 그를 위한 비전 및 센서를 이용한 시각정보의 입력 및 처리장치, 무인화 운행에 적합한 조향 알고리즘, 통합관제 시스템과 운행감시 고장진단 체계, 지능제어 및 지능운행 장치 등이 있다.

▲ alt="0015(그림 11. 지능형 자동차 기술 예)"

▲ alt="0016(그림 12. 비전과 레이더 센서 퓨전 기술 개념도 자료: Delphi)"

7개 스마트폰 기업이 보유한 미국 자동차 관련 특허는 962건으로 스마트폰 기업의 차량 관련 특허 출원 증가하고 있다. 구글은 주로 자율주행자동차 기술에 중점을 두고 있고, 소니는 자동차 미러와 라이팅 시스템과 같은 부품 특허는 물론이고 인포테인먼트 시스템 기술을 개발하고 있으며, 애플은 주로 자동차 인포테인먼트 시스템 관련 특허를 출원하고 있다. 삼성은 주로 전기차와 재충전배터리 기술에 집중하고 있으며, LG전자는 자동차 내비게이션과 경로 안내, 배터리 최적화, 전기차 운행과 제어 시스템 특허 출원하고 있다.


▲ alt="0017(그림 13. 스마트폰 기업의 차량용 특허 출원 동향)"

결론 및 시사점

차량용 반도체는 다른 반도체와 달리 품질과 가격경쟁력을 갖추면 안정적인 수요확보가 가능한 분야이다. 우리나라는 세계 2위의 반도체 산업과 5위인 자동차 산업의 결합으로 국내 업체는 차량 반도체 분야의 높은 성장잠재력을 보유하고 있다. 차량용 반도체 시장은 자동차 업체들에게는 구성부품의 원가경쟁력 확보를 위해서, 반도체 회사들에게는 메모리반도체를 넘어서는 새로운 돌파구로써 새로운 기회로 볼 수 있다.

차량용 반도체는 막대한 연구개발비와 선진업체들의 높은 장벽 때문에 자동차 부품 업체나 반도체 업체도 쉽게 접근하기 어려우므로, 업계는 물론 정부에서도 장기적인 계획을 수립하여 보다 집중적인 투자가 필요하다.


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