미리보는 2024 ②] 국내 차량용 반도체 기반 확보의 원년

[테크월드뉴스=박예송 기자] 2024년 차량용 반도체 시장은 반도체 전체 시장에서 비중을 확대하며 반도체 시장을 이끄는 분야로 자리잡을 것으로 예측된다. 이에 국내 완성차 및 반도체 기업들 역시 협업을 통해 해당 사업 확대를 계획하고 있다.

▶ 자율주행차, 반도체가 성능 가른다

최근 전기차 및 하이브리드 차량의 보급이 확대됨에 따라 자동차 분야에서 반도체와 전장부품 솔루션에 대한 수요가 계속해서 증가하고 있다.

차량용 반도체는 자동차의 센서, 엔진, 제어장치 및 구동장치 같은 핵심부품에 주로 사용되는 반도체로 보통 컴퓨터나 스마트폰 등에 쓰이는 반도체보다 훨씬 높은 수준의 안정성과 내구성을 필요로 한다.

차량용 반도체 성장은 자동차 판매 대수의 증가보다는 전기차, 자율주행 자동차 기반 차량내 전장부품 탑재 비중 증가에 기인한다. 현재 내연기관 자동차에는 평균 200~300개의 반도체가 탑재되고 있는데 전기차에는 1000개, 자율주행차에는 2000개 이상의 반도체가 탑재될 전망이다. 특히 자율주행 기술 수준이 높아지면서 CPU, 이미지센서, 인포테인먼트용 칩셋 등 차량에 탑재되는 반도체 종류가 늘고 성능도 비약적으로 뛰어올랐다.

시장조사업체 옴디아는 차량용 반도체 매출 규모가 올해 760억 2700만 달러(약 100조 2000억 원)에서 2028년 1298억 3500만 달러(약 171조 1200억 원)으로 커질 것이라고 분석했다.

기존 자동차 반도체는 크게 전력반도체, ECU, 센서 반도체 등으로 분류되는데 최근 자율주행 반도체 역시 빠르게 성장 중이다. 차량용 반도체에서는 NXP, 인피니언, 르네사스, TI, ST마이크로일렉트로닉스 등 주요 5개 기업이 세계시장의 82%를 점유하고 있다. 이렇듯 차량용 반도체의 경우 주로 해외 기업이 주도하고 있는데 최근 국내기업은 해외 기업과 협력하고 국내 기업에 투자하는 등 차량용 반도체 시장 확대를 위해 노력하고 있다.

▶ 최대 효율 뽑아내는 전력반도체

전력반도체는 전력을 변환 및 제어, 분배해 배터리 사용 시간을 늘리고 전력 사용량을 줄이는 역할을 한다. 기술 진입장벽이 높고 차종별로 맞춤 설계가 필요해 공급업체와 생산규모가 한정적이다.

차량용 반도체 시장에 공을 들이고 있는 삼성전자는 차세대 전력반도체 시장 진출을 선언했다. 삼성전자는 고성능 저전력 질화갈륨(GaN) 전력 반도체 양산을 위한 파운드리 서비스를 오는 2025년부터 시작할 계획이다.

현대자동차·기아는 전기차 성능 향상과 전력반도체 공급망 확보를 위해 인피니언 테크놀로지스와 전력반도체 전략 협업 계약을 체결했다. 이번 계약으로 현대자동차·기아는 향후 출시 예정인 전기차와 하이브리드 모델의 전력 성능 향상을 목표로 인피니언과 기술개발 협력을 진행할 계획이다.

또한 2030년까지 전동화 차량 생산에 필요한 전력반도체 물량 중 일부를 인피니언으로부터 공급받기로 했다. 현대자동차·기아는 최근 글로벌 전동화 시장 확대에 따라 전력반도체 수요가 증가하는 가운데 공급 불확실성을 해소하고 전력반도체를 안정적으로 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

▶ 자율주행을 위해 특화된 반도체

자율주행반도체는 테슬라가 처음으로 제시하면서 새롭게 등장한 반도체 분야다. 테슬라는 CPU-NPU 결합형태의 자율주행반도체를 제작하고 있다. 반도체 업계에 따르면 테슬라는 차세대 자율주행 칩 ‘HW5.0’의 생산을 삼성전자에 맡길 가능성이 큰 것으로 알려졌다. 2022년 기준 삼성전자 파운드리 전체 매출에서 차량용 반도체 매출은 약 5%지만 테슬라 자율주행차 양산이 본격화되면 차량용 반도체 수요가 급증할 것으로 전망된다.

또한 삼성전자는 5나노 파운드리 공정으로 미국 AI 반도체 기업 암바렐라의 자율주행 반도체를 생산한다고 밝혔다. 4나노 공정도 오토모티브로 확대하는 등 2027년까지 파운드리 사업에서 모바일 외 제품군의 매출 비중을 50% 이상 높여나갈 계획이다.

자율주행차 인포테인먼트 분야에도 집중하고 있다. 삼성전자는 현대자동차의 차량에 프리미엄 인포테인먼트용 프로세서인 ‘엑시노스 오토 V920’을 공급한다. 양사는 2025년 공급을 목표로 협력할 예정이다.

삼성전자는 자율주행 모델 차량 확대에 맞춰 차량용 반도체 수요가 증가할 것으로 판단하고 글로벌 파운드리 거점을 북미에 두고 인재 영입을 늘리고 있다. 상당수의 차량용 애플리케이션프로세서(AP) 칩 개발자 채용 계획을 밝혔다.

▶ 기존 전장반도체 기술 업그레이드, 메모리도 성장 기대

차량용 반도체 시장에서 마이크로컨트롤러유닛(MCU) 비중은 30%로 가장 크다. MCU는 ADAS, ECU 등에 탑재되며 차량 전장시스템 전반을 단순 제어하는 역할을 했다. 내연기관만해도 약 200개의 MCU가 사용된다.

그러나 MCU은 테슬라의 등장과 함께 어플리케이션프로세서(AP)와 통합 운영체제(OS)를 통해 유기적으로 움직이는 하나의 컴퓨터로 다시 태어났다. 테슬라는 자율주행을 위한 AP와 ECU, MCU 등 3~4개가량의 통합 칩셋으로 차량을 제어한다. 기존 자동차들이 수십개가 넘는 칩셋으로 분산돼 운영되는 것과 비교하면 테슬라는 통합 칩셋으로 중앙 집중화된 제어 시스템을 운용한다.

국내기업에서도 통합된 칩셋을 개발하려는 움직임이 보이고 있다. 차량용 시스템 반도체 팹리스 기업 보스반도체는 자동차에 쓰이는 MCU 반도체 기능을 함축해 하나의 MCU가 많은 기능을 담당하는 하이엔드 MCU 개발을 계획 중이다.

현대자동차·기아는 보스반도체에 20억 원 규모의 투자를 실시했으며 보스반도체와 전략적 협업을 강화해 전기차 및 자율주행 차 등에 일부 적용 가능한 맞춤형 차량용 반도체 개발을 추진한다는 계획이다.

메모리반도체 시장에서도 차량용 반도체의 성장세는 가파를 것으로 보인다. 자율주행차의 인포테인먼트 시스템이 발달하면서 차량 내부에서 구동되는 AI에 필요한 고성능·고용량 메모리 반도체 수요가 증가하고 있다.

삼성전자는 턴키수주를 통해 고객의 요구에 부합하는 차량용 메모리를 선보이겠다는 GDP(GAA, D램, 패키징) 전략을 세워두고 있다. 차량용 인공지능 시스템 반도체 생산을 수주한 뒤 세부 구성 품목인 메모리까지 패키징해 판매하는 방식으로 사업 시너지를 도모할 계획이다.

삼성전자는 ‘삼성 테크 데이 2022’에서 2025년에 차량용 메모리 시장에서 1위를 달성한다는 목표를 세운 바 있어 2024년이 차량용 반도체 기반의 해가 될 것으로 기대된다.