[기고] 반도체 업계 M&A로 인한 시장 변화 주목해야..

지난 한 해는 반도체 업계에 있어서 유난히도 커다란 변화의 한 해였습니다. 기록적인 인수합병 사례가 이어졌고, 무선부품 산업의 상당 부분에서 일용품화가 일어났으며, 전혀 새로운 디바이스 구조인’ FinFET(3차원 반도체 소자로 만들어져 구동전류 증가는 물론 전원 차단 시, 전류를 완전 차단하는 기술)’의 도약이 이루어졌고 설계 방법론도 하드웨어 가속 방식으로 커다란 전환을 가져왔습니다.  

2016년에는 현재 진행중인 인수합병뿐만 아니라 새로운 인수합병들로 인해 보다 큰 영향이 미칠 것으로 예상됩니다. 또한 시스템 설계, 그 중에도 특히 자동차 전장 및 데이터센터 분야에서 기술적인 해결과제에 직면하게 될 것입니다.

2015년 회고: 사상 최고의 다수의 반도체 기업 M&A로 인한 산업 지도 변화
2015년은 반도체 산업에 있어서 극적인 변화의 한 해였습니다. 업계의 인수합병은 사상최고의 기록을 세웠습니다. 휴대폰용 전자소자의 일용품화로 인해 반도체 칩 가격이 하락하면서 여러 업체들이 이 사업 분야에서 철수했습니다.

14/16nm FinFET의 생산 증대는 실리콘 디바이스 구조의 기술발전에 있어서 8세대만에 처음으로 이루어진 중대한 불연속적 기술혁신으로서 IC 설계 방법론은 대형 디지털 전자소자의 검증이 하드웨어 가속(또는 에뮬레이션) 방식과 하드웨어/소프트웨어 통합 검증 방식으로 나아감에 따라 중대한 불연속적 기술혁신을 경험했습니다.

- 인수합병 추세의 가속: 반도체 업체 합병의 제시 횟수와 규모는 2015년 상반기에 극적인 증가를 보였습니다. 현 추세대로라면 2015년은 총 시장 규모가 1600억 달러를 넘는 40여건에 가까운 합병 완료로 최고의 기록을 세우는 한 해가 될 것입니다. 인텔과 알테라의 경우처럼 대기업들이 훨씬 작은 기업들을 인수하는가 하면 NXP와 프리스케일의 경우처럼 대기업들이 다른 대기업들을 인수하기도 하고 아바고와 브로드컴의 경우처럼 대기업들이 그보다 더 큰 대기업들을 인수하기도 했습니다.  

이처럼 활발한 인수 활동이 이루어진 것은 반도체 산업의 성숙에 따른 필연적인 결과라는 견해가 많았습니다. 매출 성장의 둔화로 인해 기업들이 규모의 경제를 통해 보다 높은 효율성을 달성하고자 합병을 추진하고 있다는 것입니다. 

그러나 반도체 산업에 대한 데이터에서 보다 큰 규모의 달성이 수익성 개선으로 이어진다는 증거는 찾아볼 수 없습니다. 반도체 업체의 영업이익과 그 매출액 간에는 사실상 아무런 상관 관계도 없습니다(그림 1). 게다가 이러한 기업합병의 물결은 2014년 말부터 갑자기 시작된 것으로서, 그 전까지는 40년 이상 기업통합 사례가 거의 또는 전혀 없었습니다. 이 새로운 합병의 물결은 낮은 차입비용으로 인해 인수를 통한 매출 성장이 용이해졌기 때문일 가능성이 보다 높습니다. 이러한 인수는 피 인수업체에 상당히 높은 액수를 지불하더라도 손쉽게 수익 증대로 이어질 수 있습니다. 그리고 이러한 합병 활동은 유동 자산을 낮은 이자율로 사용할 수 있는 한은 계속될 가능성이 높습니다.

- 무선 칩셋의 일용품화: 2년 전부터 업체들이 무선 칩셋 산업에서 철수하거나 인수되는 추세가 점점 더 증가되어 왔습니다. 모든 중요한 반도체 애플리케이션 성장의 물결(예컨대, 미니컴퓨터, 휴대용 전자계산기, 퍼스널 컴퓨터 및 핸드폰)에서 그렇듯이 판매수량의 성장이 둔화되고 기능의 표준화가 이루어짐에 따라 항상 기업합병 및 가격 압력 추세가 나타나게 마련입니다. 

선도적인 칩 공급업체 순위에 극적인 변화도 있었지만, 최근까지만 해도 스마트폰의 등장과 급성장이 반도체 시장의 성장을 유지시켜 주었습니다. 그러나 휴대폰의 엄청난 물량적 성장과 휴대폰 및 서비스 공급자 모델의 변화(샤오미의 하드웨어 박리다매 접근방법과 같은) 그리고 상대적으로 안정화된 표준들로 인해 공급자 수는 줄어들었으며 칩 가격도 떨어졌습니다. 

PC 산업에도 똑 같은 일이 일어나면서 백여 개가 넘던 IBM 호환 PC 제조업체들이 기업합병의 물결에 휩쓸린 바 있습니다. 일시적으로는 고통스러웠겠지만, 살아남은 업체들은 매우 효율적인 체질을 갖춘 업체로 변모했습니다.  언제나 그랬듯이 반도체 업체들은 다음 번에 밀려올 거대한 애플리케이션 물결을 위해 준비할 수 있습니다. 아직 어떤 것이 될 지는 알 수 없지만 이 제품 또한 수십억 개에 달하는 물량을 요구하게 될 것입니다.

- 14/16nm가 제시하는 새로운 역량과 도전과제: 우리는 매 2~3년 주기로 반도체 공정 세대가 바뀔 때마다 직면하게 되는 새로운 기술적 도전에 대처하는 데 익숙해져 있지만, 기본적인 디바이스 구조가 바뀌는 일은 거의 없습니다.

그러나 올해에 우리 업계는 진정한 새 디바이스 구조인 FinFET과 마주해야 했습니다. 최초의 14/16nm 디자인을 서둘러 완성하려는 움직임은 비용이나 복잡성 보다는 소비전력 감소가 요구되었기 때문입니다. 이것은 갈수록 증가하는 IC의 복잡성을 다루기 위한 최대의 해결과제가 되었습니다.  

FinFET이라는 기술 변화를 통해 누설이나 정적 전력소모를 크게 감소시킬 수 있게 되었습니다. SOI(silicon on insulator) 역시 동일한 이점들을 다수 제공했지만, 그 사용은 주로 RF 부품의 설계에 그쳤습니다. 디지털 로직에서 업계가 주로 선택한 것은 FinFET으로서, 그에 따른 설계 및 제조상의 어려움들을 해결해야만 했습니다. 

이러한 상황은 극자외선(EUV) 포토리소그래피 기술을 아직은 사용할 수 없다는 사실 때문에 더욱 복잡해졌습니다. 이로 인해 제조 및 설계 커뮤니티는 보다 많은 더블 패터닝을 위한 기법들을 채택하게 되었습니다. 그 동안 충분한 테이프아웃이 이루어져 오면서 상황은 안정되고 있는 듯이 보입니다. 10nm 디자인의 수가 점점 더 늘어나고 있는 가운데, 2017년에는 7nm 노드가 등장하리라는 발표도 따랐습니다.

- 에뮬레이션, 대규모 디지털 칩 디자인의 초석이 되다: 1973년 이래로 IC 디자인의 기능성이 정확한지를 검증하는 주된 방법은 범용 컴퓨터 상에서 이루어지는 시뮬레이션이었습니다.  칩의 복잡성이 증가함에 따라 디자인의 기능성을 시뮬레이트하기 위해 수만 개의 프로세서를 갖춘 보다 큰 컴퓨터 서버 팜이 구축되었습니다. 

1980년대에는 하드웨어 가속기의 사용이 갈수록 늘어나는 추세였는데, 이는 그래픽 칩과 같이 너무도 크고 복잡해서 시뮬레이션이 불가능한 칩의 거동을 ‘에뮬레이트’하기 위한 것이었습니다. 그러나 그 사용은 여전히 매우 제한적이었습니다. 에뮬레이터는 매우 복잡해서 주변장치 회로들에 대한 수많은 연결을 필요로 했으며, 컴퓨터 서버라기보다는 실험실 도구에 훨씬 더 가까웠기 때문입니다.  

그러나 지난 10년 동안에 이 모든 상황이 바뀌었습니다. 최신 세대의 에뮬레이터들은 다른 모든 서버처럼 데이터센터에 배치할 수 있는 범용 서버가 되었습니다. 그럼에도 불구하고 에뮬레이터 시장의 성장세는 비교적 정체된 상태에서 벗어나지 못한 채 지난 10년간 연간 1억 6000만 달러 정도의 규모에 그치고 말았습니다.  

이 모든 추세가 4년전부터 변화하기 시작하더니 2015년에 이르러 변화 추세는 더욱 가속되었습니다. 그 이유는 대규모 디지털 디자인의 복잡성이 범용 컴퓨터 상에서 실행되는 시뮬레이션의 역량을 넘어섰기 때문입니다. 복잡한 마이크로프로세서, 네트워킹 칩, 그래픽 칩 및 메모리 컨트롤러들을 검증하기 위해서는 시뮬레이션이 제공할 수 있는 것보다 수백, 수천 배는 더 강력한 검증 능력이 필요했습니다. 이 때문에 에뮬레이션을 통한 하드웨어 가속으로 대대적인 전환이 이루어지기 시작했습니다. 

모든 주요 EDA 업체들이 범용 컴퓨터 상의 시뮬레이션보다 최소한 1000배는 더 빠른 성능을 제공하는 맞춤설계 된 에뮬레이션 하드웨어를 가지고 경쟁하게 되었습니다.  이로 인해 지난 3년 동안에 에뮬레이션 시장의 규모는 2배 이상 확대되어 평균 3억5000만 달러 정도의 규모에 이르렀습니다. 

이는 또한 시뮬레이션/에뮬레이션 통합 운영체제 및 설계 환경의 개발로 이어졌습니다.  필연적으로, 칩이나 시스템의 ‘가상’ 표현이 가능해짐에 따라 칩에서 실행되도록 개발된 소프트웨어를 검증할 수 있게 되었습니다. 에뮬레이터가 많은 경우에 추가적인 소프트웨어 검증을 위한 전용 FPGA 카드까지 포함하는 총체적인 검증 환경의 중심이 된 것은 이 때문입니다. 

2016년에도 계속되는 변화: 합병 이후 조직력 강화 나서, 자동차전장 시장 확대 기대
2016년에는 어떤 일이 기다리고 있을까요? 2015년에 일어난 변화는 그야말로 엄청난 것이었습니다. 2016년에도 필연적으로 수많은 인수합병 활동이 이어지겠지만, 한편으로는 이미 이루어진 인수 작업의 결과를 ‘소화하는’ 한 해가 될 것입니다. 

또한 자율운전 자동차, 첨단 운전자 보조 기능, 차량 내 인포테인먼트 그리고 자동차 커넥티비티를 통해 구현되는 수많은 새로운 기능들에 대한 기업들의 전략 발표가 이어짐에 따라 자동차 전장 분야의 성장 추진력에는 더욱 가속도가 붙을 것입니다. 

새로운 세대의 데이터 서버 아키텍처들은 IC 칩셋 지원 분야를 장악하려는 경쟁에 불을 지필 것입니다. 이러한 경쟁을 이겨낸 승자들이 나타날 것이며 인수나 연합을 통한 승자도 나타날 것입니다.

- 합병 작업의 소화: 앞으로는 2015년에 1600억 달러 가까운 규모로 이루어진 인수 작업과 이후로도 지속적으로 이루어지게 될 새로운 인수 사례들로 인해 더욱 활발한 변화가 전망됩니다. 이러한 업체들은 합병을 통해 달성될 시너지를 공약했으며, 이러한 공약들은 아마도 지켜질 것입니다. 이는 수많은 종류의 비용절감 작업들을 뜻합니다.

어떤 경우에는 R&D 부문에서 절감이 이루어지겠지만, 대부분의 경우에는 다른 효율성들이 시너지의 대부분을 이루게 될 것입니다. R&D 부문의 축소는 엔지니어링 인력의 고용에 영향을 미칠 것이며, 공급망 일부에도 영향을 미칠 것입니다. 

그러나 과거의 사례에서 보건대 반도체 산업 분야에서 R&D 부문의 축소는 연구개발 노력이 실제로 축소된다기 보다는 R&D 주체의 변화에 가까운 경향이 있습니다. 그림 3에서 보듯이, 반도체 분야의 R&D 규모는 반도체 산업의 역사 전반에 걸쳐 거의 매년 증가해 왔습니다.  전자 엔지니어들의 실업률은 미국 상무부(DoC)가 추적해온 거의 모든 범주 중에서 가장 낮습니다. 따라서 비록 2016년에 어느 정도의 혼란은 있겠지만 해직된 엔지니어들은 경쟁사들에 의해 빠르게 흡수되거나 독자적으로 새로운 기업들을 창업할 것입니다.  

반도체 R&D 부문의 매출 대비 비율은 지난 32년간 13~14퍼센트로 일정했습니다. 우리 산업 분야의 효율성이 갑자기 증대되기라도 해서 R&D 투자 비율을 줄이고도 매출을 계속 유지하거나 증대시킬 수 있을까요?  

충분히 가능한 일이며 있을 수도 있는 일입니다. 합병 결과의 소화 과정이 진행되는 향후 일 년간은(또는 2~3년간은) 이러한 14퍼센트라는 일정 수준 이하로 떨어질 수도 있습니다. 그러나 과거의 선례를 보건대 다음 번 히트 제품이 등장할 때마다 이는 다시 상향 추세로 돌아설 것입니다.

히트 제품의 물결이 밀려올 때마다 그렇듯이 대량의 실리콘이 소비되기 시작할 것입니다. 가장 최근에 성장을 견인한 제품의 물결은 무선 전자장치였습니다.  과거에 그랬듯이 새로운 물결이 몰려올 것입니다. 이는 사물인터넷(IoT)의 역량을 기반으로 한 것일 수도 있고, 어쩌면 반도체 기술 분야의 다른 어떤 발전사항이 될 수도 있습니다.

- 혁신과 인프라 성장을 견인하는 자동차 전장 분야: 자동차 전장의 복잡성은 지난 수년간 급속히 증가해 왔으며, 이제는 신차의 차별성을 구현하는 데 있어서 상당한 비중을 차지하게 되었습니다.  차량 내 인포테인먼트(IVI), 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS), 운전자 정보 시스템용 오디오/비디오 그리고 궁극적으로는 자율운전 자동차의 역량이 요구됨에 따라 중요한 개발 문제가 대두되고 있습니다. 자동차에서 전자장치가 차지하는 비중은 이제 BoM의 40퍼센트에 육박하고 있으며 임베디드 소프트웨어의 개발이 자동차 설계에서 가장 중요한 부분 중 하나가 되었습니다. 

2016년에도 이러한 추세는 더욱 더 가속될 것입니다. 20여 개가 넘는 자동차 제조업체들이 지난 십 년간 실리콘 밸리를 기반으로 하는 사업 개발 및 혁신 스카우트 팀을 구성해 왔습니다. 
전자 설계 자동화(EDA) 산업 분야는 ‘커넥티드 카’의 기능들을 도모하기 위한 칩을 설계해야 하는 어려움 외에도, 자동차의 전자 시스템과 전기적 연결성을 개발 및 검증하기 위한 새로운 설계 자동화 툴들을 개발해야 하는 문제에 직면하고 있습니다. 

이와 동시에 EDA에 있어서 임베디드 소프트웨어의 중요성은 훨씬 더 커지고 있습니다. 이러한 시스템 설계 추세가 진행됨에 따라 거의 모든 IC 설계를 자동화 해온 방법론들이 자동차 및 항공우주 제품의 설계에 적용됨으로써 새로운 기술성장의 혁신을 가져올 것입니다.  
2016년은 매우 중요한 한 해가 될 것입니다. 대부분의 자동차 OEM 업체들과 일차 공급업체들이 자신들의 미래를 이끌어갈 가장 중요한 기술로서 전자 설계와 임베디드 소프트웨어에 집중할 것이기 때문입니다.

- 데이터센터 장비 분야 주목해야: 2016년에 반도체 업체들의 또 다른 주요 전장은 데이터센터라는 시험대가 될 것입니다. 빅데이터와 클라우드 가상화, 소셜 네트워킹으로 인해 데이터 프로세싱과 저장 용량에 대한 엄청난 요구가 일어나고 있습니다.

거대한 규모의 데이터센터들이 건설되고 있으며, 이들은 전력소비와 성능, 냉방 및 보안 기능을 최적화하기 위해 근본적으로 새로운 아키텍처를 갖추고 있습니다.  새로운 세대의 데이터센터는 전통적인 데이터센터에 비해 데이터 전송량의 75%를 데이터센터 내에서 지원하지 않으면 안 됩니다.

따라서 전통적인 계층적 컴퓨터 네트워크로부터 근본적인 변화가 요구되고 있습니다. 광통신 디바이스, 스위치 어플라이언스 IC 및 서버용 칩의 공급업체들에게는 커다란 기회가 주어지고 있습니다. 합병과 연합은 대안적인 접근방법들을 견인하고 있습니다. 데이터센터 장비 시장의 규모는 총 2,000억 달러에 육박하고 있습니다. 그 중에 반도체 제품의 비중은 300억 달러 가까이 되며 가장 빠른 성장을 보이는 부문은 광 데이터 부품이 될 전망입니다. 

글: 월리 라인스(Wally Rhines) / 멘토그래픽스 회장 겸 CEO