“시스템반도체”… 무엇이며 왜 전략 산업인가

차세대 반도체 산업은 IT융합 제품(스마트 자동차, 사물인터넷, 착용형 스마트 디바이스 등)에서 연산, 제어, 전송, 변환, 저장 기능 등 지능형 서비스를 수행하는 차세대 전자소자·공정의 소재·부품·장비·설계기술 관련 고부가가치 산업을 통칭한다.

한편, 지능형 서비스는 IT기술을 기반으로 제품의 자율성, 기능성을 개선하여 인간 삶의 질, 사회 안전성 등을 향상시키는 고부가 서비스(스마트자동차의 자율주행 기능 등)이다.

시스템 반도체는 두뇌 역할을 하는 칩으로 정보의 연산, 처리, 제어, 가공 기능을 담당하는 전자소재이다. 시스템 반도체는 데이터 저장이 주 용도인 메모리 반도체와 달리 여러 기능을 단일 칩에 통합하여 경제성 및 편의성 극대화한다.

시스템 반도체는 다양한 기능을 가지는 시스템을 하나의 반도체에 집적하고, 소프트웨어와 융합하여 시스템의 고성능화, 소형화, 저전력화 및 스마트화를 주도하는 기술이다. 기능의 측면은 시스템 반도체는 IT융합 제품에서 센서와의 조합을 통해 외부 환경을 스스로 탐지하고 판단하여 필요한 작업을 자율적으로 실행 가능하도록 한다.

시스템 반도체 산업은 시장구조ㆍ사업구조ㆍ핵심 경쟁력 등에서 메모리 반도체 산업과 대조적인 특징을 보인다. 시스템반도체는 설계(Fabless)·제조(Foundry)·패키징·테스트 등 산업생태계가 분화되어 있어 다품종 생산에 특화되어 있는 기술집약적 산업의 특성을 가진다.

공정별로 특화된 기업에 의한 분업화 가능하다. 메모리 반도체의 경쟁력은 미세공정 전환을 통한 원가절감인 반면 시스템 반도체는 설계 능력이 핵심 경쟁력이다. 다품종 소량 생산에 특화되어 있어 기술집약적 중소·벤처기업이 비교적 참여하기 적합한 사업구조이다. 메모리 반도체 대비 경기 및 전방산업의 수요변화에 비교적 비탄력적인 산업이다.

4차산업혁명시대를 맞아 반도체 수요가 PCㆍ모바일에서 자동차, 로봇, 에너지, 바이오 등 전 산업으로 확산되면서 시스템반도체(데이터 연산, 하드웨어 제어) 수요 증가하고 있다. 시스템 반도체는 다품종 소량 생산에 특화되어 있어 설비투자 부담이 적다.

설계-제조간 분업 구조 등 기술집약적 특성을 보유하고 있어 중소·벤처기업 참여에 적합하다. 광범위한 적용 분야, 다품종 소량생산 구조, 고도의 설계기술 요구 등으로 수요 변화에 비교적 비탄력적인 편이다.

가치사슬 측면

반도체산업은 제조 공정에 따라 「설계(팹리스)→생산→조립 및 검사 단계」로 구성된다. 따라서 첫째 종합반도체회사(IDM: Integrated Device Manufacturer)는 회로 설계부터 판매까지 전 과정 총괄한다. 둘째 설계 전문업체(Fabless)는 Fab을 소유하지 않고 회로설계와 판매만 담당한다. 셋째 위탁 생산 전문업체(Foundry)는 Fab 생산설비를 보유하여 반도체 웨이퍼 생산을 주로 담당한다. 넷째 고가의 후공정은 내재화 중이다. 패키징 및 테스트 전문업체(SATS는 Fab-out된 웨이퍼를 받아, 패키징과 테스트 공정을 담당한다.

시스템반도체가 ‘개별소자’에서 시스템을 통합하고, 서비스 가치를 창출하는 ‘융복합반도체’로 발전함에 따라 시스템 및 서비스산업의 고부가가치화에서 중추적 역할이다. 반도체 소재·소자·장비 제조 산업, 세트 산업, 임베디드 소프트웨어 산업과 밀접한 생태계 가치 사슬을 형성하며 ICT 융복합 산업의 초석 역할을 담당하고 있다.

반도체에 의한 시스템산업 가치창출

신성장동력 창출을 위한 시스템반도체 산업 발전전략(IT SoC Magazine, 2008)

시스템 반도체는 응용 분야에 따라서 PC, 모바일, 가전, 자동차, 산업 등으로, 기능별로는 마이크로프로세서, 로직 IC, 아날로그 IC, 디지털 복합 IC, 센서가 융합된 시스템반도체 등으로 구분한다.

시스템 반도체는 첨단 IT 수요에 연동된 고기술, 고성장, 고부가가치의 미래 유망산업으로 휴대폰, 가전, 자동차 등 시스템산업 경쟁력의 밑바탕이 되고 있으며, 에너지·의료·환경 등 다양한 분야와의 융합이 진행 중이다.

차세대 기술 개발 및 자국 산업 경쟁력 강화

주요 선도국은 차세대 기술 개발 및 자국 산업 경쟁력 강화를 위해 국가적 차원의지원을 추진 중이며, 민간의 경우 M&A 등을 통한 시장 지배력 확대 중이다. 또한 반도체가 갖는 경제･안보적 중요성에 따라 주요 국가별로 대규모 투자와 기업 지원 방안 마련 등 주요국(미국, 중국, 대만, 일본, EU)의 반도체 패권 경쟁이 진행 중이다.

주문형･다품종 생산의 시스템반도체 분야 특성에 따라 기업 간 분업구조가 일반화되어 있으며, 생산을 위한 파운드리의 영향력이 확대 중이다. 팹리스는 제조 시설 없이 시스템반도체를 설계하여 파운드리를 통해 위탁생산하는 기업 형태로고도의 지식과 경험 등을 갖춘 전문인력 확보가 매우 중요하다.

파운드리는 공정 미세화에 따라 지속적인 투자 비용이 증가하여 진입장벽은 높아지고 있으며, 승자독식이 강한 시장이다. 기타 분야는 디자인하우스나 IP･설계도구 기업은 시스템반도체 산업 성장에 따라 기존 역할을 탈피하여 사업영역을 확대 중이다.

기술개발 측면

인공지능 반도체 등 차세대반도체 설계･제조 등 요소기술 확보 지원이 필요하다. 시스템반도체 분야 패러다임을 바꿀 차세대 핵심기술 확보를 위한 소자･설계･제조기술에 대한 안정적인 지원 필요하다.

또한 시장 형성 단계인 인공지능 반도체 분야 기술 선점 및 선도국 달성을 위해 기존 메모리반도체 등 강점을 활용한 AI반도체 기술개발 지원 강화해야 한다.

기반조성

수요 맞춤형 전문 인력 양성, 산업 경쟁력 강화를 위한 기업지원 및 공공･민간 인프라의 운영을 효율화 등 기반 강화해야 한다. 인력양성은 기업 수요 맞춤형 고급･전문 인력 양성 지원 및 설계･칩제작 등 실무교육 지원을 통해 산업 수요 대응해야 한다.

인프라는 주요 소재･부품･장비 자립화를 위한 테스트베드 지원과 차세대시스템반도체 기술개발지원을 위한 시설･장비 고도화 등 지원이 필요하다. 기업지원은 수요산업-공급기업 간 연계 및 협력 강화와 우수 팹리스･IP기업에 패키지 지원을 통한 신시장 창출 지속 지원 필요하다.

“시스템반도체”… 무엇이며 왜 전략 산업인가 < 4차산업을 찾다 < 기사본문 - 디지털비즈온 (digitalbizon.com)

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