박주연 기자 = 차량용 반도체 부족으로 세계 자동차산업이 몸살을 앓고 있는 가운데 우리나라가 기존 MCU(마이크로컨트롤유닛) 중심 차량용 반도체 시장에 진입하기보다는 미래 시장에서 부각될 AP(데이터 연산·처리 기능 수행 반도체) 등 고성능 반도체 육성에 나서야 한다는 제언이 나왔다.
한국자동차연구원 이지형 연구원은 12일 '산업동향' 보고서를 통해 "미래 차량용 반도체 시장은 MCU 중심에서 AP와 같은 고성능 반도체 중심으로 재편될 것이므로, 우리나라 기업들이 새로운 시장에서의 기회를 모색할 수 있도록 지원할 필요가 있다"고 밝혔다.
이 연구원에 따르면 올해 초부터 발생하고 있는 차량용 반도체 품귀 사태는 코로나19로 인한 자동차업계의 수요 예측 실패로 시작됐으며 반도체 업체들의 휴대폰·가전용 반도체 우선 생산, 미국 텍사스 한파·일본 르네사스 공장화재·가뭄으로 인한 대만 TSMC 공장 가동차질 등으로 심화했다.
현재 수급 차질이 가장 큰 품목은 전장 시스템 제어를 수행하는 MCU다. '반도체 설계→생산→모듈·시스템 제작→완성차 양산'의 가치사슬(Value Chain) 중 '생산'에서 병목 현상이 발생한 것이다.
기존 차량용 MCU의 생산 리드 타임(생산 계획부터 입고까지의 기간)은 주로 12~16주 가량이었지만 세계 MCU 생산량의 약 70%를 차지하는 파운드리 업체 TSMC의 반도체 주문 폭주로 리드 타임이 26~38주 이상 소요되고 있다.
이에 따라 지난해 하반기부터 차량용 반도체 부족으로 인해 글로벌 완성차업체들의 감산이 진행 중이며 국내에서도 이달부터 현대·기아차의 생산 차질이 본격화하는 양상이다. IHS마킷에 따르면 올해 1분기 반도체 공급난으로 인한 자동차 생산 차질 물량은 130만대에 이른다. 또 앨릭스파트너스는 올해 반도체대란으로 글로벌 자동차 매출액 감소 규모가 606억 달러에 이를 것으로 예상했다.
MCU 중심의 현행 반도체 산업은 제한적 시장규모, 저수익, 공급망 편중이라는 특징을 나타낸다.
차량용 반도체 최대 위탁 생산 업체 TSMC의 지난해 4분기 차량용 반도체 매출 비중은 전체 매출의 3% 수준이며, 대부분 MCU 생산용 웨이퍼는 8인치(200mm) 사이즈로 생산성, 수익성이 낮은 편이다.
하지만 차량용 반도체는 필요수명 15년 이상, 온도요건 –40~155도, 재고보유 30년 이상 등 가정용·산업용에 비해 사용 조건이 가혹하고, '개발-테스트-양산'에 10년 내외가 소요된다.
이 때문에 공급이 NXP(네덜란드), 르네사스(일본), 인피니언(독일), ST마이크로(스위스), 마이크로칩(미국) 등 일부 기업에 편중돼 있었고, 이들 업체 역시 미세공정 난이도, 비용증가로 생산 외주화(Fab-lite) 전략을 취하며 세계 MCU 생산량의 약 70% 정도를 대만 TSMC의 파운드리(반도체 위탁 생산)가 맡고 있는 상황이다.
국내의 경우 반도체 산업이 세계 최고 수준임에도 차량용 반도체 98%를 해외에 의존해왔다. 특히 MCU 등 주요품목의 국내 공급망은 존재하지 않는 상태다.
이 연구원은 "현재 자동차에 MCU 기반의 분산처리형 전자제어장치(ECU)가 탑재(대당 40여개)되고 있지만 향후 5~6년 전기차·자율차로 전환이 가속화되며 AP 기반 집중처리형 고성능 제어기(1대당 3여개)가 채택될 전망"이라며 "견고한 글로벌 강자들이 자리 잡은 MCU 중심 차량용 반도체 시장으로의 진입보다는 기술 변화 속에서 새롭게 조성될 AP(데이터 연산·처리 기능 수행 반도체) 시장에서 기회를 모색할 필요가 있다"고 제언했다.
이어 "차량용 반도체가 통합 칩으로 점진적으로 통합·대체되고, 다양한 종류의 신규 모빌리티(Urban Air Mobility, Personal Air Vehicle 등)에 확대 적용된다면 충분한 수요를 확보하고 규모의 경제 달성도 가능하다"며 "AI 가속기, 보안칩, 네트워크 프로세서, 고대역 센서IC 등 고성능반도체 시장은 미래차 분야 기술 형성 단계로 글로벌 기업들도 연구개발 중이며, 국내 선두 소프트웨어 업체와 반도체업체의 협력을 통해 AI·보안·데이터 등의 시장에 도전할 수 있다"고 설명했다.
이 연구원은 "차량용 AP는 생명과 연관돼 엄격한 안정성 검증과 오랜 개발·테스트 기간이 소요되고, 10년이 넘는 사용주기에 대한 관리·업그레이드가 필요해 업체 부담이 큰 만큼 정부 지원이 중요하다"며 "공급기업이 수요기업 요구에 맞는 제품을 개발해 사업화까지 성공하기 위해서는 반도체 개발·양산에서의 사업단절(Death Valley) 극복을 위한 양산 성능 평가 및 성능 개선 지원이 필요하다"고 밝혔다.
