시스템반도체

1. 시스템반도체란?

시스템반도체는 데이터 연산·제어 등 정보처리 역할을 수행하는 반도체로 8,000여 종의 다양한 제품으로 구성된다. 중앙처리장치(CPU), 애플리케이션프로세서(AP) 등 다품종 맞춤형 산업으로 우수 설계인력·기술이 핵심이다.

시스템반도체 산업은 세계 반도체 시장의 50~60%를 차지한다. 메모리 반도체보다 약 1.5배 큰 시장 규모를 가지고 있으면서도 경기변동의 영향을 적게 받는 산업분야이다. 

2. 산업현황

산업 구조

시스템반도체 산업은 고가의 설계·검증 도구(Tool), 반도체 설계자산(IP) 확보 등 기술 기반(인프라)이 필요해 자본력이 영세한 중소기업에는 진입장벽으로 작용하고 있다.

미국의 인텔, 퀄컴 등 글로벌 상위 10개 기업이 시장의 60% 이상을 차지하고 있다.
삼성이나 인텔같은 종합반도체기업(IDM)에서도 생산하고 있지만 대부분은 설계(팹리스, Fabless)와 생산(파운드리, Foundry)이 분업화된 산업구조를 가지고 있다.

팹리스(설계)는 퀄컴과 같이 반도체 생산시설(Fab)이 없이 설계·개발을 수행하는 회사를 말한다. 파운드리(생산)는 TSMC(대만, 파운드리 세계 시장 점유율 1위 기업)처럼 팹리스가 설계한 반도체를 위탁생산하는 회사이다.

반면, 메모리 반도체는 대부분 종합반도체기업(IDM)이 설계부터 제조까지 전 과정을 수행한다.

시장 현황

시스템반도체 시장은 2011년 62% → 2013년 59.8% → 2015년 59.1% → 2017년 53.4% → 2018년 51.2%로 50~60%의 규모를 유지해 왔다.

메모리 반도체는 ‘생산 후 판매방식’으로 수요-공급 불일치 시에 급격한 가격변동이 발생한다. 반면, 시스템반도체는 수요자의 요구사항에 맞춰 제품이 생산되는 ‘주문형 방식’이어서 수요-공급 불일치에 따른 급격한 시황변화가 없다.

시스템반도체는 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 자율차 등 미래산업의 핵심부품이다. 다른 산업(자동차, 에너지 등)과의 융합 가속화 등으로 지속적으로 성장할 전망이다.

현재의 시스템반도체 산업은 세계의 주요국이 선도하고 있다. 미국은 기초연구, 기술보호 등으로 민간 기업을 지원해 시스템반도체 세계 10대 기업 중 인텔, 퀄컴, 브로드컴, TI, nVidia, AMD 등 6개 기업을 보유해 세계 시장의 70%를 점유하고 있다.

중국은 메모리/시스템반도체 동시 육성전략을 추진하고, 거대한 내수시장과 수요창출 등 정부 지원을 바탕으로 팹리스(기술·설계부문) 시장점유율 3위로 부상하고 있다.

대만은 팹리스(기술·설계부문)-파운드리(생산부문)의 유기적 협력을 바탕으로 MediaTek, Novatek, Realtek 등 글로벌 팹리스 기업이 다수 성장해왔다.

시스템반도체 설계전문기업인 팹리스의 2018년 시장 점유율은 미국 61.4%, 대만 19.0%, 중국 12.6%, EU 3.0%, 일본 2.5%, 우리나라는 1.6%를 차지하고 있다.

국내 시스템반도체 기회요인

우리나라에는 시스템반도체의 주요 수요처인 자동차·전자산업(스마트폰, TV 등) 등 글로벌 상위 수준의 대규모 수요기업이 존재한다. 2017년 글로벌 스마트폰 시장 점유율은 삼성전자 21.1%, 애플 14.3%, 화웨이10.1%, 오포 7.8% 순이었다.

우리나라는 세계 최초로 5세대 이동통신(5G)을 상용화했다. 이에 따라 휴대폰, 통신장비뿐만 아니라 지능형 공장(스마트공장), 지능형 도시(스마트시티), 자율차, 지능형 CCTV 등 새로운 수요창출이 가능하다.

우리나라에는 시스템반도체에 접목 가능한 기술·공정 노하우와 고급인력이 오랫동안 축적되어 왔다. 메모리 반도체 시장에서 우리나라의 점유율은 2001년 25.6%에서 2002년 32.9%로 1위를 달성한 뒤, 2012년에는 50.2%, 2018년에는 62%로 세계 시장의 절반 이상을 차지하고 있다. 축적된 노하우를 바탕으로 파운드리 분야(생산부문)의 빠른 성장이 가능할 것으로 예상된다.

3. 비전과 전략

2030, 종합반도체 강국 비전 선포

(▲ 문재인 대통령이 ‘시스템반도체 비전 선포식’에서 연설을 하고 있다. / 출처=청와대)

2019년 4월 30일, 정부는 시스템반도체 비전과 전략을 발표했다. 2030년까지 종합 반도체 강국으로 도약하는 목표를 제시했다.

2018년 현재 1.6%인 팹리스(기술·설계부문) 시장 점유율을 2022년에는 3.0%로, 2030년에는 10%로, 파운드리(생산부문) 시장 점유율도 2018년 현재의 16%에서 2022년에는 20%, 2030년에는 35%로 높이는 목표를 설정했다.

동시에 시스템반도체 분야의 고용을 2018년 현재의 3.3만 명에서 2022년에는 4만 명으로 2030년에는 6만 명으로 늘릴 계획이다.

팹리스(기술설계) 추진과제

□ 5대 전략분야 (자동차, 바이오, 사물인터넷(IoT)가전, 에너지, 첨단로봇·기계 등) 중심 수요연계 강화○ 팹리스 - 수요대기업간 협력 플랫폼(얼라이언스 2.0) 구축을 통한 수요 발굴 → 기술기획 → 연구개발(R&D)까지 공동으로 추진- 협력 채널 : 5대 전략분야의 반도체 수요기업과 시스템반도체 공급기업, 연구기관 등 관계기관 간 협력채널 구축 (2019.4.30. 관련 업무협약(MOU) 체결)- 수요연계 연구개발(R&D) : 얼라이언스를 통해 발굴된 유망 수요기술에 대해 정부 연구개발(R&D)에 우선 반영- 정보공유 : 5대 전략분야를 중심으로 수요기업의 기술로드맵 공유, 수요-공급 기업 간 공동연구, 인력 교류, 기업설명회 개최 등

□ 공공수요 발굴과 시장 창출○ 에너지, 안전, 국방, 교통 인프라 등에서 수요기관-팹리스간 협력 체계를 구축하고, 국책 프로젝트 추진시 반도체 수요 적극 발굴- 에너지 : 지능형 검침 인프라(AMI) 등에 활용 가능한 시스템반도체 기술개발과 보급- 안전-CCTV : 재난 감시, 범죄 예방 등을 위한 영상, 음성, 환경정보 등이 융합된 지능형 CCTV용 시스템반도체 기술 개발과 보급 추진- 안전-전자발찌 : ‘5G 기반 전자감독 시스템’ 구축으로 강력 범죄 피해 예방- 국방 : 민·군 공동활용이 가능한 통신시스템 등의 소자 개발시, 팹리스 참여 유도- 교통 인프라 : 스마트 하이웨이, 자율주행 도로 인프라 등 교통 인프라 구축 시 팹리스가 참여한 시스템반도체 활용 검토

□ 5세대이동통신(5G) 핵심 산업·서비스와 국내 시스템반도체 기업 연계○ 네트워크·단말, 지능형 장치(스마트 디바이스), 무인이동체, 보안·컴퓨팅 / 실감콘텐츠, 지능형 공장, 건강관리(헬스케어) 등- 5G-팹리스 연계 : 네트워크 장비·장치, 무인 이동체 등 5세대이동통신(5G) 산업별로 팹리스와 연계 시스템 구축 → 공동 연구개발(R&D) 지원· 네트워크 장비 얼라이언스 및 팹리스·부품업체 간 자율주행차 AI반도체 공동 R&D 지원(2019~2021)· 지능형 장치(스마트 디바이스) 업체와 팹리스간 아이디어 공유, 공동 개발 등 협업공간 및 협력프로그램 마련- 수요 창출 : 5대 서비스 실증, 스마트 SOC 프로젝트(2020년부터), 지능형 도시(스마트시티) 구축 등 5세대이동통신(5G) 공공사업에 국내 팹리스 참여 추진

□ 팹리스 원스톱(One-stop) 지원 체계 구축○ 국내 팹리스의 창업∼성장을 지원하는 전주기적 지원체계 마련- open-lab : 반도체협회(판교) 등에 사무공간(open-lab)구축, 창업초기(7년 이내) 팹리스 대상 컨설팅 등 지원- MPW*, 시제품 : 팹리스의 반도체 개발·검증에 필수적인 MPW를 지원하고 패키징 등 시제품제작 등 지원* MPW (Multi Project Wafer) : 웨이퍼 1장에 여러 종류의 칩을 제작해 반도체 성능검증- 반도체 설계자산(IP) 거래 활성화를 위한 관리·검증 플랫폼 구축① (관리) 기업, 연구소 등이 개발한 IP의 체계적 관리, 공유를 위한 DB 구축⋅운영 ② (검증) 개발된 IP를 실제 칩으로 제작 → 문제점 확인⋅개선 → 신뢰성 확보③ (확산) 기업, 학교 등이 보유한 IP 거래확산 지원

○ EDA Tool : 반도체 설계 필수 프로그램인 설계자동화 소프트웨어(EDA Tool)*를 국내 팹리스가 공동 이용 가능한 시스템 제공* EDA(Electronic Design Automation) Tool : 반도체 설계 필수 소프트웨어, Synopsys 등 해외기업 주도- 온라인으로 소프트웨어 다운, 다수 팹리스가 손쉽게 공유·사용할 수 있는 환경 구축 (2019년 추경 46억 원)

○ 해외진출 : 중국, 인도 등 해외 유망시장 진출 및 판로개척 지원 확대- 현재 중국 심천에 한중시스템 IC협력센터 운영 중- 기술경쟁력 제고 및 신시장 창출을 위해 해외 선도 기업과 공동 연구개발(R&D), 고객사 연계 등 협력 시스템 구축- 글로벌 네트워킹 : 글로벌 수요기업과 팹리스간 기술·구매협력 강화 및 글로벌 기업 공급이력(track-record) 확보 추진(연 2회 이상)- 수출 바우처 사업 등을 활용해 해외 바이어 발굴, 전문 전시회 참가 등 기업수요 맞춤형 수출마케팅 지원

□ 팹리스 전용펀드, 사업화, 연구개발(R&D) 등 수요별 맞춤형 지원○ 전용 펀드 : 연구개발(R&D), 마케팅, 해외진출, 인수합병(M&A) 등 팹리스 창업이후 성장까지 지원하는 팹리스 전용 1,000억 원 펀드 조성(’20년부터)- 운영 방식 : 민간 주도로 조성하고, 투자운용사의 민간자금 매칭 비율을 최소화해 도전적·장기적 투자 유도

○ 스케일업 : 성장 유망 팹리스의 스케일업 촉진을 위한 자금 지원 확대- ①스케일업 펀드, ②4차 산업혁명 펀드*, 기술 보증 및 시설자금 지원* ① (추진) 성장지원펀드 2018～2020년 8조원 + (추가)모태펀드, 성장지원펀드 등 스케일업 펀드 2021～2022년 7조원② 4차 산업혁명 펀드(19개, 1.5조원 이미 조성) : 현재까지 208개 기업에 4,483억원 투자- 자본시장을 통해 시중 민간 투자자금이 유입될 수 있도록 실물경제와 자본시장 간 협업 강화 방안 모색

○ 사업화 : 국가 연구개발(R&D) 자금을 지원받은 팹리스는 시제품제작 → 양산 등 사업화까지 이어질 수 있도록 자금 병행 지원 - 산업구조 고도화 지원프로그램, 산업은행 사업경쟁력강화 지원 자금 활용

○ 연구개발(R&D) : 우수기업연구소로 지정된 팹리스 대상으로 기업이 원하는 연구개발(R&D)를 지원하고, 핵심IP 개발 연구개발(R&D) 추진- 우수기업연구소 : 수요기반 연구개발(최대 4년, 연 7억 원 규모)과 해외진출 센터를 활용한 해외 Match-making 사업화 연계 등 다각적 지원· 우수기업연구소육성사업(ATC+)(2020~2027)- 핵심IP개발 : 시급성·활용성·개발가능성 등을 고려하여 미래 유망 핵심 IP 확보 위한 반도체IP 연구개발(R&D) 추진

○ 기술지원 : 중소 팹리스 기술역량 지원(대학·연구소 인력 파견) 및 공동 계획을 추진하고, 중장기 동향공유, 발전방안 논의 등 포럼 개최- 인공지능 반도체 응용기술개발사업 신규 추진(’20년부터)

파운드리 추진과제

□ 첨단시장 및 틈새시장 동시 공략으로 파운드리 세계 1위 도약○ 대표기업은 고급(High-Tech) 공정기술, 중견 파운드리는 틈새시장인 중급(Middle-Tech) 공정기술에 집중하도록 세제·금융 등 지원

□ 투자촉진 및 파운드리 역량 강화를 위한 금융·세제 등 지원○ 금융 : ‘산업구조 고도화 지원프로그램(산업은행)*’을 활용, 중견 파운드리 기업의 생산성 향상용 시설투자 금융 지원* 주력산업 설비·기술투자에 대해 대출(또는 투자) 방식으로 자금 지원(기업당 한도 시설자금 최대 2,500억원, 운영자금 최대 300억원)

○ 세제 : 시스템반도체 설계 제조 기술을 ‘신성장동력 원천기술’에 추가 확대와 파운드리 시설투자 세액공제 일몰기간 연장 검토- 적용대상 확대 : ‘신성장동력 원천기술’에 5G, 인공지능, 바이오, 에너지 등 분야에 활용되는 시스템반도체 설계 제조 기술 추가- 일몰연장 검토 : 파운드리가 포함되는 생산성 향상 시설 설비투자에 대한 세액공제 일몰기간 연장 검토

○ 상생 : 대기업의 중소기업 대상 상생협력 지원 시, 혜택지원 방안 추가 검토- 공공 나노팹의 중소기업 지원기능 활성화 방안도 추진- 연구장비 활용사업, 시험장(테스트베드) 지원 사업 등과도 연계(중기부)

기타 추진과제

□ [상생협력] 팹리스-파운드리 상생협력 생태계 조성○ 파운드리 공정·기술 개방 확대, 디자인하우스 육성 등

□ [인력] 민·관 합동 대규모 인력 양성 (2030년까지 1.7만 명 규모) ○ 계약학과 신설, 연구개발(R&D)과 연계한 석·박사 인력양성 등

□ [기술] 산업의 패러다임을 바꾸는 차세대반도체 기술 확보 ○ 자동차, 바이오, 인공지능(AI) 등 차세대 지능형 반도체 개발(1조원 규모)

4. 참고자료

[보도자료] 「시스템반도체 비전과 전략」발표 (2019.04.30. / 산업통상자원부)[블로그] 종합반도체 강국으로 도약, 시스템반도체 비전 선포식 (2019.04.30. / 청와대)
[블로그] 기계의 뇌, 시스템반도체 (2019.06.17. / 과학기술정보통신부)[블로그] 종합 반도체 강국 도약을 위한 다짐 (2019.10.25. / 산업통상자원부)[대통령 연설문] 엠이엠씨코리아 실리콘웨이퍼 제2공장 준공식 축사 (2019.11.22. / 청와대)