현대자동차 울산공장 생산라인 전경. ⓒ현대자동차

각국의 탄소배출 규제와 내연기관차 퇴출 스케줄 설정으로 완성차 업체들은 전기차 전환을 서둘지 않으면 도태되는 상황에 내몰렸다. 산업 패러다임이 급변하면서 완성차 업체들은 시장 선점을 위한 전기차 경쟁력 확보와 원가 절감을 위한 과잉 인력 해소라는 숙제를 안게 됐다. 핵심 부품인 배터리 수요가 급증하며 완성차-배터리 업체간 주도권 다툼과 합종연횡도 잇따르고 있고, 차량용 반도체는 업계의 블루칩으로 떠올랐다. 전기차 시대에 대응하는 완성차, 배터리, 반도체 업계의 현황과 전망을 4회에 걸쳐 짚어본다.

전기차가 점진적으로 내연기관차를 대체하며 자동차 시장의 주력으로 떠오를 것으로 보이면서 차량용 반도체도 미운오리에서 백조로의 비상을 준비하고 있다.

단순한 기능과 낮은 수익성으로 IT용 제품에 비해 상대적으로 외면받아온 차량용 반도체는 최근 불거진 유례없는 공급부족 사태를 겪으면서 귀한 몸으로 탈바꿈하고 있다.

현재 전 세계적으로 나타나고 있는 차량용 반도체 공급 부족 현상은 자동차 업체들의 수요 예측 실패와 반도체를 생산하는 파운드리(위탁생산) 기업의 생산능력 한계가 맞물린 결과물이다.

주요 자동차업체들이 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)으로 인해 자동차 수요가 급감하자 반도체 부품 발주를 축소했고 이에 파운드리 기업들은 통신과 IT용 반도체 수주를 확대했다.

하지만 코로나19에도 자동차 수요가 예상보다 빠르게 회복되면서 상황은 완전히 반전됐다.

자동차업체들이 기 확보해 놓은 부품 재고가 계획보다 빠르게 소진되면서 추가 부품 확보가 시급해졌는데 파운드리는 이미 수주해 놓은 통신·IT용 물량을 소화해야만 하는 상황이었다.

단기간내 생산라인을 확대하는 것이 거의 불가능한 상황에서 결국 추가 발주를 소화하지 못하게 되면서 대규모 공급 부족 사태가 빚어지게 된 것이다. 당초 주문에서 공급까지의 기간이 대략 3~4개월이 소요됐던 것에서 현재는 최대 10개월까지 늘어난 상태다.

현재의 공급 부족 상황이 하반기부터는 점진적으로 개선될 것으로 보이지만 이번 사태를 계기로 국가적인 공급망 구축이 화두로 떠올랐다.

시스템반도체인 차량용 반도체는 다품종 소량생산으로 소품종 대량생산 구조인 D램과 낸드플래히 등 메모리반도체에 비해 생산성이 낮을 수밖에 없고 수익성도 IT용 제품에 비해 떨어질 수밖에 없지만 국가 전략 물자로의 필요성이 대두된 것이다.

기아 전기차 'EV6' 내부 운전자석. ⓒ데일리안 홍금표 기자

전기차 보급 확대 맞물려 중요성 커지는 차량용 반도체

국가 전략적 물자로서 차량용 반도체의 필요성은 전기차 보급 확대와 맞물리면서 더욱 커질 전망이다. 그동안 미래 자동차의 밑그림으로 그려졌던 전기차는 이제는 점진적으로 내연기관 자동차를 대체해 나가고 있다.

현재는 전기차가 전체 자동차 시장에서 차지하는 비중이 미미한 수준이지만 업계는 글로벌 자동차 대수 중 전기차 비중이 2025년 10%, 2030년 28%, 2040년에는 58%까지 상승할 것으로 보고 있다.

이러한 수치는 계속 상향 조정되면서 전망을 더욱 밝게 하고 있다. 미국 투자은행 모건스탠리는 향후 10년간 전기차 시장이 연평균 20% 성장하면서 오는 2030년에는 세계 자동차 시장에서 순수 전기차가 차지하는 비중이 31%에 달할 것으로 보고 있다.

내연기관에 들어가는 반도체가 200개에 불과한 반면 전기차는 400~500개에 이르는 것을 감안하면 전기차의 이러한 비중 증가는 반도체 수요 급증을 예고하고 있는 것이다.

차량용 반도체는 IT용에 비해 높은 내구성이 신뢰성이 요구되고 공정도 복잡한 편이다. IT용에 비해 손은 많이 가지만 돈은 덜 돼 반도체 업체들로서는 선호도가 떨어질 수밖에 없다.

하지만 이번에 공급 부족 사태를 겪은데다 전기차 보급이 본격화되면 내연기관차때보다 2~3배가 더 많이 필요해지면서 비중이 커져 반도체와 자동차 기업 모두 고민이 커지는 양상이다.

반도체 기업으로서는 생산성과 수익성이 다소 떨어지는 차량용 반도체가 국가 산업의 전략적 물자로서 그 중요성이 부상하면서 그냥 손 놓고 외면할수만은 없게 된 상황이다. 글로벌 산업 이슈여서 기업간 상호협력뿐만 아니라 국가간 경제동맹체 관점에서 판단해야 할 부분도 있다.

자동차업체들로서는 당장 반도체가 없어 차를 못 만드는 사태를 방지하기 위해 시급한 반도체 물량 확보뿐만 아니라 장기적으로 중요성이 커지는 반도체와 자동차와의 연계에도 보다 신경을 써야 하는 상황에 직면해 있다.

최근 이탈리아 스포츠카 브랜드 페라리가 새 최고경영자(CEO)로 자동차 업계 경험이 없는 반도체 전문가를 영입한 것은 자동차에서 증가한 반도체의 중요성을 잘 대변해주는 사건이다.

이번에 새 수장으로 선임된 베네데토 비냐 CEO는 지난 1995~2021년 총 26년간 유럽 최대 반도체 회사인 ST마이크로일렉트로닉스에서 근무한 반도체 전문가다. 이 회사는 차량용 반도체 등 다양한 반도체를 생산하는데 그는 전자 센서분야 전문가로 재직했다.

내연기관에서 전기자동차로의 전환이라는 대변혁 속에서 반도체의 영향력이 커지고 있다는 방증이다.

반도체업계 한 관계자는 “전기 자동차 보급이 활발해지면서 반도체 수요는 폭발적으로 증가할 것”이라며 “그동안 엔진이 중심이었던 자동차에서 반도체가 배터리와 함께 메인으로 자리잡을 일이 멀지 않았다”고 말했다.

삼성전자 차량용 반도체 '엑시노스 오토'.ⓒ삼성전자

전기차에 자율주행 기술까지...무궁무진한 車 반도체 수요 잠재력

향후 전기차와 함께 자율주행 기술의 본격 도입으로 차량용 반도체 수요 잠재력은 무궁무진해 기대감을 더욱 크다.

인공지능(AI)을 바탕으로 자동차에 자율주행 기술이 본격 적용되는 미래 모빌리티 시대에는 차량용 반도체의 양이 늘어날 수 밖에 없다. 내연기관에서 전기차로, 여기에 자율주행차로까지 진화하려면 필요한 반도체의 양은 대당 1000~2000개로 늘어날 것이라는 분석이다.

또 그동안의 상대적으로 단순했던 기능이 복잡해지면서 요구되는 기술 수준도 높아질 것으로 보인다.

특히 자율주행 기술 적용을 위해서는 보다 다양한 기술이 집약돼야 하며 사람의 생명과 직결되는 운전에 관한 문제여서 안전성이 담보돼야하기 때문에 보다 높은 신뢰성이 확보돼야 한다.

이 때문에 현재 메모리반도체에 상대적으로 집중돼 있는 국내 반도체 기술력을 시스템반도체로 분산시켜 기울어진 반도체 산업의 운동장을 바로 잡을 필요가 있다는 지적이 나온다. 또 국내 주력 산업 투톱인 반도체와 자동차의 시너지 효과 창출을 위해 차량용 반도체 기술력과 생산력을 끌어올려야 한다는 목소리가 나오고 있다.

이 과정에서 국가적으로 보다 체계적이고 안정적인 공급망 구축을 위한 정책적 방안 마련에 나서야 할 필요가 있다는 지적이다.

이를 위해 세계 최고 수준의 기술력과 생산력을 확보한 삼성전자와 SK하이닉스 등 대기업들은 고품질과 고신뢰성이 요구되는 제품에 집중하고 중견·중소기업들은 기술력이 다소 낮더라도 전략물자로 필요한 제품들을 생산하는 방식으로 상호 역할 분담이 보다 강화될 필요가 있다는 의견이 나온다.

안기현 한국반도체산업협회 전무는 “우리도 대기업과 중소기업들간 상호 역할 분담을 통해 차량용 반도체 경쟁력을 향상시킬 수 있는 기반은 갖추고 있다”며 “장기적 관점으로 대규모 투자를 통해 이를 보다 강화시켜 나갈 필요가 있다”고 말했다.

문승욱 산업통상자원부 장관이 지난달 7일 오후 경기도 판교에 위치한 팹리스기업인 실리콘마이스터를 방문해 차량용 전력반도체 등 주요 생산품목 전시룸을 둘러보고 있다.ⓒ산업통상자원부