[헬로티]

다양한 기기들이 인터넷으로 연결되는 사물인터넷(IoT)이 확산되고 있는 가운데 이를 위한 시스템반도체의 중요성이 부각되고 있다. IoT 시대의 시스템반도체는 센서, 통신, 프로세서 반도체를 중심으로 성장할 것으로 예상되며, 반도체 성능과 적용 분야도 크게 확대될 것으로 전망된다.  

메모리보다 3배 이상 커

산업 규모 측면에서 시스템반도체 시장이 일반적으로 잘 알려진 메모리반도체 시장보다 훨씬 크다. 2015년 시스템반도체 시장규모는 1,969억 달러로 메모리반도체 시장규모인 778억 달러 대비 3배정도 큰 것으로 조사됐다. 메모리반도체는 2017년까지 연평균 1.4% 성장할 것으로 전망된 반면, 시스템반도체 시장은 같은 기간 2.6% 성장해 성장성이 높다(표 1). 시스템반도체 중에서는 스마트폰 등에 사용되는 모바일 AP가 포함된 ASSP, ASIC 등 특정 용도형 반도체의 비중이 30% 이상인 것으로 나타났다. 

▲ 표1. 반도체 시장 규모(단위: 백만 달러)

시스템반도체 중에서도 가장 큰 시장을 형성한 ASSP의 용도는 모바일 AP 등 무선 통신용이 42%, 데이터 처리용 20%, 가전용 11%, 자동차용 9% 순으로 조사되었다. 컴퓨터의 CPU, 가전의 MCU 등을 포함한 마이크로 컴포넌트는 데이터 처리용, 자동차용, 산업/의료용 제품 등에 주로 장착된 것으로 나타났다. 최근 주목받고 있는 IoT 및 각종 스마트 기기에 많이 적용되는 아날로그 반도체는 산업용에서 자동차용까지 가장 폭넓은 용도로 두루 사용되는 것으로 나타났다. 반면 비광학 센서류는 자동차용 52%, 산업/의료용 26% 등 여타 시스템반도체와 다른 용도에 주로 적용됐다(그림 1).

▲ 그림 1. 주요 시스템반도체의 용도(2014년 기준, %)

자료 : Gartner, Market Share: Semiconductor Devices and Applications, Worldwide, 2014)

시스템반도체 시장의 성장은 반도체가 장착되는 애플리케이션, 즉 ICT 제품의 변화에 기인한다.  ADAS 기능과 인포테인먼트 기능의 발전을 필두로 한 자동차의 전장화 추세, 그리고 각종 가전 제품의 IoT 관련 기능 채택 확산 추이에서 시스템반도체의 채택 비중이 늘어날 가능성을 엿볼 수 있다. 

미국과 대만, 시스템반도체 시장에서 두각

시스템반도체 산업은 미국이 시장을 선도하며 압도적인 경쟁력을 보유한 인텔이 시장을 주도하며 다수의 사업자가 경쟁하는 양상을 띄고 있다. 가트너가 발표한 2014년 보고서에 따르면, 상위 10개 기업에 미국기업이 4개, 일본과 대만, 독일, 한국 기업이 각 1개가 포함돼 있다. 

컴퓨터 CPU로 유명한 인텔이 시장점유율 21.3%로 강한 시장지배력을 보유하며 무선통신으로 위상을 높인 퀄컴(2위, 7.7%) 등도 세계적 경쟁력을 확보하고 있다. 뒤를 이어 일본의 르네사스, 대만 미디어텍, 독일 인피니언 테크놀로지스, 삼성전자는 사별로 각 2~3%의 시장을 점유하고 있다(표 2). 전반적으로 종합반도체기업(IDM)의 시장점유율이 높으나 시스템반도체의 성장을 뒷받침하는 것은 공정별 전문기업으로 분석됐다. 왜냐하면 투자 효율성 제고를 위한 분업화, 전문화가 심화되면서 팹리스, 파운드리의 시장 규모가 증가하는 추세이기 때문이다. 

▲ 표2. 주요 시스템반도체 기업(2014년)(단위: 백만 달러, %)

제조공정별로는 팹리스가 시장규모 및 이익률이 가장 매력적이다. 가트너에 따르면, 시장 규모는 팹리스 800억 달러, 파운드리 469억 달러, 패키징 및 테스트 331억 달러 순이며, 영업이익률은 팹리스 18.2%, 파운드리 13.8%, 패키징 및 테스트 11.1% 순으로 조사됐다(그림 2). 

▲ 그림 2. 반도체 Value Chain 및 사업모델

팹리스 시장 규모는 2014년 800억 달러이며 미국과 대만이 시장을 주도하고 있다(표 3). 반도체 산업의 패러다임이 수직계열화에서 제휴와 협력중심의 수평적 구조로 전환되면서 팹리스 시장이 성장하고 있다. 2014년도 국가별 시장점유율은 미국 63%, 대만 18%, 중국 9% 순으로 조사됐다. 

미국은 퀄컴 등 세계 최대 팹리스 기업을 보유하며 인력, 기술, 자본 등 인프라가 잘 구축돼 있고, 대만은 정부 차원에서 시스템반도체 육성을 추진했으며 파운드리 최대 강국이라는 점이 팹리스 발전의 기반으로 작용한 것으로 분석됐다. 중국은 정책적 지원과 자국 수요를 기반으로 시장점유율이 2013년 대비 2% 증가한 9%를 달성했다. 반면, 한국의 시장점유율은 2013년 2.1%에서 2014년 1%로 하락했으며 미국, 대만과의 큰 격차를 보였다. 

▲ 표 3. 주요 팹리스 기업(2015년 추정)(단위: 백만 달러, %)

파운드리 시장 규모는 2014년 468.5억 달러를 기록했다. 팹리스의 성장, 미세공정 전환에 따른 신규 Fab 투자비 증가, 투자비 증가에 따른 IDM의 아웃소싱 확대(Fab-lite)로 이 시장은 2020년 780억 달러로 연평균 9% 성장할 것으로 전망됐다. 

대만이 시장점유율 약 70%로 시장을 주도하며 상위 3개사의 시장점유율이 73%로 과점 구조를 형성하고 있다(표 4).  한국 기업으로는 삼성전자가 4위로 시장점유율 5.1%를 차지하나 선두기업과 상당한 격차를 보였다. 중국은 선진기업 대비 낮은 공정경쟁력에도 불구하고 가격경쟁력과 내수 시장을 중심으로 시장점유율을 확대해 나가고 있다.

▲ 표 4. 주요 파운드리 기업(2014년)(단위: 백만 달러, %) (자료: 가트너)

패키징 시장은 2014년 271억 달러, 테스트 시장은 60억 달러의 규모를 나타냈다. 소형 전자기기 개발 가속화로 패키지 타입의 복잡화, 다양화로 패키징 및 테스트 시장은 2018년까지 5% 성장할 것으로 전망됐다. 패키징 부문에서 전문업체의 비중은 2013년에는 51%를 차지했다. 패키징 및 테스트 분야는 대만이 시장을 선도하고 있다. 대만은 팹리스, 파운드리의 발전에 힘입어 패키징 및 테스트 분야도 발달했으며, 상위 10개 기업중 대만기업이 5개 포함돼 있다. 

한국, 경쟁력 취약 …

한국은 메모리반도체 강국이나 시스템반도체 경쟁력은 상대적으로 취약하다. 국내 전문가 1,328명을 대상으로 한 설문조사 결과, 한국의 시스템반도체 기술력은 최고 기술보유국인 미국대비 77.3%이며 격차기간은 1.9년으로 조사됐다(표 5).  

▲ 표 5. 주요 국가별 시스템반도체 기술수준(단위: %, 년) (자료: 한국산업기술평가관리원

메모리반도체 시장점유율(‘14)은 52.4%이나 시스템반도체 시장점유율은 5.8% 정도다. 시스템반도체 시장점유율 중 삼성전자의 비중이 약 80%로 편중된 구조를 띄고 있다. 시스템반도체 수출액은 2012년 245억 달러를 달성한 이후 하락추세를 보여 2015년에는 231억 달러에 그쳤다. 파운드리 확대, 자체 모바일 AP 채택 증가로 수출이 증가했으나 기술력을 보유한 선두기업을 중심으로 업계 재편이 가속화되면서 수출증가율이 둔화된 것으로 분석됐다.

소수 제품군에 의존한 매출구조, 파운드리의 경쟁력 미약, 고급 인력 확보의 어려움이 성장 부진의 요인으로 꼽히고 있다. 

팹리스는 파운드리를 통해 제품을 생산해 파운드리와 긴밀한 협력이 요구되나 국내 파운드리는 대만, 중국에 비해 경쟁력이 낮다는 것이 대체적인 시각이다. 대만은 세계 1, 2위 파운드리 기업인 TSMC, UMC 등을 보유하며 시장점유율도 약 70%에 달하나, 삼성전자가 4위로 시장점유율 5.1%, 국내 유일의 파운드리 전문기업인 동부하이텍의 시장점유율은 약 2%로 미미하다. 

파운드리 산업이 안정화돼야 팹리스가 시설투자에 대한 부담없이 IP 개발에 투자를 집중하면서 발전이 가능하다. 다수의 시스템반도체 기업이 중소기업으로 인력 확보에 어려움을 겪고 있다. 국내에서 배출된 석박사급 반도체 설계인력은 2015년 200여명, 전문인력 부족률은 2015년 14.0%로 향후에도 인력난이 지속될 전망이다.

국내 팹리스는 실적악화로 성장세 둔화를 겪고 있다. 팹리스 기업들은 휴대폰, 디지털 TV 등 시스템반도체 수요 산업의 성장에 힘입어 2005~2010년에 연평균 41% 고속 성장을 달성했다. 시스템반도체를 이끌 첨병으로 주목받으며 코스닥에 등록된 팹리스 기업이 20여개 달했으나 한정된 제품군으로 인해 실적이 악화되면서 코스닥 퇴출 및 성장세 둔화를 겪었다. 휴대폰(피처폰), LCD가 과거 팹리스 성장을 견인했으나 스마트폰 등장과 디스플레이 수요 정체로 성장률이 둔화됐다. 국내 파운드리 산업 구조가 취약해 ‘팹리스-파운드리’ 선순환 구조 구축이 어려운 것이 현실이다. 

파운드리의 경우, 삼성전자, 동부하이텍, SK하이닉스가 사업을 영위하며 삼성전자가 가장 규모가 크다. 삼성전자의 주력 제품은 모바일 AP로 대형 고객(애플, 퀄컴 등) 대상으로 소품종 대량 생산에 집중하고 있다. 기업 순위는 2011년 세계 9위(시장점유율 1.6%)에서 2014년 4위(5.1%)로 상승했다. 업계 최초로 14나노Fin-FET 공정을 도입하면서 경쟁력을 제고했다. 매출액(‘14)는 24.1억 달러로 지난 4년간 연평균 57.7% 성장 하였으나 시장점유율은 1위 TSMC 대비 1/9 수준이다. 

동부하이텍은 국내 유일의 파운드리 전문기업으로 아날로그 파운드리 사업을 강화하고 있다. 매출액은 5.4억 달러이며 시장점유율은 약 2%정도다. SK하이닉스는 파운드리 경쟁력은 낮으나 반도체 산업에 대한 지속적인 투자로 향후 경쟁력이 제고될 전망이다. 

패키징 및 테스트 부문에서 글로벌 기업의 국내 법인과 STS반도체 등이 사업을 영위하고 있다. 국내 시장의 약 70%를 글로벌 기업의 국내 법인이 담당하며 글로벌 기업들은 국내 기업 인수를 통해 한국에 진출했다. 글로벌 기업의 국내 생산 법인은 모바일용 칩 등 고부가 제품이 주력이나 국내기업들은 TV용 시스템반도체 등이 주력하고 있다. STS반도체는 세계 11위, 국내 최대 패키징 기업으로 주로 메모리반도체 패키징 및 테스트를 담당하고 있으며, 고부가 패키징 기술인 16단 적층(Stacking) 등에서 선진기업 수준의 기술력을 보유하고 있다. 

김진희 기자 (eled@hellot.net)