스마트폰 시장, 2018년 6%로 성장률 급락 예상

애플의 아이폰을 통해 휴대폰의 새로운 패러다임을 맞이한 스마트폰 산업은 안드로이드, iOS, 윈도 등 다양한 스마트폰 OS가 등장함에 따라 빠른 속도로 성장해 왔다. 스마트폰 시장은 작년 말에 39% 성장률을 보였으나 올해 19%대, 2018년에 6%로의 급락이 예상되어 새로운 단말과 다양한 부품이 필요한 실정이다. 여기서는 스마트폰과 관련 부품의 기술 및 시장 동향과 전망을 통해 국내 이동통신 단말 산업이 나아갈 방향을 짚어 본다.

스마트폰 시장 … 삼성전자, 애플의 양강 체제에 중국 도전장

그림 1. 이동통신 서비스의 진화

이동통신 서비스는 CDMA와 GSM 등 디지털 이동통신 시대를 연 2세대 이동통신을 통해 휴대폰이 보편화되기 시작했으며, 화상통신을 가능케 한 3세대 W-CDMA와 최근 들어 각국에서 본격적으로 서비스하고 있는 LTE, 더 빠른 전송속도의 LTE 어드밴스트(LTE-A)로 발전하고 있다.
W-CDMA 기반 기술을 진화시킨 LTE 서비스는 비동기식 4G 표준 기술로, 3G 대비 5배 빠른 데이터 전용 서비스를 말하지만, 작년부터 서비스가 시작된 LTE-A는 이론상으로 LTE보다 5배 이상 빠르다.
최근에는 LTE보다 1,000배 빠른 데이터 전송 속도를 목표로 한, 5세대 이동통신 서비스의 표준화 및 기술 개발이 추진되고 있다.
국내에서는 빠른 데이터 전송속도를 구현하기 위해 초기에는 2.6GHz∼3.5GHz 대역을, 이후에는 6GHz 대역과 28GHz 근처 주파수 대역을 사용하는 5세대 이동통신에 대한 표준화 및 기술 개발을 추진하고 있다.
또한 이동통신사나 단말기기 제조사가 주도하는 서비스보다는 사용자가 주도하는 신개념의 차세대 이동통신 서비스 도출 및 구현을 목표로 하고 있으며, 2020년을 상용화 목표 시기로 잡고 있다.
초고속 데이터 송수신 및 초고주파수화 등 이동통신이 발달하면서 스마트폰 기술도 빠르게 발전했다. 최초의 스마트폰인 노키아의 ‘9000’은 피처폰과 유사한 기능 및 형상이었으며 풀 컬러 터치스크린, 애플리케이션 프로그램 등의 등장을 촉발한 애플의 ‘아이폰’은 스마트폰의 대중화와 함께 형상의 변신을 이루었고, 이후 국내 업체들의 재도약 및 약진과 함께 플렉서블 스마트폰이 출시되기에 이르렀다.

그림 2. 스마트폰의 진화

삼성전자에서는 올해, 플렉서블 AMOLED가 탑재된 ‘갤럭시노트4 엣지’를 발표했는데, 이는 기존의 스마트폰과 달리 한쪽 면이 꺾인 새로운 형태의 스마트폰으로, 플렉서블 스마트폰의 일부 기반 기술이 적용되었다고 볼 수 있다.
노키아에서 2008년 발표한 플렉서블 스마트폰 콘셉트인 모프(Morph)는 향후 스마트폰이 나아갈 방향을 제시했다는 측면에서 매우 중요한 역할을 했다고 보인다. 앞으로 우리 사회가 고령화되고 웰빙을 추구하는 사회로 발전해 감에 따라, 인체에 착용하거나 부착하여 인체 정보를 실시간으로 체크하고 관리 받는 데 필요한 플렉서블 휴대폰이 웨어러블 기기와 함께 대세를 이룰 것으로 전망된다.
이러한 플렉서블 스마트폰은 사용자의 위치 및 건강 상태를 실시간으로 체크하며 자동차, 홈 네트워크, 가전기기 등과 연동함으로써 사용자의 취향과 편리에 맞춰 서비스를 받을 수 있도록 도움을 준다.
또한 환경, 바이오, 물리 센서 등 다양한 센서들이 적용됨에 따라 환경, 에너지, 바이오와 접목된 다방면의 융합 서비스도 제공받을 수 있다.

표 2. 2013년 2분기, 2014년의 업체별 전 세계 스마트폰 출하량 및 점유율 비교 (단위 : 백만대)

그림 3. 스마트폰용 OS별 점유율 변화 추이

2013년과 2014년 2분기, 전 세계 스마트폰 생산량과 시장 점유율을 비교해 보면, 2013년 2분기에는 삼성전자, 애플의 시장 점유율이 세계 시장의 45% 이상을 차지하며 양강 체제가 굳어지는 양상을 보였으나, 2014년 2분기에 들어서며 삼성의 시장 점유율 하락과 화웨이, 레노버, 샤오미 등 중국 업체의 약진이 두드러지게 나타났다.
이러한 현상은 이동통신 시스템 및 PC 분야에 치중하던 중국의 화웨이와 레노버가 스마트폰 사업에 집중함으로써 시장의 새로운 강자로 부상했기 때문에, 그리고 스마트폰이 안드로이드 OS 기반으로 공통 플랫폼화 되어 생산 기술과 저가화에 강점을 갖고 있는 중국 업체에게 유리하게 작용했기 때문이라고 볼 수 있다. 또한 삼성과 애플, LG 등이 고가폰에 치중한 반면, 중국 업체들은 자국 시장 성장과 함께 중저가 스마트폰으로 인도, 동남아시아, 동유럽, 남미, 아프리카 등의 시장에서 점유율을 높인 것이 시장 점유율 상승의 요인으로 보인다.
스마트폰에 사용되는 OS의 경우, 애플 아이폰 출시 이전에는 노키아의 심비안이 독보적인 1위였으나 아이폰의 등장, 삼성 갤럭시 시리즈의 성공과 함께 안드로이드 진영이 급성장함에 따라 시장에서 퇴출되었고, 2011년 4분기에는 이미 안드로이드 OS의 시장 점유율이 50%를 넘었으며, 2013년 3분기에는 80%를 넘는 독주 체제를 갖추는 분위기였다. 이러한 현상은 삼성의 부진에도 불구하고 중국 업체의 약진과 함께 한동안 지속될 것으로 보인다.

그림 4. 스마트폰의 내부 블록도

그림 5. 휴대폰용 모뎀 칩의 세계 시장 점유율

고주파, 입출력 부품 국산화 시급

스마트폰용 부품은 크게 고주파 부품군, 데이터 처리 부품군, 입출력 부품군, 기타 부품군으로 나눌 수 있다. 고주파 부품군은 WiFi/블루투스 칩셋, NFC 칩셋, RF 트랜시버 칩셋 및 전력증폭기(PA ; Power Amplifier), RF 필터, 이동통신 및 근거리 통신 안테나 등의 부품이 해당되며, RF 필터 및 안테나를 제외하면 대부분 수입에 의존하고 있다.
데이터 처리 부품군은 베이스밴드 모뎀 칩셋, 응용프로세서(AP ; Application Porcessor), PMIC, DRAM 및 NAND 플래시 등의 비메모리 및 메모리 반도체 칩셋들이며, 메모리 및 응용프로세서 칩셋은 국산화되어 사용되고 있다. 모뎀 칩셋은 국산화가 이루어졌지만 일부 스마트폰에만 채용되고 있는 실정이다.
입출력 부품군은 센서를 비롯하여 디스플레이, 카메라 모듈, 마이크/스피커 및 진동 모터 등이 포함되며, 대부분 국산화되어 국내 중소·중견기업이 공급하고 있으나, 센서는 대부분 수입에 의존하고 있어 다양한 기능과 종류의 국산화가 시급한 실정이다.

그림 6. 아이폰6 Plus의 이동통신 안테나 모듈과 WiFi 안테나

기타 부품군은 배터리, PCB 기판, 케이스, 각종 소켓 및 케이블, 능·수동 소자 등이 해당되며, 대부분 중소·중견기업이 주도하여 우수한 경쟁력을 확보하고 있고 일부 능동소자만 수입되고 있다.
그림 4는 스마트폰의 내부 블록도를 나타낸 것으로, 앞에서 설명한 바와 같이 음성 및 멀티미디어 데이터를 송수신하는 RF 부품과 다양한 센서 부품들은 대부분 수입에 의존하고 있다.
최근 출시되고 있는 국내 스마트폰의 경우, 주요 부품의 가격 비중은 대략적으로 고주파 부품군 10%, 데이터 처리 부품군 33%, 입출력 부품군 39%, 기타 부품군이 18% 정도를 차지하고 있다. 이 중에서 고주파 부품과 입출력 부품의 센서 부품은 대부분 수입되고 있다. 또한 가장 큰 가격 비중을 차지하는 부품은 베이스밴드 모뎀이며 디스플레이, 메모리, 터치 패널, 카메라 모듈 등이 그 다음을 차지하고 있다.
세부적으로 각 부품의 기술 및 시장 동향을 살펴보면, 먼저 베이스밴드 모뎀의 경우 2012년 3분기에 미국의 퀄컴이 전체 시장의 52%를 차지했고, 대만의 미디어텍이 대만 및 중국의 중저가 휴대폰 시장 공략으로 2위를 차지했으나, 2013년말에는 퀄컴의 시장 점유율이 58%로 증가했고, 인텔이 2위, 미디어텍이 3위를 차지했다. 퀄컴의 점유율 증가는 AP를 통합한 모뎀 칩셋에 기인한 것이며, 스마트폰의 증가로 피처폰 시장이 감소함에 따라 피처폰 중심으로 시장을 점유했던 미디어텍의 점유율은 감소했다.
베이스밴드 모뎀은 휴대폰에서 가장 중요한 부품 중 하나로, 이동통신 방식의 변화에 따라 기술표준화 초기부터 조기 개발이 필요한 부품이다. 삼성전자와 LG전자도 베이스밴드 모뎀을 국산화하여 출하되는 휴대폰에 일부 사용하고 있으나, RF 칩셋과 모뎀 칩셋을 함께 판매하는 퀄컴의 전략과 기술력 부족으로 부품 적용률이 미약한 실정이다.
스마트폰용 AP의 경우, 퀄컴이 2013년에 약 6억 개로 전 세계 출하량 45% 이상을 점유했고 그 뒤로 애플 20%, 미디어텍 17%, 삼성이 6%로 집계되었다. 대만의 미디어텍은 중국 스마트폰 업체들의 강세로 인해 출하량이 두 배 이상 증가했으며 삼성 외에 스프레드트럼, 브로드컴 등이 그 뒤를 잇고 있다.
스마트폰에서 사용되는 이동통신, WiFi, 블루투스, NFC 등의 무선통신용 RF 트랜시버 칩셋, 전력증폭기(PA) 및 무선통신 칩셋의 경우 대부분 브로드컴(Broadcom), 스카이웍스(Skyworks), 트라이퀸트(Triquint) 등의 미국 업체들이 전 세계 시장의 70% 이상을 차지하고 있다. 기술 집약도가 크고 대량 생산을 통한 가격경쟁력이 관건이므로 국내에서는 벤처, 중소기업을 중심으로 일부 기술력을 확보하고 있으나 상품화 및 시장 경쟁력이 미흡하여 완전한 국산화를 이루지 못하고 있다.
Wi-Fi 칩셋은 미국의 브로드컴이 스마트폰 시장의 70% 이상을 차지하고 있으며 CSR, 맥심 인터그레이티드(Maxim Integrated), 마벨(Marvell), 마이크로칩(Microchip) 등이 일부 시장에 진출하고 있는 가운데, 마벨은 802.11.ac, 블루투스, NFC를 하나로 구성한 제품을 출시했다. 일본 무라타와 삼성전기는 Wi-Fi와 블루투스 칩셋을 하나의 모듈로 구현하여 시장에 진출하고 있다.

그림 7. 연도별 터치 패널 생산량 및 성장률 전망

NFC 칩셋의 경우 NXP사가 주요 시장을 차지하고 있고, 국내에서는 삼성전자가 국산화에 성공했으나 채용률은 미미하며 르네사스(Renesas), 멜렉시스(Melexis), 마벨, 오스트리아 마이크로시스템즈(Austria microsystems) 등이 생산하고 있다. 애플의 아이폰6는 NXP 및 AMS사의 제품을 사용했다.
RF 트랜시버 칩셋의 경우, 베이스밴드 모뎀과 함께 판매하고 있는 퀄컴이 시장 점유율 1위를 차지하고 있으며 인텔, 아나로그디바이스(ADI), 텍사스 인스트루먼트(TI), 인피니언 테크놀로지스(Infineon Technologies), Si-Lab, 프리스케일 반도체(Freescale) 등이 시장에 진출해 있다.
스마트폰의 안테나는 초박형, 초소형, 고효율, 다중대역 구현 등이 중요한 기술적 이슈이며, 스마트폰의 뒤쪽 케이스에 내장하는 방식과 케이스 면에 프린팅이나 코팅, 플라즈마 에칭 등의 공법을 이용하여 구현하는 방식 등이 많이 사용되고 있다. 또한 13.56MHz 주파수를 사용하는 NFC 기능이 스마트폰에 탑재됨에 따라, 동일 주파수를 사용하는 무선충전과의 안테나 패턴 중첩 및 간섭을 효과적으로 피하기 위한 패턴 구성, 페라이트 재료에 대한 연구도 많이 이루어지고 있다.
최근에는 LDS(Laser Direct Structuring) 방식의 안테나보다 방수와 방진 기능이 뛰어난 인몰드 안테나(IMA, In Mold Antenna)가 많이 사용되고 있다.
애플 아이폰6의 경우 이동통신 대역은 안테나 모듈과 금속 케이스를 이용하여 구현했으며, WiFi 안테나는 플렉서블 기판을 활용하여 제작됐다.
터치 패널은 2014년에 17억 대 이상 생산되어 275억 달러의 규모에 달할 것으로 예상되며, 터치 패널용 투명 전도성 전극 소재는 은 및 구리 계열의 금속계, 탄소 나노튜브(CNT)나 그래핀(Grapheme), 전도성 폴리머 등이 주로 사용되고 있다.
정전용량 방식의 터치 센서용 ITO 필름 시장에서는 일본의 니토덴코, 오키에, 스트토라 등의 시장 점유율이 95%를 넘고 있으며, ITO 필름은 터치 패널의 핵심 부품 중 하나로 정전용량 터치 패널 원가의 24%, 저항막 터치 패널 원가의 38%를 차지하고 있다.

그림 8. 아이폰5S의 터치 ID 지문인식 센서와 갤럭시 S5의 지문인식 센서

향후 터치 센서 시장에서는 고속 반응, 저가격화, 고신뢰성과 함께 압력 센싱, 임베디드 터치, 플렉서블 터치 센서, 터치와 태블릿을 동시에 구현하는 제품이 주를 이룰 것으로 예측되며, On-cell 방식과 In-cell 방식의 기술이 개발됨에 따라 디스플레이 패널 업체의 시장 진출이 보다 가속화될 것으로 보인다.
스마트폰용 센서의 경우, 기존의 물리 및 화학 센서와 함께 인간이 오감을 느낄 수 있도록 도와주는 오감 센서에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 올해는 350억 달러 이상의 세계 센서 시장이 형성될 것으로 예상되며, 2017년까지 56%이상 성장할 것으로 전망되고 있다.
삼성의 갤럭시노트4에는 일반적인 스마트폰에 적용되는 자이로 센서, 가속도 센서, 지문인식 센서, 제스처 인식 센서, 광 센서, 근접 센서 외에 펄스 센서와 기압 센서를 추가하여 헬스케어와 야외 활동 시의 활용도를 높이고자 했으며, 향후 바이오 센서 및 환경 센서 또한 적용될 것으로 예상된다.

초소형, 저전력 스마트폰용 부품 수요 증가 전망

5세대 이동통신은 6GHz 이하의 주파수 대역과 28GHz 근처의 밀리미터파 대역이 표준으로 진행되고 있다. 스마트폰용 부품의 경우에도 이 주파수 대역에서 동작 가능한 RF 트랜시버 칩셋, 전력증폭기, 안테나 등의 핵심 부품 기술이 개발되어야 하며, 기존 주파수 대역을 동시에 커버하는 다중 대역과 다양한 기능이 스마트폰에 복합적으로 적용됨에 따른 전력 소모 최소화 기술 개발 등이 필요하다.
그리고 고령 사회화 및 웰빙 추구 경향에 따라 헬스케어를 위한 바이오 센서와 주변 환경에 대한 실시간 정보 제공 등을 위한 환경 센서 등의 수요가 커질 것으로 전망된다. 특히 스마트폰에 적용하기 위한 초소형화, 저전력 소모화, 지능화 등의 기술 개발이 필요할 것으로 보인다. 이와 함께 사용자 편의성 및 다양한 서비스 제공을 위한 후각, 미각, 촉각 등이 포함된 오감 센서도 적용될 것으로 예측된다.
또한 휘거나 구부릴 수 있는 플렉서블 스마트폰의 등장도 예측됨에 따라 고주파 부품군, 데이터 처리 부품군, 입출력 부품군 및 기타 부품군 등 모든 부품의 유연성 및 신뢰성 확보 등에 대한 기술 개발이 필요할 것으로 전망된다. 이를 통해 인간 친화적이고 인간과 실시간으로 소통하는 진정한 스마트폰이 탄생할 것으로 기대해 본다.

이규복  센터장 / 전자부품연구원 융합통신부품연구센터