메모리반도체 vs 비메모리반도체(시스템반도체)

산업통상자원부는 반도체 설계기업(팹리스)이 설계한 칩의 성능 검증 및 상용화를 지원하는 ‘시스템반도체 검증지원센터 구축’ 사업을 착수한다. 시스템반도체 검증지원센터는 제2판교 테크노벨리에 위치한 성남 글로벌 융합센터 내 조성될 계획이다.

올해부터 2028년까지 5년간 국비 150억 원, 지방비 64.5억 원 등 총 214.5억 원의 예산을 투입해 한국팹리스산업협회, 한국반도체산업협회, 성남산업진흥원, 한국전자기술연구원 등이 함께 구축한다.

동 사업은 중소·중견기업이 확보하기 어려운 검증용 첨단장비(HW+SW)를 구비하고, 전문 검증인력 채용 등을 통해 ‘반도체 검증 환경을 구축’한다.

시스템반도체 설계·검증지원 경험을 보유한 기관 간 연계, 교육훈련 제공을 통해 인공지능(AI)·차량용·통신용 반도체 등에 대한 ‘검증기술 개발’을 지원한다.

검증 전문 인력 및 수요 측면 전문가들이 팹리스 기업에 설계의 취약점 분석, 해결방안 제시 등 서비스 제공을 통해 ‘제품의 상용화’를 지원한다.

센터 구축은 6월부터 시작해 8월까지 공간을 조성할 계획이며, 구축된 장비를 중심으로 올해 하반기부터 기업들에게 검증지원 서비스를 제공할 예정이다.

산업부는 “설계 프로그램(EDA), 시제품 제작 등 반도체 설계를 중점 지원하는 ‘설계지원센터’와 검증 및 상용화를 지원하는 ‘검증지원센터 사업’을 연계할 예정이며, 반도체 칩 설계-검증-상용화 전주기에 걸친 밀착 지원을 통해 팹리스들의 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다

▲ 시스템반도체(System Semiconductor)

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

마이크로컴포넌츠(Microcomponents), 아날로그 IC(Analog IC), 로직 IC(Logic IC), 광학 반도체(Optical Semiconductor) 등으로 구분된다.

– 마이크로컴포넌츠 : 전자제품의 두뇌 역할을 하는 시스템 반도체로 MPU, MCU, DSP 등이  있으며, 마이컴이라고도 불린다.

– 아날로그 IC : 음악과 같은 각종 아날로그 신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 바꿔주는 반도체이다.

– 로직 IC : 논리회로(AND, OR, NOT 등)로 구성되며, 제품 특정 부분을 제어하는 반도체이다.

– 광학 반도체 : 빛을 전기신호로 변환해주거나, 전기신호를 빛으로 변환해주는 반도체이다.

시스템반도체 구분(이미지=삼성전자)

▲ 산업 구조

고가의 설계·검증 도구(Tool), 반도체 설계자산(IP) 확보 등이 진입장벽으로 작용한다.

메모리반도체는 삼성처럼 종합반도체기업(IDM)이 설계부터 제조까지 전 과정을 수행하는 반면, 비메모리반도체는 설계와 생산이 분업화된 산업구조를 가지고 있다.

팹리스(Fabless, 설계)는 퀄컴처럼 반도체 생산시설(Fab) 없이 설계·개발을 수행하는 회사를, 파운드리(Foundry, 생산)는 TSMC처럼 팹리스가 설계한 반도체를 위탁생산하는 회사를 말한다.

▲ 시장 현황

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

메모리반도체는 ‘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 가격 변화가 없다.

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

현재의 시스템반도체는 미국이 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% 정도를 점유하고 있다.

중국은 메모리/시스템 반도체 동시 육성전략을 추진하고, 거대한 내수시장과 수요 창출 등 정부 지원을 바탕으로 팹리스 시장점유율 3위로 부상하고 있다.

대만은 팹리스-파운드리의 유기적 협력을 바탕으로 MediaTek, Novatek, Realtek 등 글로벌 팹리스 기업이 다수 성장해왔다.

▲ 우리나라의 시스템반도체 기회요인

시스템 반도체의 주요 수요처인 자동차, 전자산업 등 글로벌 상위 수준의 대규모 수요기업이 존재한다.

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

시스템반도체에 접목 가능한 기술, 공정 노하우와 고급 인력이 오랫동안 축적되어왔다. 메모리 반도체 시장에서 축적된 노하우를 바탕으로 파운드리 분야의 빠른 성장도 가능하다.