미국을 중심으로 한 반도체 강국들은 중국에 고성능 반도체를 수출하는 데 주력해 왔습니다. 국내 고성능 반도체 생산의 독립적인 통제의 중요성에 대한 인식이 높아지는 가운데, 반도체 산업 사슬에서 작고 정교한 EDA(전자 설계 자동화) 도구가 수행하는 핵심적인 역할 또한 주목받고 있습니다.

칩 설계에는 섬세하고 복잡한 단계가 많습니다. EDA 툴은 칩 설계 효율성을 높이고, 설계를 최적화하며, 칩 기능을 보장하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 현재 미국의 3대 EDA 기업(시놉시스, 케이던스, 멘토)이 전 세계 EDA 시장의 60% 이상을 차지하고 있으며, 대부분의 칩 설계 기업은 이 세 거대 기업의 EDA 툴을 사용하고 있습니다. 따라서 미국은 EDA 기술을 활용하여 중국 칩 산업을 쉽게 압박할 수 있습니다.

약 10%의 현지화율을 보이는 국내 EDA 시장은 20~30년간 업계를 선도해 온 3대 EDA 업체들의 기술적, 상업적 장벽에 직면해 있으며, 현지화율을 더욱 높이는 데 큰 어려움을 겪고 있습니다. 하지만 다행히 오픈소스 트렌드와 인공지능 및 클라우드 기술의 혁신은 국내 EDA 시장에 일생일대의 기회를 제공하고 있으며, 판도를 바꾸고 업계를 추월할 수 있는 발판을 마련해 주고 있습니다.

1. EDA의 현지화율은 약 10%에 불과하며, 돌파구 마련에 병목 현상이 발생하고 있습니다.

EDA는 전체 반도체 산업 공급망의 상류에 위치하며, 소형화와 정밀도가 특징입니다. 시장 조사 및 컨설팅 회사인 가트너가 올해 1월에 발표한 예비 통계에 따르면, 2020년 전 세계 반도체 매출은 449.8억 달러로 2019년 대비 7.3% 증가했습니다.

EDA 시장만 놓고 보면, CCID 컨설팅의 수석 분석가인 루펑하오는 작년에 발표한 자료에서 2019년 세계 EDA 시장 규모가 102억 5천만 달러에 달했다고 밝혔습니다. 중국 EDA 시장 규모는 약 5억 8천만 달러로 세계 시장의 5.6%를 차지했습니다. 국내 EDA 제조업체들의 총 매출은 4억 2천만 위안에도 미치지 못해 세계 시장 점유율은 0.6%에 불과했으며, 국산화율은 약 10%에 그쳤습니다.

"화다 ​​지우톈은 전체 현지화율 약 10% 중 대부분을 차지하고 있습니다. 국내 EDA 업체들이 주로 POS(판매 시점 관리) 도구에 집중하는 반면, 화다 지우톈은 아날로그 칩용 도구를 완벽하게 갖추고 있어 시장 인지도가 높습니다." 루펑하오는 레이펑닷컴과의 인터뷰에서 이렇게 말했습니다. "국내 EDA 업체들이 아날로그 칩 분야에서 발전하고 있는 것 외에도, 궈웨이 그룹과 궈룬 전자의 일부 도구는 국제적인 선도 수준에 도달했습니다. 신화장을 비롯한 여러 업체는 자체 개발한 EDA 도구를 오픈소스로 공개하여 상당한 성과를 거두었습니다."

루펑하오는 EDA의 현지화율 10%를 돌파하기 어렵고 이미 병목 현상에 접어들었다고 분석합니다. 그 이유는 크게 두 가지입니다. 첫째, 중국에는 2,218개의 IC 설계 회사가 있지만, 매출 1억 위안(약 1조 5천억 원)을 넘는 회사는 200여 곳에 불과합니다. 기술력이나 재정 수준을 떠나 대부분의 중국 칩 설계 회사는 정품 소프트웨어를 사용하지 않을 가능성이 높으며, 이로 인해 시장 성장이 제한적일 수밖에 없습니다.

반면, 국내 EDA 업계는 디지털 칩 설계 도구의 완전한 활용 단계를 아직 구현하지 못하고 있다. 연매출 1억 위안 이상의 국내 칩 설계 기업들은 여전히 ​​3대 기업(전자제품, 전자제품, 전자제품)의 EDA 제품을 우선적으로 사용하고 있다.

다시 말해, 국내 EDA 시장은 점진적인 성장이 제한적이고 기존 시장에서 경쟁이 매우 치열합니다. 루펑하오는 "EDA의 현지화율을 더욱 높이려면 전체 디지털 프로세스를 구현해야 합니다. 전체 프로세스가 구현되면 급속한 성장이 시작될 것입니다. 그 후에는 생태계 개선이 필요합니다."라고 말합니다.

사우스웨스트 자오퉁 대학교 정보학부 전자공학과 부학과장인 디즈슝은 국내 EDA 기업들이 직면한 가장 어려운 문제는 생존이며, 그다음은 생태계 문제라고 지적했습니다. 그는 "국내 EDA 기업들은 생존 문제를 해결하기 위해 반도체 설계 회사와 웨이퍼 파운드리의 신뢰를 얻어야 한다"고 강조했습니다.

"현재 국제 정세에서 대부분의 칩 설계 회사들은 제어 가능한 EDA의 중요성을 인식하고 있습니다. 이는 국내 EDA가 시장에 진출하기 위한 필수 조건입니다."

20년 이상 세계적인 EDA 기업에서 기술 개발 및 회사 운영 관리 경력을 쌓은 왕리빈은 2020년 신화장을 설립했으며, 레이펑닷컴과의 인터뷰에서 "과거 중국에서 EDA를 하는 기업은 많지 않았고, 대부분 단일 기능 도구만 제작했습니다. 이제 EDA가 국가적인 주목을 받고 시장 규모가 커짐에 따라 EDA 기업들은 더욱 완벽한 솔루션을 제공하고자 하지만, 규모와 완벽함만을 추구하는 것은 바람직하지 않습니다."라고 말했습니다.

국제 정세의 변화로 인해 중국 반도체 산업은 독자적인 길을 모색해야 했고, 국내 EDA 분야는 오픈 소스 EDA라는 훌륭한 기회를 맞이하게 되었습니다.

2. 오픈소스는 국내 EDA 기업들이 거대 기술 기업과의 경쟁에서 우위를 점할 수 있도록 해줍니다.

탁월한 기회와 사업상의 장애 요인

오픈 소스 기술은 오랜 기간 발전해 왔으며, 오픈 소스 소프트웨어의 활발한 개발은 현재 소프트웨어의 신속하고 저렴한 구현에 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 리눅스, GNU, 안드로이드 및 다양한 오픈 소스 AI 프레임워크는 종종 혁신적인 영향을 미치곤 합니다. 오늘날 EDA 오픈 소스 분야 또한 빠르게 발전하고 있습니다.

2018년 미국 국방고등연구계획국(DARPA)은 IDEA(Intelligent Design of Electronic Assets)와 POSH(Posh Open Source Hardware)라는 두 가지 새로운 프로젝트를 제안했습니다.

디즈슝은 그 이유에 대해 "칩 연구 개발 주기가 최소 1~2년이고 비용이 매우 높으며 기술적 진입 장벽 또한 매우 높아 칩 설계 분야의 혁신을 심각하게 저해한다"고 생각한다. "이 두 프로젝트는 IP와 EDA라는 두 가지 차원에서 칩 설계 프로세스를 단축하여 연구 개발 시간을 절약해 준다. RISC-V 명령어 세트부터 POSH, IDEA에 이르기까지, 이는 칩 산업의 번영을 공동으로 촉진할 수 있는 진정한 오픈 소스 생태계라고 생각한다."

관련 통계에 따르면 IDEA/POSH라는 두 오픈 소스 프로젝트의 구현을 통해 사용 가능한 오픈 소스 EDA의 수가 거의 두 배로 증가했습니다.

"현재 국내 EDA 툴 산업의 상황은 기술 진입 장벽이 높고 인재 측면에서 강사와 교육 과정이 부족하다는 것입니다. 오픈 소스는 기술적, 상업적 장벽을 허물고 과학 기술 자원의 통합 및 배분을 최적화하며 혁신을 효율적으로 촉진하고 가속화하여 국내 집적 회로 설계 생태계를 신속하게 구축할 수 있습니다." 왕리빈은 이렇게 말했습니다.

그렇다면 오픈소스 EDA는 국내 EDA 산업이 완전한 디지털 프로세스를 빠르게 실현하는 데 도움이 될 수 있을까요? 왕리빈은 "기술 방향과 자원 투자에 달려 있다고 생각합니다. 신화장은 체계적인 아이디어를 가지고 있지만, 투자 규모가 커질수록 더욱 어려워질 것입니다. 또한 EDA마다 관련된 단계가 다르고, 오픈소스의 한계와 오픈소스가 가져올 수 있는 생태계 확산 효과도 고려해야 합니다."라고 말했습니다.

디즈슝은 기술적인 관점에서 오픈 소스 포인트 툴들이 통합된 인터페이스를 갖추지 못하면 포인트 툴들을 서로 연결하기 어렵다고 분석했습니다. 또한, 기존의 오픈 소스 단일 포인트 EDA 툴 대부분은 상용 테이프아웃을 통해 검증되지 않았습니다. 특히 아날로그 칩 설계 및 디지털 칩 물리적 구현을 ​​위한 EDA 툴은 오픈 소스 프로세스 라이브러리와 PDK 지원을 절실히 필요로 합니다.

루펑하오는 오픈소스가 국내 EDA 분야에서 전체 디지털 프로세스를 실현하는 한 가지 방법이지만, 현재는 모두 초기 단계에 머물러 있다고 지적했습니다. 축적을 거듭할수록 전체 프로세스를 완성하는 속도가 더 빨라질 것이라고 덧붙였습니다.

그렇다면 왜 여전히 오픈소스가 국내 EDA 산업에 훌륭한 기회라고 말씀하시는 겁니까? EDA 오픈소스가 단기적으로 국내 EDA 산업의 부족한 부분을 메워줄 수는 없겠지만, 근본적으로 국내 EDA 산업 발전에 필요한 인재 부족 문제를 해결할 수 있을 것입니다. 특히 소형 고숙련 EDA 산업의 경우, 고급 인재 부족이 국내 집적회로 산업 발전의 가장 큰 과제라는 것은 업계의 공통된 의견입니다.

"국내 교육 시스템에서 EDA 강사는 대개 마이크로일렉트로닉스나 컴퓨터 공학과 출신입니다. 어느 전공이든 EDA는 틈새 분야입니다. 중국에서 EDA 강좌를 제공하는 학교는 극히 드물고, EDA 교육 자료도 부족하며, EDA에 관심 있는 학생 수도 매우 적습니다."라고 디즈슝은 말했다.

"오픈소스 EDA는 우선 이론 및 실험 수업을 더욱 효과적으로 지원할 수 있는 사례가 많습니다. 또한 학생들이 EDA의 내부 알고리즘을 이해하는 데에도 도움이 됩니다. 뿐만 아니라, 오픈소스 EDA는 고가의 상용 도구를 구매할 필요가 없습니다. 더 나아가, 집적회로가 기초 과목으로 격상된 점도 긍정적입니다. 이러한 장점들을 고려할 때, EDA 강좌를 개설하고 교재를 출판하는 것이 유익할 것이라고 생각합니다."

오픈 소스 EDA는 관련 연구에도 긍정적인 영향을 미칠 것입니다. 많은 연구 논문이 오픈 소스 EDA를 기반으로 작성되었지만, 오픈 소스 EDA 자체가 인수된 후 클로즈드 소스로 전환되는 경우가 많다고 합니다. "오픈 소스 EDA가 비교적 완성도 높은 EDA 환경과 프로세스를 제공한다면, 이를 벤치마크 참조 모델로 활용하여 알고리즘이나 모델의 효율성을 검증할 수 있습니다. 따라서 과학 연구든 교육이든 오픈 소스 EDA의 필요성은 매우 높습니다."

오픈소스 EDA는 학교의 인재 양성 과정의 어려움을 줄여줄 뿐만 아니라, 더 많은 사람들이 EDA 산업에 진출하도록 유도하고 혁신을 가속화할 수 있습니다. 왕리빈은 "EDA는 컴퓨터, 소프트웨어, 집적 회로를 아우르는 융합 학문입니다. 오픈소스는 제품의 마스터 버전을 제공하는 것과 같아서 연구 개발의 진입 장벽을 낮춥니다. 또한 연구 기관, 대학, 기업, 그리고 일반 사용자들의 혁신을 촉진하고 가속화하며, 자원 배분을 최적화하고 오픈소스 활용을 통해 많은 EDA 인재를 양성할 수 있습니다."라고 말했습니다.

"업계에서 더 나은 오픈 소스 제품이 나오면 오픈 소스 EDA 소프트웨어의 사용 빈도와 범위가 증가할 것입니다. 이러한 대규모 응용 사례는 오픈 소스 EDA에 더 많은 테스트 데이터를 제공하고, 오픈 소스 EDA 도구의 개발과 혁신을 더욱 가속화하며, 궁극적으로 긍정적인 피드백을 통해 EDA 오픈 소스 생태계를 형성할 것입니다."라고 왕리빈은 덧붙였다.

국내 EDA 기업들은 오픈 소스 EDA의 기회를 포착할 뿐만 아니라 AI, 클라우드 컴퓨팅과 같은 신기술을 활용하여 새로운 방향으로 나아가고 있으며, 시장을 선도하고 있습니다.

3. 국내 EDA는 추월을 위해 차선을 변경합니다.

오픈 소스 EDA의 선구자인 신화장은 2020년 9월 중국 최초의 오픈 소스 EDA 기술 커뮤니티인 EDAGit을 출범시키고 두 가지 EDA 툴을 오픈 소스로 공개했습니다. 왕리빈 대표는 현재 반도체 기업들이 칩 프로젝트 검증에 막대한 노력을 기울이고 있다고 밝혔습니다. 칩 결함으로 인한 손실은 수억 위안에 달하는 생산 비용 손실부터 제품 출시 지연이나 기업 이미지 손상, 고객 이탈, 심지어는 치명적인 타격까지 초래할 수 있기 때문입니다. 따라서 검증, 특히 하드웨어 검증은 기술 리더십을 확보하는 데 있어 중요한 핵심 요소 중 하나입니다.

신화장이 오픈소스로 공개한 두 가지 EDA 도구는 모두 검증과 관련이 있습니다. EpicSim은 기존 EDA 방법론을 기반으로 한 향상되고 혁신적인 오픈소스 시뮬레이션 도구입니다. 시뮬레이터는 기능 검증에 필수적인 요소입니다. 또 다른 오픈소스 도구는 정형 검증 도구인 "Effectiveness"입니다. 정형 검증의 장점은 완벽하고 철저한 검증이 가능하다는 점입니다. 복잡한 환경 구축이 필요하지 않고 설계 수렴 효율이 높아 초기 모듈 검증에 적합합니다.

디지털 시뮬레이터 프로세스

왕리빈은 "신화장이 집중하는 디지털 검증 분야는 웨이퍼 팹 및 첨단 공정과 직접적이고 밀접한 관련이 없습니다. 따라서 우리에게 기술적 돌파구의 열쇠는 인재에 있습니다. 후공정 및 웨이퍼 팹의 레이아웃과 배선에 있어서는 다양한 공정 노드에서 오픈 소스 제품의 적용 가능성을 열어두는 것을 고려해야 합니다."라고 말했습니다.

"저희의 오픈 소스 EDA 툴은 칩 프로젝트의 초기 검증 및 교육 현장에서 유용하게 활용될 수 있습니다. 저희는 자원 통합 및 최적화를 촉진하여 칩 설계자와 EDA 툴 개발자 모두가 신화장의 오픈 소스 EDA 툴을 사용할 수 있기를 바랍니다. 이를 통해 새로운 기술 생태계가 빠르게 형성되고, 두 그룹 구성원의 혁신 활력이 고취되며, EDA 기술 및 상업적 장벽을 극복하고, 집적 회로 혁신 사슬의 전반적인 효율성을 향상시킬 수 있기를 기대합니다."

디즈슝은 "신화장의 디지털 검증 도구는 중국에서 선구적인 발전을 이루었으며, 오픈 소스 정형 검증 EDA 도구인 'EpicFV'는 세계 최초입니다. 검증 도구는 전체 EDA 도구 판매량의 약 30%를 차지하며, 수요가 많고 시장 가치도 높습니다."라고 말했습니다.

레이펑닷컴은 신화장의 에픽심(EpicSim) 툴이 상용 칩 설계 회사에 채택되어 실제 설계에서 시뮬레이션 속도를 두 배로 높이는 목표를 달성했다는 사실을 알게 되었습니다.

"오픈소스의 길을 고수하는 것은 EDA를 현지화하는 데 있어 확실히 매우 좋은 방법입니다."라고 루펑하오는 말했다.

오픈 소스 외에도 AI와 클라우드 컴퓨팅 같은 최첨단 기술은 국내 EDA 산업이 방향을 전환하고 앞서 나가는 데 도움을 줄 수 있습니다. 왕리빈은 "해외 EDA 대기업들은 수십 년 동안 발전해 왔습니다. 전통적인 방식과 구조만으로는 그들을 따라잡는 데 오랜 시간이 걸릴 것입니다. 하지만 새로운 기술과 새로운 구조를 활용하면 기존의 방식에 얽매이지 않고 새로운 출발선에서 더욱 발전된 EDA 도구를 개발할 수 있습니다."라고 말합니다.

예를 들어, 신화장이 사용하는 LLVM 기술을 생각해 보세요. 기존 EDA 도구는 x86 아키텍처 서버만 지원합니다. ARM이나 RISC-V 아키텍처 서버에 적용하려면 이식 작업에 많은 시간이 소요됩니다. 하지만 LLVM 아키텍처를 사용하면 처음부터 다양한 아키텍처를 쉽게 지원할 수 있어 추후 이식 작업이 필요 없어지고, 시장 변화에 빠르게 대응하고 경쟁력을 확보할 수 있습니다.

AI 기술의 역할에 대해 디즈슝은 AI가 EDA 도구 개발을 근본적으로 촉진할 수는 없지만, 예측과 유사한 블랙박스 역할을 하여 보다 복잡한 문제를 해결하는 데 활용될 수 있다고 생각한다.

루펑하오의 견해는 세계가 AI 기술과 EDA 기술의 결합을 연구하고 있으며, 국내 AI 기술이 세계를 선도하고 있다는 것입니다. 이러한 우위는 우리가 따라잡는 속도를 어느 정도 가속화하는 데 도움이 될 것입니다. 또한 클라우드 기술도 간과할 수 없습니다. 클라우드 컴퓨팅의 발전으로 클라우드 상에서 칩을 설계하면 칩 설계 과정에서 시간이 많이 소요되는 검증 시간을 단축할 수 있습니다.

4. 개요

산업 공급망의 핵심인 EDA 기술은 산업 공급망 전체의 효율성을 향상시키기 위해 혁신되어야 합니다. 2021년은 '제14차 5개년 계획'의 첫해이며, 이 계획에서 처음으로 집적회로 설계 도구의 획기적인 발전이 필요하다고 명확히 언급되었습니다.

EDA의 현지화율이 낮고 대기업들이 강력한 기술·상업적 장벽을 구축하고 있는 상황에서, 오픈소스는 국내 EDA 산업이 판도를 바꾸고 앞서 나갈 수 있는 좋은 방법입니다. 제14차 5개년 계획 또한 오픈소스 기술을 국가적 차원에서 육성하는 것을 목표로 삼았습니다. 신화장은 중국에서 선도적으로 오픈소스 커뮤니티를 출범시키고 두 가지 디지털 검증 EDA 도구를 무료로 오픈소스 공개하여 EDA 산업 진입 장벽을 낮추고 인재를 육성하며 혁신을 가속화하는 데 긍정적인 영향을 미쳤습니다.

오픈 소스, 인공지능, 클라우드 컴퓨팅과 같은 첨단 기술의 혁신은 중국 EDA 산업에 세기에 한 번 있을 법한 전환점을 마련해 주었습니다. 루펑하오는 현재의 진행 상황, 추세, 시장 정보, 그리고 국가 재정 및 정책 지원이 뒷받침된다면 향후 5년 안에 국내 EDA의 전 과정을 기본적으로 실현하는 데 어려움이 없을 것으로 예상합니다.

EDA 거대 기업들의 장벽을 허무는 것은 어려운 일이지만, 낙관적인 이유가 있습니다.

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