자동차용 반도체는 크게 기능 칩인 MCU(마이크로컨트롤러 유닛), 전력 반도체(IGBT, MOSFET 등), 그리고 센서의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. MCU는 주로 안전 및 주행, 자율 주행(주행 보조) 시스템 제어, 중앙 제어 시스템의 표시 및 연산, 엔진, 섀시 및 차체 제어 등 핵심적인 역할을 담당합니다.

MCU(마이크로컨트롤러)는 자동차에 탑재되는 전체 반도체 소자의 약 30%를 차지합니다. 평균적으로 자동차 한 대에는 70개 이상의 MCU 칩이 사용됩니다. 자동차가 단순한 기능 기계에서 스마트 기계로, 그리고 자동차 전자 장치에서 무인 주행 장치로 진화함에 따라 자동차용 MCU 시장 규모는 더욱 확대되었습니다. 시장 조사 기관 가트너의 자료에 따르면, 자동차 전자 칩 수요에서 컴퓨팅 및 제어 칩과 전력 반도체 칩이 현재 각각 전체 수요의 26.2%와 29.7%를 차지하는 두 가지 주요 시장입니다. 이 두 시장의 규모를 합치면 22.9억 달러에 달하며, 전체 자동차 반도체 시장의 55% 이상을 차지합니다.

범례: 자동차용 반도체 제품 구성 및 시장 점유율

예를 들어, 구글 웨이모는 인텔 CPU와 알테라 FPGA 솔루션, 그리고 인피니언 MCU를 통신 인터페이스로 사용하고, 바이두 아폴로는 NXP/인피니언/레사스 MCU와 자일링스 FPGA/NVIDIA GPU 솔루션을 사용하며, 아우디는 모빌아이 ASIC NVIDIA GPU와 알테라 FPGA, 인피니언 MCU를 결합한 멀티칩 통합 솔루션을 사용합니다. 자율주행차, 차량 내 지능형 통신, 차량 내 엔터테인먼트와 같은 자동차 애플리케이션은 32비트 MCU의 대량 정보 처리 능력을 요구합니다. 향후 추세는 다기능 통합과 저전력 소비 성능으로 향할 것이며, 활용 분야는 계속해서 증가할 것으로 예상됩니다.

또한, 르네사스, NXP, 텍사스 인스트루먼트, 인피니언, 마이크로칩, 사이프러스, ST마이크로일렉트로닉스, 도시바 등 주요 자동차 MCU 제조업체들이 제공하는 32비트 자동차 MCU 제품 라인을 살펴보면, 거의 모든 제조업체가 ARM Cortex-M 또는 ARM Cortex-R을 CPU 코어로 사용하는 MCU 설계를 보유하고 있으며, MCU 제품 라인을 더 많은 자동차 애플리케이션으로 확장하기 위해 노력하고 있음을 알 수 있습니다.

주요 IP 제조업체들의 CPU 코어 채택이 자동차용 MCU 개발을 가속화할 것으로 예상됩니다.

ICVTanK의 데이터에 따르면, 전 세계 자동차 기능성 칩 시장은 2019년 7억 달러에서 2021년 7.5억 달러로 꾸준히 증가할 것으로 예상됩니다.

하지만 현재 전 세계 자동차용 반도체 시장은 유럽, 미국, 일본 등 여러 국가의 거대 ​​기업들이 장악하고 있습니다.

자동차 MCU 시장의 주요 업체는 누구인가요?

시장조사기관 가트너의 자료에 따르면, 2019년 유럽의 자동차용 반도체 생산액은 전 세계 자동차용 반도체 총 생산액 150억 8,800만 달러의 36.79%를 차지하며 세계 1위를 기록했습니다. 미국이 32.64%로 2위, 일본이 26.03%로 3위를 차지했습니다. 중국 본토의 2019년 자동차용 반도체 매출액은 약 10억 달러에 불과해 3%에도 미치지 못했습니다. 유럽, 미국, 일본과 비교하면 시장 점유율 격차가 매우 큽니다.

범례: 데이터 출처: 가트너, 신원로 1번지 기준 도표

세계 20대 자동차용 반도체 제조업체 중 미국 기업이 9개, 유럽과 일본 기업이 각각 5개를 차지하고 있다. 그러나 유럽 자동차용 반도체 기업들의 종합적인 경쟁력이 더욱 강하며, 5개 기업 중 3개 기업이 세계 5대 기업에 진입했다. 중국 본토의 넥스페리아는 NXP의 표준 부품 사업을 인수한 중국 기업이 설립한 자동차용 반도체 회사로, 현재 중국 최대 규모이자 최고 수준의 자동차용 반도체 제조업체이다.

자동차용 MCU의 주요 대표 기업으로는 르네사스, NXP, 인피니언, 텍사스 인스트루먼트, 엔비디아 등이 있습니다. 최근 몇 년 동안 중국 또한 자동차 전자 분야에 적극적으로 진출하고 있습니다. 예를 들어, 사이텅 마이크로와 같은 국내 MCU 기업들은 자동차 분야에 진출하여 2020년 5월 기준으로 수백만 개의 자동차용 MCU를 출하했습니다.

BYD 반도체는 2007년 MCU 분야에 진출하여 산업용 MCU 개발에 주력해 왔습니다. 13년간의 개발 끝에 BYD는 산업용 범용 MCU 칩, 산업용 3-in-1 MCU 칩, 자동차용 터치 MCU 칩, 자동차용 범용 MCU 칩, 배터리 관리 MCU 칩 등을 개발했습니다. 이는 전력 소자 분야에 더해 BYD의 또 다른 도약입니다.

2020년 3월, NavInfo의 완전 자회사인 AutoChips는 자사의 자동차용 MCU 제품군인 AC7801X가 국내 최초의 32비트 Cortex-M0+ 자동차용 MCU 칩이라고 발표했습니다. AC7801X는 주로 자동차 차체 전자 장치에 사용되며 선루프, 창문, 시트, LED 조명, 후방 레이더, 레인 센서 등 다양한 제품 분야에 폭넓게 적용될 수 있습니다. Jiefa Technology는 애프터마켓 분야에서의 강점을 바탕으로, 프론트엔드 시장의 선두주자인 NavInfo와 협력하여 프론트엔드 및 애프터엔드 시장에서의 경쟁력을 강화할 계획입니다.

2020년 9월, 상하이 신왕 마이크로일렉트로닉스 테크놀로지(Shanghai Xinwang Microelectronics Technology Co., Ltd.)는 실리콘 하버 캐피털(Silicon Harbor Capital)이 주도하고 SAIC 헝쉬(SAIC Hengxu), SMIC 주위안(SMIC Juyuan), 비욘드 무어(Beyond Moore), 연방준비제도이사회(Fed Securities), 주청투자(Jucheng Investment) 등이 참여한 시리즈 A 투자 유치로 1억 위안을 확보했습니다. 신왕 마이크로는 자체 개발한 쿵푸(KungFu) 코어 아키텍처 기반의 고신뢰성, 고품질 8비트 MCU 및 32비트 MCU&DSP를 개발해 온 것으로 알려져 있습니다. 신왕 마이크로는 독자적인 MCU 코어 및 아키텍처 외에도 통합 개발 환경, C 컴파일러 및 에뮬레이터 등 독립적인 연구 개발을 지원하는 다양한 개발 도구를 개발하여 칩부터 툴 체인까지 완전한 자율성을 확보했습니다.

중국 제조업은 여전히 ​​따라잡기에 어려움을 겪고 있는데, 이는 주로 자동차용 MCU 칩의 긴 개발 주기, 높은 설계 진입 장벽, 그리고 막대한 자본 투자 때문입니다. 현재 국내산 MCU는 주로 다양한 종류의 자동차 헤드라이트, 테일라이트 제어 시스템, 그리고 윈도우 유리 리프팅, 무선 충전 등과 같은 주변 편의 제어 장치에 사용되고 있습니다.

상류 생산 능력부터 최종 조달까지, 2021년 자동차 MCU 부족 현상의 원인

이번에 심각한 공급 부족을 겪고 있는 자동차 칩은 ESP(전자식 안정성 제어 시스템)와 ECU(전자식 제어 장치) 시스템에 사용되는 MCU(전자 제어 모듈)입니다.

자동차 칩 부족 현상의 원인을 상류 생산 능력부터 최종 제품 조달까지 분석하여 학습 및 참고 자료로 활용하십시오.

공급 측면에서는 2020년 상반기에 대한 비관적인 전망이 하반기 자동차용 반도체 칩 생산 계획 수립에 어느 정도 걸림돌이 되었습니다. 재고가 전혀 없거나 오히려 마이너스 재고 상태인 것도 이러한 부족 현상의 주요 원인입니다. 이전에는 반도체 칩 재고 관리에 신경 쓰지 않았던 기업들도 이제는 그 중요성을 크게 인식하고 있습니다.

한편, 세계적인 전염병 확산은 반도체 및 반도체 원료 공급망에도 영향을 미쳤습니다. MCU 칩의 8인치 웨이퍼 생산 능력이 부족해지고, 동남아시아의 칩 조립 공장들이 생산을 중단했으며, 이탈리아 반도체 대기업 ST(STMicroelectronics)의 대규모 파업까지 겹치면서 MCU 칩 부족 현상이 더욱 악화되었습니다. SUMCO가 발표한 자료에 따르면, 2020년 자동차 분야의 8인치 웨이퍼 생산 능력은 전체 생산량의 약 33%, 12인치 웨이퍼 생산 능력은 약 5%를 차지할 것으로 예상됩니다. 반도체 산업 전반의 생산 능력 부족 현상 속에서, 가전제품 분야의 칩 생산 능력이 더욱 집중되고 있는 것입니다.

범례: 2020년 8인치 웨이퍼 생산 능력 활용 비중 차트: 국제 전자 사업 데이터 출처: SUMCO

범례: 2020년 12인치 웨이퍼 생산 능력 활용 비중 도표: 국제 전자 사업 현황 자료 출처: SUMCO

수요 측면에서 중국 자동차 산업은 시장 실적이 예상치를 뛰어넘으며 지속적인 회복세를 보이고 있습니다. 자동차 전자 장치 및 지능화 기술의 발전으로 차량 한 대에 탑재되는 자동차 칩 수요가 더욱 증가했습니다. 이에 따라 자동차 칩 공급 부족 현상이 나타나면서 부품 제조업체의 납기일이 길어지고 있습니다. 인피니언의 32비트 MCU 납기일은 현재 15~24주이며, ST의 MCU 납기일은 24~35주로 연장되었습니다.

이번 자동차 전자 부품 시장은 NXP, 인피니언, ST, 보쉬 등 주요 해외 제조사의 칩 공급이 부족한 것이 주된 원인입니다. 일부 제조사의 자동차 MCU 제품 가격은 20~30% 상승했습니다. 국내 자동차 칩 자급률은 10%에도 미치지 못하기 때문에, 우리는 사실상 이러한 자동차 칩 부족 현상을 그저 지켜볼 수밖에 없습니다. 자동차 등급 인증, 신뢰성, 장기 인증 등 엄격한 요구 조건들이 중국 칩 기업들이 자동차 공급망에 진입하는 데 걸림돌이 되고 있기 때문입니다.

자동차용 칩 부족 현상은 반년 정도 지속될 것으로 예상되며, 2021년 상반기에도 자동차용 칩 공급에 차질이 생길 가능성이 있습니다. 이러한 자동차용 칩 부족 사태는 국내 자동차 산업 공급망에 대한 경종을 울리고 있습니다. 국내 마이크로컨트롤러(MCU)가 자동차 공급망에 진출하는 것은 일반적인 추세입니다. 예를 들어, 그레이트 월 모터스는 최근 베이징 호라이즌 로보틱스 테크놀로지 연구개발 유한회사에 전략적 투자를 완료하며 공식적으로 칩 산업에 진출했습니다. 지리자동차 또한 신칭 테크놀로지와 신쥔넝에 투자했습니다. 국내 신에너지 자동차 시장의 성장은 국내 공급망의 성장을 견인할 것입니다. 이는 국내 휴대폰 브랜드의 성장이 휴대폰 공급망의 성장을 견인하는 것과 같은 맥락입니다.

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