반도체는 오늘날 정보 기술 산업의 급속한 발전을 뒷받침하는 기반이자 원동력입니다. 반도체는 경제 및 사회 발전의 다양한 분야에 깊숙이 침투하고 통합되어 있으며, 반도체 기술 수준과 발전 규모는 한 국가의 산업 경쟁력과 종합적인 국가 역량을 측정하는 중요한 지표 중 하나가 되었습니다.

2020년은 코로나19 팬데믹의 영향으로 세계 경제가 침체를 겪었지만, 재택근무 및 원격 회의 등의 수요 증가에 힘입어 세계 반도체 시장은 오히려 성장세를 보였습니다. 2020년 세계 반도체 시장 규모는 4,400억 달러에 달하며 전년 동기 대비 6.8% 증가했습니다. 메모리 및 특수 목적 칩을 중심으로 한 반도체 제품들이 호황기에 접어들었으며, 중국 집적회로 시장의 수요는 꾸준히 강세를 유지하며 연간 매출액이 1조 6,339억 7천만 위안으로 전년 동기 대비 8.26% 증가했습니다. 2021년에도 시장 규모는 더욱 성장할 것으로 예상됩니다.

"상향 나선형" 개발 모델

세계 반도체 시장의 발전은 '나선형 상승' 모델을 보이며, 성장 둔화 또는 후퇴 이후 더욱 강력한 회복세를 보일 것입니다. 2000년 인터넷 거품 붕괴로 반도체 산업은 2년간의 조정기를 거쳤습니다. 이후 축적된 에너지와 12인치 실리콘 웨이퍼 도입으로 반도체 시장은 빠르게 성장했습니다. 그러나 2008년 4분기 글로벌 금융 위기 발생으로 반도체 시장은 단기적인 조정기에 접어들었습니다.

2010년 이후 아이폰, 아이패드 등 모바일 단말기의 등장으로 모바일 인터넷 시대가 열렸고, 반도체 시장의 성장률은 사상 최고치를 경신했습니다. 메모리 시장의 폭발적인 성장에 힘입어 세계 반도체 시장 규모는 2017년 400천억 달러를 돌파했습니다. 그러나 2018년 하반기부터 세계 반도체 시장은 다시 조정기에 접어들었습니다. 2019년에는 솔리드 스테이트 스토리지, 스마트폰, PC 수요 증가세 둔화, 높은 재고량, 그리고 전 세계 반도체 수요 감소로 인해 메모리 시장 가격이 하락했습니다. 여기에 글로벌 무역 마찰로 인한 불확실성 증가까지 겹치면서 세계 반도체 시장은 2019년에 12.0%라는 큰 폭으로 위축되었습니다. 이는 지난 15년 동안 세계 반도체 시장에서 가장 큰 감소폭입니다.

2020년, 코로나19 팬데믹의 영향에도 불구하고 세계 반도체 시장은 강한 회복세를 보이며 시장 규모가 전년 동기 대비 6.8% 증가한 440억 달러에 달했습니다. 메모리 및 특수 목적 칩으로 대표되는 반도체 제품은 호황기에 접어들었습니다. 업계 전반적으로 로직 칩(11.1%)이 가장 큰 성장세를 보였고, 센서(10.7%)와 메모리(10.4%)가 그 뒤를 이었습니다.

지역 구조 측면에서 볼 때, 중국은 수년간 세계 최대 반도체 소비 시장 자리를 유지해 왔습니다. 2020년 중국의 시장 점유율은 34.4%로 최고치를 기록했습니다. 미국, 유럽, 일본 등의 시장 점유율은 각각 21.7%, 8.5%, 8.3%, 27.1%였습니다. 이 중 미국 시장은 21.3%의 높은 성장률을 보였고, 아시아 태평양 시장은 5.1% 성장했으며, 일본 시장은 1.3%의 미미한 성장률을 기록했고, 유럽 시장은 5.8% 감소했습니다. 미국 시장의 높은 성장률은 2019년 미국 시장이 23.7%라는 가장 큰 폭의 하락세를 보였기 때문인데, 이는 세계 평균 하락폭보다 11.7%포인트 높은 수치였습니다. 일본 역시 10.0% 하락했고, 유럽, 중국 등 다른 지역은 각각 7.4%, 9.3%, 8.8% 하락했습니다.

코로나19 팬데믹의 영향으로 재택근무 및 원격교육과 같은 애플리케이션 사용이 급증하면서 통신 및 컴퓨터 제품 등 하위 시장의 빠른 회복세를 견인했습니다. 2020년에도 통신 및 컴퓨터는 전 세계 반도체 사용량에서 각각 33.5%와 29.1%의 시장 점유율을 차지하며 가장 큰 비중을 차지했습니다. 4G 및 5G 애플리케이션의 인기에 힘입어 통신 칩 시장 점유율은 2010년 22.2%에서 2020년 33.5%로 증가했습니다. 반면, PC 시장 점유율은 스마트폰, 태블릿 등 신흥 전자제품에 점차 추월당하며 2010년 40.9%에서 2019년 29.1%로 하락했습니다.

시장 경쟁이 점점 더 치열해지고 있습니다.

2020년은 글로벌 반도체 시장에서 주목할 만한 해입니다. IBM이 개발한 새로운 2nm 칩이 특히 눈길을 끕니다. 이 칩은 GAA 트랜지스터라고 불리는 나노시트 적층 트랜지스터를 사용하여 제작되었습니다. 현재 가장 앞선 7nm 칩과 비교했을 때, 이 칩은 성능을 45% 향상시키거나 에너지 소비를 75% 절감할 수 있습니다. IBM은 2nm 기술을 사용하면 손톱 크기의 칩에 최대 50억 개의 트랜지스터를 집적할 수 있다고 밝혔습니다.

반도체 기업의 매출 현황 또한 업계의 주요 관심사입니다. 2020년 세계 10대 반도체 기업 중 6개가 미국 기업입니다. 총 매출액 기준으로 미국 기업 6곳이 상위 10개 기업 전체 시가총액의 59.2%를 차지했고, 한국 기업 2곳은 32.4%를 차지했습니다.

산업 사슬 관점에서 보면, 2020년 세계 10대 반도체 기업 중 6곳이 IDM(통합 반도체 제조업체)이며, 이들의 총 매출액은 1,970억 9천만 달러로 10대 기업 전체 매출액의 78.3%를 차지합니다. 또한 4곳이 설계 회사이며, 이들의 총 매출액은 547억 달러로 10대 기업 전체 매출액의 21.7%를 차지합니다.

2020년에도 인텔은 반도체 기업 중 매출 1위 자리를 지켰습니다. 인텔은 올해 702억 4,400만 달러의 반도체 매출을 기록하며 세계 최대 반도체 공급업체로서의 입지를 유지했는데, 이는 전년 동기 대비 3.7% 증가한 수치입니다. 이러한 성장은 핵심 사업인 클라이언트 및 서버 CPU 사업의 성장에 힘입은 것입니다. 2020년 세계 10대 반도체 기업 중에서는 미디어텍이 가장 큰 폭의 매출 증가를 기록했고, 엔비디아와 퀄컴이 그 뒤를 이었습니다. 텍사스 인스트루먼트는 유일하게 매출이 감소한 기업이었습니다.

올해 전 세계 반도체 연구개발(R&D) 지출을 살펴보면, 상위 10개 반도체 기업의 R&D 투자액은 11% 증가한 43.5억 달러에 달해 업계 전체의 64%를 차지했습니다. 이는 선도 기업들의 시장 집중도가 더욱 높아지고 시장 경쟁이 더욱 치열해졌음을 보여줍니다.

2020년 하반기, 전 세계 반도체 업계에서는 5건의 대규모 인수합병과 10건 이상의 소규모 인수합병이 발생했으며, 총 거래액은 1,180억 달러라는 기록적인 규모에 달했습니다. 이로써 2020년은 반도체 인수합병 역사상 최대 거래량을 기록한 해가 되었습니다. 그러나 위의 인수합병들은 모두 거래 완료 및 승인 절차를 거친 것은 아닙니다. 전 세계 반도체 업계의 인수합병 규모 급증은 주로 각 분야 거대 기업들 간의 강력한 제휴에 기인합니다.

앞서 아날로그 칩 제조업체 ADI는 아날로그 신호/하이브리드 칩 제조업체인 Maxim Integrated Products를 210억 달러에 인수한다고 발표했고, 그래픽 카드 제조업체 엔비디아는 2020년 9월 프로세서 아키텍처 프로토콜 공급업체인 Arm을 400억 달러에 인수한다고 발표했습니다. Arm은 그 이전에는 일본 소프트뱅크의 지배를 받았습니다. 또한, 미국 인텔은 중국에 있는 NAND 플래시 메모리 사업부와 300mm 웨이퍼 공장을 한국 SK하이닉스에 90억 달러에 매각한다고 발표했고, 미국 AMD는 2020년 10월 29일 이를 약 350억 달러에 인수한다고 발표했습니다. FPGA 공급업체인 자일링스의 인수 거래는 2021년 말까지 완료될 것으로 예상됩니다. 같은 날, 마벨 일렉트로닉스는 실리콘 밸리의 IC 공급업체인 인피를 현금과 주식으로 100억 달러에 인수한다고 발표했으며, 이 거래 역시 2021년 하반기에 완료될 예정입니다. 위의 거래들은 아직 완료되지 않았으며 관련 규제 당국의 검토를 받고 있습니다.

무어 이후 시대의 파괴적 기술

이종 집적화는 무어의 법칙 이후 시대의 대표적인 개발 기술입니다. 이 기술은 패키징 분야에 적용되고 있으며, 요구 사항이 충족될 경우 칩렛 기술을 사용하여 칩 기능을 빠르고 효율적으로 구현할 수 있습니다. 또한 이 기술은 설계 난이도가 낮고 제조가 편리하며 비용이 저렴하다는 장점을 가지고 있습니다.

이러한 방향성 덕분에 칩 개발은 전력 소비 감소와 성능 향상만을 맹목적으로 추구하던 것에서 벗어나 시장 수요를 실질적으로 충족하는 방향으로 전환할 수 있었습니다. 많은 기업들이 "코어 칩" 개발 계획을 가지고 있습니다. 예를 들어, 인텔은 로직 칩과 메모리 칩을 3D 패키징할 수 있는 포베로스(Foveros) 기술을 선보였고, TSMC는 웨이퍼 간 접합이 가능한 멀티칩 스태킹 SoIC 기술을 출시했습니다. 동시에 이러한 기술은 무어의 법칙 이후 시대 중국 반도체 산업의 핵심 개발 기술이기도 합니다.

RISC-V 아키텍처 기반 MCU는 MCU 시장 구조에 변화를 가져올 것입니다. RISC-V는 표준 BSD 라이선스를 기반으로 하므로, CPU 설계 및 사용, 자체 확장 명령어 세트 개발 및 추가, 공개 배포, 상업적 판매, 기존 라이선스 계약 대체, 또는 완전한 클로즈드 소스 사용 등 모든 측면에서 자유로운 선택이 가능합니다. RISC-V는 현재 AIoT에 가장 적합하며, ARM 아키텍처 프로세서와 경쟁하여 중국 내 RISC-V 생태계를 형성할 것으로 기대됩니다. MCU는 RISC-V의 가장 유망한 응용 분야 중 하나입니다. 오픈 소스, 저전력, 저비용 등의 장점을 가진 RISC-V 아키텍처 MCU는 ARM 아키텍처 MCU에 큰 영향을 미치고 시장에 새로운 변화를 가져올 것입니다.

광자 칩은 칩 개발의 새로운 방향으로 떠오르고 있습니다. 광자 칩은 데이터 획득, 전송, 연산, 저장 및 표시를 위해 광 신호를 사용하는 칩입니다. 현재 광자 칩은 광 통신, 특히 데이터 센터 인프라 구축에 활용되고 있습니다. 실리콘 포토닉스는 CMOS 소자의 저비용, 확장성, 제조 및 조립 용이성 등의 장점을 활용하기 위해 광 소자를 실리콘 칩에 집적하는 기술입니다. 전자 구동 방식의 집적 회로와 비교했을 때, 광자 칩은 초고속 및 초저전력이라는 특징을 가지고 있습니다. 이론적으로 광자 칩의 크기는 조절 가능하며, 빛의 특성상 고밀도 병렬 컴퓨팅을 포함한 선형 컴퓨팅에 매우 적합합니다. 인공지능(AI)의 급속한 발전과 함께 광자 칩의 행렬 곱셈 성능은 기존 전자 칩보다 수백, 수천 배 뛰어날 가능성이 있으며, 이는 학계와 산업계가 광자 컴퓨팅이 가져올 기회를 탐구하는 데 박차를 가하도록 이끌고 있습니다.

탄소 중립 트렌드의 영향으로 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 3세대 반도체 산업이 빠르게 성장하고 있습니다. 코로나19 팬데믹의 영향이 점차 줄어들면서 인버터, 주파수 변환기 등 산업용 에너지 변환 부품과 통신 기지국에 대한 수요가 안정화되었습니다. 특히 테슬라 모델 3 전기차의 인버터가 점차 SiC(탄화규소) 부품 제조 공정으로 전환됨에 따라 자동차 시장에서 3세대 반도체의 관심이 더욱 높아지고 있습니다.

질화갈륨(GaN)과 탄화규소(SiC)로 대표되는 3세대 반도체는 고온, 고전압, 고주파, 고출력 등의 내성을 지니고 있습니다. 실리콘 소자와 비교했을 때 에너지 손실을 50% 이상, 장비 부피를 75% 이상 줄일 수 있어 에너지 절약과 배출가스 감축, 그리고 '탄소 중립' 목표 달성에 중요한 발전 방향으로 주목받고 있습니다. 현재 3세대 반도체는 데이터센터, 신에너지 자동차 등 다양한 핵심 분야에 적용되고 있으며, 산업 전반의 발전과 성장에 힘입어 녹색 경제의 핵심 동력으로 자리매김할 것으로 기대됩니다.

면책 조항: 본 기사는 "중국 전자 뉴스"에서 재인쇄되었습니다. 본 기사는 전적으로 필자의 개인적인 견해이며, 사코마이크로(Sacco Micro) 및 업계의 공식적인 입장을 대변하는 것은 아닙니다. 본 기사는 지적 재산권 보호를 위해 재인쇄 및 공유되는 것이며, 재인쇄 시 원문 출처와 필자를 명시해 주시기 바랍니다. 저작권 침해 사항이 있을 경우, 삭제를 위해 당사에 연락해 주십시오.

회사 전화번호: +86-0755-83044319
팩스: +86-0755-83975897
이메일: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 리 관리자

QQ: 332496225 Qiu 관리자

주소: 중국 선전시 룽화신구 민즈대로 1079번지 전타오테크놀로지빌딩 C동 809호