시스템 반도체(System Semiconductor)

과학(Science)/산업 (Industry)

시스템 반도체(System Semiconductor)

SURPRISER - Tistory 2023. 8. 3. 05:49

0. 목차

'반도체'의 분류
'시스템 반도체'의 제품별 분류
'시스템 반도체'의 기능별 분류
'시스템 반도체' 산업
'시스템 반도체'는 '지능형 반도체'로 진화한다.
한국의 반도체 산업
'시스템 반도체' 관련 기업

1. '반도체'의 분류

'반도체(Semiconductor)'는 '비메모리 반도체'와 데이터를 저장하는 '메모리 반도체'로 분류한다. '비메모리 반도체'는 '시스템 반도체(System Semiconductor)'와 '광개별소자'로 분류할 수 있다. '메모리 반도체'와 '시스템 반도체'는 다수의 소자를 하나의 칩 안에 집적화한 '집적회로(IC: Intergrated Circuit)'이며, '시스템 반도체'는 정보의 처리·제어·가공 등을 담당한다. '광·개별소자'는 정보의 습득·변환·증폭 기능을 담당한다. '램(RAM: Random Access Memory)'은 휘발성 메모리이고, '롬(ROM: Random Only Memory)'은 비휘발성 메모리이다.

반도체	대분류	중분류	소분류
비메모리 반도체	시스템 반도체	집적회로(IC: Integrated Circuit)	아날로그 IC (Analog IC)
		집적회로(IC: Integrated Circuit)	로직 IC (Logic IC)
		마이크로 컴포넌트(Micro Component)	마이크로 프로세서(MPU: Micro Processor Unit)
			마이크로 컨트롤러(MCU: Micro Controller Unit)
			디지털 신호처리 프로세서(DSP: Digital Signal Processor)
		단일 칩 시스템(SoC: System on a Chip)	AP(Application Processor)
			PMIC(Power Management IC)
			자동차 ECU
	광·개별소자	트랜지스터
		다이오드
		포토 다이오드
		LED
메모리 반도체	램(RAM)	D램(DRAM)	DDR1
			DDR2
			DDR3
			DDR...
		S램(SRAM)
	롬(ROM)	플래시 메모리(Flash Memory)	낸드 플래시 메모리(Nand Flash Memory)
	롬(ROM)	플래시 메모리(Flash Memory)	노어 플래시 메모리

2. '시스템 반도체'의 제품별 분류

'시스템 반도체'는 반도체 소자의 일종으로, 반도체소자는 반도체를 소재로 하여 만든 회로소자를 뜻한다. 데이터 저장이 주 목적인 메모리 반도체와 달리, 디지털화 데이터를 연산·제어·변환·가공 등의 처리 기능을 수행하는 반도체 소자를 말한다. 국내에서는 정보를 저장하고 읽어내는 메모리 반도체와 구별된다는 점에서 시스템 반도체를 비메모리 반도체로 분류하며, 메모리 반도체가 아닌 반도체는 모두 '시스템 반도체'라 통칭하고 있다. 한편, 해외에서는 논리적인 연산을 수행하는 반도체칩이라는 뜻에서 '로직 칩(Logic Chip)'이라고 한다. 시스템 반도체는 비메모리 반도체 가운대 '개별소자', '광학소자', '센서(Sensor)', '구동소자' 등을 제외한 '집적회로(IC: Intergrated Circuit)', '마이크로 컴포넌트(Micro Component)' 등을 의미하며, 최근에는 다양한 기능을 집약해 단일 칩으로 만든 '단일 칩 시스템(SoC: System on a Chip)'가 광범위하게 사용되고 있다. 시스템 반도체'는 장치 종류에 따라 '집적회로(IC: Integrated Circuit)', '마이크로 컴포넌트(Micro Component)', '단일 칩 시스템(SoC: System on a Chip)' 등으로 분류된다.

2-1. 집적회로(IC: Integrated Circuit)

'집적회로(IC)'는 특정 기능을 수행하는 전기회로 구성을 위해, 반도체 소자를 하나의 칩에 구현한 것이다. '집적회로(IC)'는 동작 신호에 따라 '로직 IC(Logic IC)'와 '아날로그 IC(Analog IC)'로 구분된다.

로직 IC(Logic IC): '로직 IC(Logic IC)'는 NOT·OR·AND 등 논리회로로 구성된 반도체로, 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호에 대해 연산·기억·전송·변환 등의 기능을 수행한다. 모바일 통신기기에서 연산·제어 기능을 담당하는 AP가 대표적인 '로직 IC'이다.
아날로그 IC(Analog IC): '아날로그 IC(Analog IC)'는 빛, 소리 등의 각종 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꿔주거나 관리하는 역할을 한다. 디지털 기기의 '입출력 인터페이스', '전력 관리', '신호감지 및 증폭' 등에 사용된다.

최근에는 '소형화', '저소비전력화', '고속화'를 실현하고 신뢰성의 고도화를 위해 집적도가 높은 IC를 개발하게 되었는데, 이러한 고밀도 직접회로를 '대규모 집적회로(LSI: Large Scale Integration)'라고 통칭한다. '대규모 집적회로(LSI)'는 설계·제조 등의 기술도 IC보다 훨씬 높으며, 집적도는 칩 1개당 논리회로를 100~10000개, 기억용량으로 64Kb 정도로 소자가 1000개 넘는 IC이다.

2-2. 마이크로 컴포넌트(Micro Component)

'마이크로 컴포넌트(Micro Component)'는 시스템을 제어하기 위한 부품으로, '마이크로 프로세서(MPU: Micro Processor Unit)', '마이크로 컨트롤러(MCU: Micro Controller Unit)', '디지털 신호처리 프로세서(DSP: Digital Signal Processor)' 등으로 구분된다.

마이크로 프로세서(MPU: Micro Processor Unit): '마이크로 프로세서(MPU)'는 컴퓨터의 중앙처리장치인 CPU가 대표적이며, 기억·연산·제어 등을 수행한다.
마이크로 컨트롤러(MCU: Micro Controller Unit): '마이크로 컨트롤러(MCU)'는 특정 시스템을 제어하는 용도로 사용되는 MPU이다. 주 기억장치와 입출력 장치가 내장되어 있으며, 대부분의 전자제품에서 활용되고 있다.
디지털 신호처리 프로세서(DSP: Digital Signal Processor): '디지털 신호처리 프로세서(DSP)'는 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꿔 고속 처리할 수 있도록 하는 연산 중심의 IC를 말한다. 복잡한 신호처리를 요구하는 '멀티미디어 기기', '디지털 통신 기기' 등에서 활용되고 있다.

2-3. SoC(System on a Chip)

'단일 칩 시스템(SoC: System on a Chip)'은 하나의 칩에 여러 '집적회로(IC)'를 집적시킨 단일 칩 시스템 반도체이다. '연산 기능', '데이터의 저장·기억', '아날로그와 디지털 신호 변화' 등을 칩 하나로 해결할 수 있으며, 시스템 복잡도가 증가하면서 대부분의 시스템 반도체는 SoC 형태로 제작되고 있다. 'AP(Application Processor)', 'PMIC(Power Management IC), '자동차 ECU' 등이 대표적인 SoC이다.

3. '시스템 반도체'의 기능별 분류

'시스템 반도체'는 범용성에 따라 '범용 반도체'와 '주문형 반도체(ASIC: Application Specific IC)', '특정용도 반도체(ASSP: Application Sepecific Standard Product)'로 분류될 수 있다.

범용 반도체: '범용 반도체'는 다양한 기기에 사용되는 반도체를 말한다. '메모리'는 '컴퓨터', '디지털카메라', '전기밥솥', '자동판매기' 등 다양한 곳에 사용되고, MCU나 DSP 같은 반도체 칩도 그것을 구동시키는 펌웨어를 교채할 시 '냉장고', '자동판매기', 'MP3 플레이어', '전기밥솥', '디지털카메라' 등에 사용될 수 있다. 이러한 다양한 기기에서 사용할 수 있는 반도체를 '범용 반도체'라고 한다.
주문형 반도체(ASIC: Application Specific IC): '주문형 반도체(ASIC)'은 특정 응용 분야 및 기기의 특수한 기능 하나하나에 맞춰 만들어진 IC로, 특정한 제품만을 위해 사용하게 반도체 생산 업체가 주문에 맞춰 생산하는 반도체이다. 즉, ASIC는 특정 기기를 위해 필요한 기능만 수행하도록 설계·제작되며, 이는 가전, 휴대폰, 자동차 등 각 분야별로 필요한 기능이 다르고 그에 따라 다른 칩이 필요하기 때문이다. 이로 인해, ASIC의 경우 타업체에서 해당 반도체를 사용할 수 없으며, 애플의 'A' 시리즈와 삼성전자의 '엑시노스' 등이 대표적인 ASIC이다.
특정 용도 반도체(ASSP: Application Sepecific Standard Product): '특정 용도 반도체(ASSP)'는 특정용도의 전용 '표준품(Reference Standard)' IC로, 반도체 업체가 각 응용제품에 특화시켜 개발하여 다수의 사용자를 대상으로 판매하는 반도체이다. '통신용 IC', '복사기', '프린터' 등 각종 전자기기의 컨트롤러가 포함된다. 즉 '특정 용도 반도체(ASSP)'는 설계 의뢰자가 판매를 목적으로 ASIC을 표준화하여 여러 시스템 업체에 공급하는 IC이며, '퀄컴(Qualcomm)'의 '스냅드래곤(SnapDragon)'이 대표적이다.

4. '시스템 반도체' 산업

4-1. '시스템 반도체'는 4차 산업의 중추

'5세대 이동통신(5G)' 시대가 본격화되고 AI를 활용한 '자율주행차', '증강현실(AR)', '사물인터넷(IoT)', '드론' 등 새로운 산업이 등장하고 있으며, '시스템 반도체'는 전기전자 기기의 핵심 부품으로 IT 유합 기술의 초석이 되고 있다. 지금까지 시스템 반도체는 하드웨어 중심의 제조업으로만 인식되었다. 하지만 AI를 바탕으로 한 4차 산업혁명과 맞물리면서 소프트웨어가 융합된 서비스산업으로 고도화되고 있으며, '스마트자동차', '모바일', 'IoT', '웨어러블', '로봇' 등 인류가 사용하는 전자전기기기에 응용되고 있다. 이처럼 '시스템 반도체'는 첨단 IT 수요에 연동된 고기술·고성장·고부가가치의 미래 유망 산업으로 4차 산업혁명 시대를 이끌 산업의 중추를 담당하고 있으며, 국가 간 기술력 대결에서 가장 핵심적인 역할을 담당하고 있다.

'시스템 반도체(System Semiconductor)' 시장 규모는 '메모리 반도체(Memory Semiconductor)' 시장 대비 2배 정도 크며, 메모리 반도체 대비 변동성이 낮아 시스템 반도체 경쟁력 제고 시 반도체 산업의 변동성이 완화될 전망이다. 메모리 반도체의 수요는 '서버(Server)', '모바일(Mobile)', 'PC'의 수요 의존도가 높으나, '시스템 반도체'의 수요는 '서버(Server)', '모바일(Mobile)', 'PC' 뿐만 아니라 '자동차', '가전' 등으로 수요처가 다변화될 수 있다. 또 '메모리 반도체'는 설계부터 생산까지 담당하는 '종합 반도체 기업(IDM)'을 중심을 주기적 대규모 설비투자, 수요-공급의 미스매치 등으로 인해 공급과잉이 발생하지만, '시스템 반도체'는 주문형 생산·설계·생산의 분업화로 메모리 반도체 대비 변동성이 낮다.

4-2. '시스템 반도체'과 '메모리 반도체'의 비교

'메모리 반도체(Memory Semiconductor)'는 표준 제품 중심의 범용 양산 시장이지만, '시스템 반도체(System Semiconductor)'는 '통신', '자동차' 등 용도별로 특화된 시장을 형성한다. '메모리 반도체'는 '소품종 대량생산' 구조이지만, '시스템 반도체'는 약 8000여 종의 다양한 제품으로 구성된 '다품종 맞춤형' 구조를 보인다. '메모리 반도체'는 소품종 대량생산 구조로, 대부분 기업이 설계부터 생산까지 담당하는 '종합 반도체 기업(IDM: Integrated Device Manufacturer)' 중심의 구조이다. 하지만 '시스템 반도체'는 다품종 소량생산, 수요자 주문형 방식으로 설계 전문 기업인 '펩리스(Fabless)'와 위탁 생산 전문 기업인 '파운드리(Foundary)'로 분업화하는 것이 일반적이다.

'메모리 반도체'는 '자본력', '미세공정 기술' 등을 통한 가격 경쟁력이 중요하지만, '시스템 반도체'는 '설계기술', '우수 인력' 등이 중요하다. '시스템 반도체'는 칩 구조가 복잡하여 우수 설계 인력과 기술력이 필요하며, 수요자의 요구 조건을 충족하는 제품을 신속하게 개발하는 것이 관건이다. 따라서 '시스템 반도체' 산업은 '메모리 반도체' 산업에 비해 중소 및 벤처기업이 진입하기에 용이한 편이다. '시스템 반도체' 산업은 고도의 창의적인 아이디어르 보유한 핵심 기술 인력이 기업의 경쟁력을 좌우하는 대표적인 기술집약적인 산업이다. '시스템 반도체'를 설계하기 위해서는 고도의 공학적 전문 지식이 필수적이므로, 기술적 진입장벽이 높다. '시스템 반도체'의 경쟁력은 최소한의 소자를 이용해서 세트 업체가 요구하는 사양을 충족하도록 칩을 설계하는 능력이 중요하다. 동일한 성능을 가진 제품이라도 설계 능력에 따라 완전히 다른 설계로 구현할 수 있고, 제조원가 또한 크게 차이날 수 있다.

-	메모리 반도체	시스템 반도체
목적	정보 저장	정보 처리
제품	D램, S램, V램, 롬 등	CPU, ASIC, MDL, 멀티미디어 반도체, 파워반도체, 개별소자 등
생산방식	소품종 대량 생산	다품종 소량 생산
기술성	미세공정 등 HW 양산능력	설계 및 SW 기술력
경쟁력	선행기술 개발, 자본력, 설비투자	우수 설계인력, 설계 기술
사업구조	대기업형	중소기업, 벤처기업형

4-3. '시스템 반도체' 생태계의 분업화

'메모리 반도체'는 하나의 기업이 설계에서 제품 생산까지 모두 수행하는 '종합 반도체(IDM: Integrated Device Manufacturer)' 방식이 효율적이다. 하지만 '시스템 반도체'는 수요자가 요구하는 제품이 매우 다양하기 때문에, 각 공정별로 특화된 기업에 의한 분업화가 가능하다.

반도체 산업은 초기에 대부분 일괄로 공정을 수행하는 '종합 반도체(IDM: Integrated Device Manufacturer)' 기업이 설립되었다. 하지만 점차 분야별 분업화되어 '펩리스(Fabless)', '파운드리(Foundry)', '패키징·테스트(Packaging·Test)', '칩리스(Chipless)' 등의 전문 기업이 등장하였다. '펩리스(Fabless)'는 생산설비가 없는 설계 전문 업체이며, 위탁제조업체인 '파운드리(Foundry)'는 펩리스 주문에 대응하여 웨이퍼에 회로 패턴 형성을 담당하는 업체이다. '패키징·테스트(Packaging·Test)' 전문 업체는 회로 패턴이 형성된 웨이퍼를 자르고 조립하여, 최종 제품인 반도체 칩을 만드록 성능 및 신뢰성 테스트를 담당한다. '칩리스(Chipless)'는 '반도체 설계자산(IP: Intellectual Property)' 설계업체로, 설계기술을 개발하여 '반도체 설계자산(IP)'를 종합 반도체 업체나 펩리스에 '반도체 설계자산(IP)'를 제공하고 있다.

공정별	비즈니스 모델	사업특성
일괄공정	IDM(종합반도체)	칩 설계에서 제조 및 테스트까지 일괄 공정 체제 구축
		메모리 제조의 가장 성숙한 모델
		기술력과 규모의 경제를 통한 경쟁 확보
		대규모 투자의 High Risk, High Return
전공정	Fabless(설계)	칩설계만 전문으로 함
		고정비 대부분은 연구개발 및 인건비
		고위험 대규모 투자를 회피, 위탁제조 비용 부담 필요
	Foundary	주문 방식에 의한 칩 생산만 전문적으로 한다.
		칩을 설계하지 않고, 펩리스로부터 위탁받아 제조
후공정	SATS(패키징&테스트)	완성된 웨이퍼를 바당 조립 및 테스트
		IDM, Foundry 다음으로 많은 자본 필요
IP 설계	IP 전문(칩리스)	설계기술 R&D 전문
		IDM이나 Fabless에 IP 제공

5. '시스템 반도체'는 '지능형 반도체'로 진화한다.

4차 산업혁명으로 인하여, 반도체 산업은 '인공지능(AI)', 'IoT(사물 인터넷)', '클라우드(Cloud)', '빅데이터(Big Data)', '가상현실(VR)', '자율주행(Autonomous Driving)' 등을 구현할 수 있는 새로운 패러다임의 반도체 기술이 필요하게 되었다. 특히 '로봇', '자동차', 'PC', '서버', '스마트폰', '가전' 등 모든 제품에 인공지능 서비스를 구현할 수 있는 '다기능 융복합 반도체'의 필요성이 대두되었다. 이러한 변화에 맞춰 인식·추론·학습·판단 등 인공지능 서비스에 '최적화(지능화·저전력화·안정화)'된 소프트웨어와 시스템 반도체가 융합된 반도체인 '지능형 반도체'가 등장하게 되었다. 이러한 '지능형 반도체'는 '개인형 인공지능 디바이스', '자율 이동체', '지능형 헬스케어', '빅데이터 처리', '차세대 통신 서비스', '스마트 시티(Smart City)', '증강현실', '인간형 지능로봇', '신약 개발', '에너지' 등 사회·경제·국방 전 분야에 응용될 것으로 전망되고 있다.

세계 반도체 시장은 정보통신 시대를 넘어서 '인공지능 컴퓨팅'을 위한 '지능형 반도체'로 급격한 패러다임 전환 시기를 맞이하고 있다. 이를 위하영 국가별·기업별로 차세대 반도체인 '지능형 반도체'의 자체 연구개발을 본격적으로 시작하고 있다. 인공지능 서비스 성장에 따른 지능형 ICT 융합 제품의 수요도 증가하여, 반도체 시장은 '지능형 반도체' 중심으로 재편될 것으로 전망된다. '지능형 반도체'의 적용·활용 분야가 광범위해지고, 고성능·저전력·초경량 등의 지속적인 진보와 더불어 생산 비용 절감은 기존 반도체에 대한 대체 가능성을 높이고 있다. 2000년대 모바일 폰의 대중화와 더불어 발전한 '컴포넌트 반도체'는 2010년대 스마트폰 혁명에 의한 AP 등의 시스템 반도체로 발전하였다. 2020년 이후 4차 산업혁명과 인공지능 시대에서는 '지능형 반도체'가 주가 될 것으로 전망된다.

5-1. 구조적 한계를 맞은 기존 시스템 반도체

최근 인공지능 기술 구현을 위한 다양한 인공지능 소프트웨어가 개발되고 있다. 인공지능이 대량의 데이터를 학습하기 위해서는 고석의 '병렬처리(Parallel Processing)'가 가능한 고성능 컴퓨팅 자원이 필수적이다. 인공지능 기술을 구현하기 위해서는 방대한 데이터와 이를 처리하기 위한 알고리즘도 중요하지만, 이를 빠르게 연산 처리하기 위한 하드웨어 기술이 뒷받침되어야 한다.

기존 반도체의 '폰 노이만(von-Neumann)' 구조에서 '주 기억장치', '중앙처리장치', '입출력 장치'로 이어지는 '직렬 처리(Serial Processing)'는 최근 요구되는 고속 병렬 연산에서 속도 저하가 발생할 수 있다. 이를 보완하여 기존 반도체 기반으로 인공지능 서비스를 구현하려면, 대규모 서버와의 연동이 필수적이다. 또한 이러한 기존 반도체 기반의 인공지능 서비스는 클라우드의 데이터 센터에 있는 서버가 인공지능 '학습'과 '추론'을 모두 담당하여 데이터를 분석한 후, 그 결과를 네트워크를 전송하는 방식이다. 이에 '수많은 반도체(CPU, GPU, DRAM 등)'가 요구되며, 이에 따른 전력 소모도 매우 크다. 이러한 예로 '알파고(AlphaGo)'를 들 수 있으며, 알파고의 실현애는 '1202개의 CPU', '176개의 GPU', '920000GB의 DRAM (8GB DRAM 100만 개)' 등이 요구되고, 이에 따른 12GW 전력 소모가 동반된다.

5-2. 차세대 시스템 반도체의 기술 분류

이러한 환경에 대응하여 차세대 시스템 반도체 관련 기술 개발이 진행되고 있다. 2018년에 작성된 'IITP(2018a)'에서는 차세대 시스템 반도체를 지능화·저전력·고신뢰 기술로 구분하고 있다.

중분류	소분류: 개념
지능화 기술	초병렬 매니코어 프로세서: 병렬로 수천 개 이상의 쓰레드를 동시 실행할 수 있는 매니코어 구조 프로세서 및 뉴럴 넷 코어를 용합한 인공지능 전용 어플리케이션 프로세서 설계기술
	딥러닝 뉴럴넷 코어: 딥러닝을 위한 '뉴럴넷(Neural Network)' 연산에 최적화된 프로세서 코어 및 컴퓨팅 기술
	초고속 온 칩 프로세서-메모리: 인공지능 컴퓨팅이 요하는 대용량의 데이터를 저장 및 높은 대역폭의 프로세서-메모리간 전송 기술
	재구성형 인공지는 회로설계: 인공지능 프로세서의 상용화를 위한 데이터 타입 최적화 컴퓨팅 설계
	지능화 소자 및 공정 기술: 뉴런 및 시냅스의 '가소성(Plasticity)'을 보이는 디바이스 제조를 위한 반도체 공정 및 장비 기술
저전력 기술	저전력 로직 아키텍처 및 IP: 약 인공지능 프로세싱 기술을 갖춘 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등에 널리 사용되는 핵심 IP로서, 전력 소모량과 면적 최소화 회로 설계 기술
	저전력 차세대 메모리 아키텍처: 온 칩 및 오프 칩 메모리의 전력 소모량을 줄이기 위한 동일 전력 대용량 메모리 집적, 동적 전압 조절, 메모리 아키텍처 변경에 의한 저전력 메모리 기술
	저전력 무선 통신 설계: 무선 통신을 통하여 칩 간의 데이터 전송 시 소모되는 전력 소모량을 최소로 하는 IoT, IoE용 통신 반도체
	저전력 소자 및 공정 기술: 반도체의 전력 소모량을 최소로 하기 위한 반도체 소자 기술로서 트랜지스터 레벨의 저전력 기술
고신뢰 기술	기능 안전 기반 반도체 설계: 안전 동작이 필수적인 '자율 이동체(자율자동차, 가정용·산업용 로봇, 드론 등)'에서 설계 의도대로 기능이 상시 안전하게 동작하며, 고장 시에는 사용자 또는 외부에 즉각 보고하고 안전한 상태로 반도체를 유지하는 기술
	정보 보안 반도체 설계 기술: 반도체의 신뢰성 있는 상시 동작을 위하여 온도, 열, 전압, 전류 등의 변화에 둔감하여 신뢰성 있는 동작을 보장하는 소자의 설계 및 신뢰성 검증 기술
	고신뢰 반도체 소자 설계: 반도체가 온도, 열, 전압, 전류 등의 변화에 둔감하여 상시 신뢰성 있고 안정적인 동작을 보장하는 소자의 설계 및 신뢰성 검증 기술

5-3. 차세대 시스템 반도체의 발전 방향

차세대 시스템 반도체는 기존 반도체 한계를 극복하기 위해 '새로운 재료·소자', 새로운 제조 기술', '새로운 시스템 아키텍처, '새로운 응용 분야' 등의 패러다임을 요구하고 있다. 이러한 요구에 따라 다음과 같은 기술 개발이 진행되고 있다.

인공지능 구현을 위한 하드웨어: 첫째, 최근 인공지능 구현을 위한 하드웨어로 'GPU, 'FPGA', 'ASIC'과 같은 '인공지능 가속기(AI Accelerator)'가 발전하고 있다. 일반적으로 데이터 센터 서버에서의 연산은 CPU가 담당하고 있지만, 인공지능 서비스에 요구되는 대규모 연산처리를 위해 '인공지능 가속기'를 서버에 장착해 활용하고 있다. 이러한 대규모 연산처리를 위해 '인공신경망(Artificial Neural Netwrok)' 알고리즘을 활용하여 연산처리를 수행하고 있다. '인공신경망(Artificial Neural Netwrok)' 알고리즘은 생물학의 '신경망(Neural Netwrok)'을 모델로 만들어진 신경망이다. '인공신경망'은 대부분 10만 개 이상의 뉴런으로 구성되어 있어 연산량이 방대하나, 간단한 연산들이 반복되고 병렬성이 높아 다수의 코어를 보유하고 있는 GPU에서 효율적인 연산이 가능하다. 이러한 가속 프로세서가 인공지능 연산처리를 담당하고, 기존 CPU와 연동하여 작동한다. 따라서 기존 서버보다 인공지능 연산 처리능력이 강화되면서, 소비전력을 보다 효율적으로 관리할 수 있다.
에지 디바이스용 인공지능 반도체: 데이터 센터의 서버에만 의존하지 않고 '에지 디바이스(Edge Device)'에서 인공지능 연산을 실행하는 '에지 컴퓨팅(Edge Computing)'이 대두됨에 따라, 이를 지원하는 에지 디바이스용 인공지능 반도체가 발전하고 있다. 데이터 센터의 서버는 주로 인공지능 학습 용도로 사용하고, '에지 디바이스'는 추론 용도로 사용한다. 이러한 '에지 컴퓨팅'에서 인공지능의 실행은 실시간 성과 처리 속도를 보장하고, 네트워크에 연결되지 못하는 상황에서도 서비스가 가능하며, 클라우드 서버의 부하를 감소시킬 수 있다. 서버에서 활용되는 인공지능 가속기처럼 '단독형(Discrete)'으로 탑재되기보다는 기존 모바일 프로세서에 인공지능 연산처리 기능이 일부분으로 통합되는 '일체형(Integrated)'으로 개발되고 있다. 이는 배터리 및 크기 등의 '제약조건'으로 인한 진화 방향으로 볼 수 있다.
뉴로모픽 반도체(Neuromorphic Chip): 인공지능 알고리즘을 효과적이면서 효율적으로 실행할 수 있는 인간의 뇌 신경 구조를 모방한 '뉴로모픽 프로세서(Neuromorphic Processor)'를 개발하고 있다. '뉴로모픽 프로세서'란 인간의 뇌신경망처럼 '뉴런(Neuron)' 및 '시냅스(Synapse)'로 구성된 반도체 칩으로, 뇌에서 일어나는 작용을 똑같이 구현한다. 최첨단의 새로운 반도체 소재·소자로 만들어진 수많은 뉴런과 시냅스가 병렬적으로 연결되 초전력으로 기억·연산·추론·학습 등을 동시에 수행한다. 초전력으로 방대한 정보를 처리할 수 있는 '뉴로모픽 반도체'는 '초지능·초경량·초저전력을 특징으로 하고 있어 인공지능 기술발전에 있어 필수적이다.

5-4. '뉴로모픽 반도체'가 '시스템 반도체'의 미래

현재 '지능형 방도체'는 크게 '소프트웨어 기반 인공신경망 전용 반도체'와 '하드뒈어 기반 인공신경망 전용 반도체'로 구분할 수 있다. 2023년 현재까지는 인공신경망을 소프트웨어를 통해 구현하고 이를 기존 CPU와 GPU와 같은 범용 반도체를 사용한 컴퓨터를 이용하여 연산하는 것이 대세이다. 하지만 독립적인 처리-기억 장치 인터페이스를 가짐으로써 나타나는 병목현상에 의해 '큰 전력 소모', '저속 동장'이라는 한계를 보이기 시작하였다.

이에 학습을 효율적으로 진행하기 위한 특수한 목적을 가진 인공지능 반도체인 'NPU', 'TPU'가 2015년부터 등장하기 시작하였다. 전용 인공지능 반도체는 현재 양산되는 메모리를 사용하거나, 데이터 전송 대역폭을 넓힌 메모리가 사용된다. 특히 현재 메모리에 '연산기(Operator)'를 집적하는 형태가 사용될 것으로 예상된다. '인공지능 반도체'는 '인공지능 가속 반도체', '초병렬 프로세서'에 의하여 '프로그래머빌리티(Programmability)'를 최대화하면서, 다양한 인공지능 알고리즘의 통합적인 병렬 구현이 가능한 반도체이다. 현재 초고성능의 병렬 프로세서에서 '시장 안정화' 및 '차세대 메모리 기술의 출현'에 따른 프로세서와 메모리 통합 거대 병렬 컴퓨팅 시장이 성장하고 있다. 메모리 내부 및 인근에 연산을 포함한 로직을 추가하여 데이터 처리 대역폭 및 에너지 효율을 획기적으로 향상시키는 기술인 PIM에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.

인공지능 알고리즘 중 최근 각광받고 있는 딥러닝 알고리즘을 구현하는 'DNN(Deep Neural Network)'은 외부 메모리로부터 대량의 '시냅스(Synapse)' 데이터를 읽어 인지 정보 처리를 수행하는 데이터 집약적인 특성을 가진다. 따라서 DNN 구현을 위해서는 메모리 대역폭을 감소시키기 위한 기술이 매우 중요하다.

6. 한국의 반도체 산업

'시스템 반도체'는 IT 분야는 물론, 자동차·에너지·의료·환경 등 다양한 분야와 융합이 진행 중이다. 특히 '인공지능(AI)', '사물인터넷(IoT)', '자율주행차' 등으로 대표되는 4차 산업혁명에서 핵심 부품으로 향후 지속적 성장이 전망된다. '정보통신기술(ICT: Information and Communication Technologies)'와 모든 산업의 융합으로 모든 산업의 스마트화가 진행되면서, '시스템 반도체'의 경쟁력 향상은 타산업의 경쟁력 제고에 기여할 수 있다.

한국 반도체 산업의 경우, 그간 '메모리 반도체' 중심의 성장 구조에 따라 '시스템 반도체' 시장 점유율은 미비한 수준이다. 시장조사업체 '옴디아'에 따르면 한국의 글로벌 시스템반도체 시장점유율은 2015년 3.6%, 2016년 3.1%, 2017년 3.0%, 2018년 3.1%, 2019년, 3.2%, 202년 2.9%, 2021년 3.0%, 2022년 3.1%로 집계됐다.

6-1. 정부의 시스템 반도체 2030 육성 전략

한국 정부는 2019년 4월 30일 대기업과 중소기업의 상생 협력을 통해 시스템 반도체 산업 생태계를 새로 조성하기 위한 정책을 발표하였다. '자동차', '바이오', '에너지', 'IoT 가전', '기계·로봇' 등 수요가 많은 5대 분야를 선정해 수요 창출을 돕고 '펩리스(Fabless)' 업체와 '파운드리(Foundry)'를 연계하는 생태계를 만들겠다는 것이다. 정부는 2029년까지 예산 1조 원을 투입하여 '연구개발(R&D)' 확대, 수요 창출, 세제 혜택, 시설투자 지원, 인력 양성 등을 추진한 예정이다. 삼성전자도 '반도체 비전 2030' 전략에서 향후 10년간 133조 원을 투자해 시스템 반도체 분야 '파운드리 및 '대규모 집적회로(LSI: Large Scale Integration)' 연구개발을 진행하고 전문 인력 15000명 채용을 추진하고 있다. 아래의 표는 '정부의 시스템 반도체 2030 육성 전략을 표로 정리한 것이다.

분야		과거 정책	추진 정책
팹리스	R&D	15년간 6400억 원	10년간 1조원(2020~2029)
	R&D	IP 개발 R&D: 1개(38억원) 불과	IP R&D 확대, 반도체 IP 플랫폼 구축
	수요	전자 분야 일부 대기업에 한정	5대 전략분야(자동차, 바이오 등), 공공수요 등 전방위 수요 창출
	자금	팹리스 전용 금융지원 無	팹리스 전용펀드 1000억 원 조성 등
파운드리		지원 無	시설·R&D 투자 세제지원, 시설투자 금융 지원
상생협력		팹리스-파운드리 상생 협력 無	파운드리 공정·기술·인프라 상생
상생협력		팹리스-파운드리 상생 협력 無	디자인하우스 지원(S/W, IP 등)
인력		R&D를 통한 간접적 인력양성 위주	(학부) 반도체 계약학과, 전공트랙
			(석박사) 기업수요기반 R&D사업 등
			(실무인력) IDEC, 폴리텍대학(안성) 등

7. '시스템 반도체' 관련 기업

2023년 현재 세계 시스템 반도체 시장은 PC와 스마트폰 등의 '시스템 반도체' 시장을 주도해온 '인텔(Intel)', '퀄컴(Qualcomm)', '브로드콤(Broadcom)' 등이 시장을 지배하고 있는 구조이다. '시스템 반도체' 업계는 이미 설명한 것과 같이, 사업 형태에 따라 '종합 반도체 기업(IDM: Integrated Device Manufacturer)', '펩리스(Fabless)', '파운드리(Foundary)' 등으로 구분된다. '종합 반도체 기업(IDM)'으로 대표적인 기업은 '인텔(Intel)', '삼성전자', 'SK하이닉스'가 있다. '팹리스' 기업으로 대표적인 기업은 미국의 '퀄컴(Qualcomm)', '브로드콤(Qualcomm)', '엔비디아(Nvida)', 'AMD', 중국의 '미디어텍(MediaTek)', 한국의 'LX 세미콘' 등이 있다. '파운드리' 기업으로 대표적인 기업은 중국의 'TSMC', 한국의 '삼성전자', 미국의 '글로벌 파운드리(Global Foundries)' 등이 있다.

7-1. 인텔(Intel)

국적: 미국

'인텔(Intel)'은 반도체의 설계와 제조를 하는 미국의 다국적 기업이다. 본사는 캘리포니아 주 산타클라라에 있으며, '반도체 제조 공장'은 캘리포니아 주 새너제이에 있다. 1968년 7월 18일에 '고든 무어(Gordon Moore, 1929~2023)'와 '로버트 노이스(Robert Noyce, 1927~1990)'가 합작하여 '인텔'을 설립하였다. 1971년 최초의 '마이크로 프로세서(MPU: Micro Processor Unit)'인 '인텔 4004(Intel 4004)'를 만들었으며, 이후 만들어진 '인텔 8088'은 IBM의 PC에 장착되어 유명해졌다. 이때 만들어진 x86 명령어 아키텍처는 확장을 통해 지금까지 데스크탑 시장에서 널리 쓰이게 되었으며, 일반적으로 PC는 x86 호환 프로세서를 사용하는 IBM PC 호환 기종을 칭하는 말이기도 하다. '인텔(Intel)'은 '마이크로 프로세서(MPU)'뿐만 아니라, '메인보드 칩셋', '네트워크 카드', '집적 회로', '플래시 메모리', '그래픽 프로세서', '임베디드 프로세서' 등의 통신과 컴퓨팅에 관련된 장치도 말한다.

'인텔'은 주력 제품은 '메모리 반도체', '마이크로 프로세서', '인터넷 관련 서버 프로세서 및 각종 부품' 순으로 바꿔왔다. 이를 '메모리 반도체 기업(1968~1985년)', '마이크로 프로세서 기업(1985~1998년)', '인터넷 기반 구축 기업(1998년 이후)' 등 3시기로 구분한다. 인텔은 2016년 7월 '클라우드(Cloud)'와 '사물인터넷(IoT)' 진입으로 '초연결(hyper-connected)' 시대를 선언하였다. 초연결 시대에는 'PC 시장'과 '서버 시장'이 각각 다른 시장이 아니고, 초소형 웨어러블 기기부터 '스마트폰', '태블릿', 'PC'는 물론 '자동차', '디지털 사이니지(Digital Signage)', '통신 네트워크(Communication Network)', '데이터 센터(Data Center)', '슈퍼컴퓨터(Super Computer)'까지 서로 다른 수천 가지 컴퓨팅 환경이 동시에 돌아간다. 이 모든 서비스는 네트워크를 통해 클라우드로 연결되고, 그 클라우드를 통한 서비스는 다시 새로운 기기와 연결된다. '인텔'은 2015년에 '모든 것을 위한 클라우드(Cloud for All)"라는 표어를 내세우며 사업 확장에 노력을 기울이고 있다.

인텔은 소비자 기기용 'AI 반도체' 분야에 공격적인 투자를 하고 있다. 그리고 '딥러닝(Deep Learning)' 알고리즘을 구현하는 'DNN(Deep Neural Network)' 가속 기술을 보유한 업체들을 집중적으로 인수 합병하거나 협력하고 있다. 2015년에는 FPGA 선두 제조업체인 '알테라'를 인수하여, 시스템 설계자가 요구하는 대로 칩 구성이 가능하다는 FPGA의 장점을 이용하여 '자동차', '사물인터넷(IoT)', 'AI'처럼 용도에 따른 프로세서를 제공하고 있다. 2016년에 인수한 인공지능 반도체 스타트업 '너바나 시스템즈(Nervana Systems)'의 기술을 바탕으로, 2017년에는 AI 프로젝트와 관련 작업용으로 딥러닝 전용 'NNNP(Nervana Neural Network Processor)' 칩 개발을 공식 발표하였다.

7-2. 퀄컴(Qualcomm)

국적: 미국

'퀄컴(Qualcomm)'은 미국의 무선 전화 통신 연구 및 개발 기업이다. '퀄컴'의 첫 번째 제품 및 서비스는 장거리 트럭 수송기업이 사용하던 OmniTRACS 위성 위치와 메시지 서비스이다. '비터비 디코더(Viterbi Decoder)'와 같은 디지털 라디오 통신용 특수 집적 회로도 판매하였다. 1990년 '퀄컴'은 CDMA를 기반으로 한 첫 이동통신 기지국을 디자인하기 시작했고, 2년 뒤 'CDMA 휴대전화', '기지국 및 무선 통신용 칩'을 제조하기 시작하였다. 첫번째 '코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access)' 기술은 IS-95로 표준화되었으며, 퀄컴은 기존 기술에서 새로운 변종인 'IS-2000'과 '1xEV-DO (IS-865)'를 개발하였다. 퀄컴은 새로운 기술로 CDMA 휴대전화와 CDMA 기지국을 제조하였다. '퀄컴(Qualcomm)'은 1999년에 기지국 사업부를 스웨덴의 통신 장비 제조기업 '에릭슨(Ericsson)'에 매각하였고, 휴대전화 제조부는 같은 해에 일본의 '교세라(KYOCERA)'에 매각하였다. 그리고 무선 기술의 개발 및 라이선스와 CDMA용 주문형 반도체 판매에 사업을 집중하였다.

'퀄컴(Qualcomm)'은 다양한 'ARM 아키텍처 CDMA'와 '모바일 스테이션 모뎀(MSM: Mobile Station Modem)'같은 'UMTS 모뎀 칩셋', '기본 대역 라디오 프로세서', '전력 프로세서 칩'을 설계하였다. 이 칩은 CDMA와 UMTS용 휴대전화를 제조하는 '교세라', '모토로라', '샤프', '산요', '삼성전자' 같은 휴대 전화 제조사에 판매하였다. 퀄컴이 설계한 칩은 세계 CDMA와 UMTS 시장에서 수많은 핸드셋과 각종 장치의 핵심 부품으로 사용되었다. 그 결과 2007년 여름에 '퀄컴'은 '인텔(Intel)', '텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)', '삼성전자' 등 상위권 반도체 기업 다음으로 세계적인 반도체 기업에서 10위에 포함되었다.

'퀄컴'은 2013년 10월에 뇌 모방 컴퓨팅을 위한 프로젝트인 '제로스(Zeroth)'를 발표하였으나, 이후 완전한 '디지털 신호처리 프로세서(DSP: Digital Signal Processor)' 중심의 뉴럴넷 컴퓨팅용 환경을 제공하는 형태로 개발 방향을 전환하였다. 퀄컴은 2016년, 제로스 플랫폼을 지원하는 스냅드래곤 뉴럴 프로세싱 엔진용 디자인 플랫폼을 개발하여 배포하였다. 또 2017년 12월에는 인공지능과 기계 학습을 위해 만들어진 '스냅드래곤 845(Snapdragon 845)'를 발표하였다.

7-3. 엔비디아(Nvidia)

국적: 미국
특징: 그래픽 카드 중심에서 자율주행용과 전용 반도체로 사업영역 확장

'엔비디아(NVIDIA)'는 '컴퓨터용 그래픽 처리 장치'와 '멀티미디어 장치'를 개발·제조하는 회사이다. '엑스박스'와 '플레이스테이녀 3'와 같은 비디오 게임기에 그래픽 카드 칩셋을 공급하였다. '엔비디아'는 2005년 12월 14일에 대만의 칩셋 업체 'ULi Electronics'를 인수하였다. '엔비디아'의 주요 제품에는 '지포스(GeForce)' 시리즈 브랜드로 유명한 '그래픽 카드 칩셋'과, '엔포스(nForce)' 브랜드로 알려진 '메인보드 칩셋'이 있다. 이 외에도 컴퓨터 그래픽 전문가를 위해 만든 그래픽 카드 칩셋 '쿼드로(Quaadro)' 시리즈와, 고성능 컴퓨팅용 카드인 '테슬라(Tesla)' 시리즈도 있다. 엔비디아의 주 제품인 '지포스' 시리즈는 199년 '지포스 256'으로 시작되었다. 현재 '지포스 시리즈'는 '데스크톱', '지포스 Go 시리즈'는 노트북용으로 사용되고 있다.

'엔비디아(NVIDIA)'는 펩리스 업체로, 칩 제작은 'TSMC', '삼성 LSI' 등의 회사에서 수행하고 있다. 엔비디아는 2016년 8월 서버 시장에 진출한데 이어, 자율주행차 전용 반도체를 공개하며, 인공지능 기술과 관련된 사업영역을 점점 확대하고 있다. '엔비디아'는 자사의 '그래픽 처리 프로세서(GPU: Graphic Processing Unit)'의 장점인 병렬 작업 기술을 최적화함으로써, DNN 기술을 도입한지 3년 만에 훈련 속도를 50배로 향상시키는데 성공했다. 다방면으로 적용될 수 있는 컴퓨팅 폼팩터를 위한 GPU 기반 '첨단 운전자 지원 시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance Systems)' 프레임 워크를 개발하고 있으며, 그래픽 기능의 핵심인 '쉐이더 코어(Shader Core)'를 응용하여 '딥러닝(Deep Learning)'을 구현하고 있다. 엔비디아'는 그래픽스 처리 중심의 프로세서로 기술 개발을 시작하였으나, 2000년대 중반부터 작은 코어를 여러 개 탑재한 매니코어 구조의 GPU의 구조에서 GPGPU라는 개념을 발전시켰으며, 이를 기반으로 다양한 어플리케이션에 적용을 하기 시작하였다. 기존의 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance Systems)'는 '몇몇 물체 감지', '단순한 분류 작업', '도로의 위험 상황에 대한 알림', '감속 또는 정지 기능' 정도만 가능했으나, 현재의 '첨단 운전자 지원 시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance Systems)'은 '사각지대 확인', '차선 변경 전면 추돌 경고' 기능까지 추가되었다.

7-4. 미디어텍(MediaTek)

국적: 중국

'미디어텍(MediaTek)'은 중국의 팹리스 업체로, 후발 주자지만 중국에서 출시되는 스마트폰의 AP 제품을 공급하며 급성장하고 있다.

7-5. TSMC

국적: 대만

TSMC는 세계 최대의 파운드리 기업으로, 2023년 기준 '파운드리(Foundry)' 분야에서 53%의 점유율을 차지하고 있다. 세계 최초로 7나노 공정 양산에 성공해 '애플(Apple)', '브로드콤(Broadcom)', '엔비디아(Nvidia)' 등 다수의 팹리스 기업을 고객으로 두고 있다.

7-6. 삼성전자

국적: 한국
특징: 메모리 반도체의 최강자, 시스템 반도체 분야 1위를 향해

'삼성전자'는 '반도체' 뿐만 아니라 다양한 전자제품을 생산하며, 정보통신기술에 대한 개발을 진행하고 있는 대기업이다. 삼성전자는 1983년에 반도체 사업에 본격적으로 진출하였으며, 불과 10개월 만에 세계 3번째로 64K D램을 내놓음으로써 반도체 업계는 물론 한국 내외 경제계를 놀라게 했다. 1992년에는 64M D램을 세계 최초로 개발하여 세계 최고의 기술력을 확보했으며, 1993년에는 메모리 반도체 세계 1위로 올라섰다. 1994년에 256M D램을 세계 최초 개발에 성공하였고, 1996년에 1G D램을 세계 최초 개발에 성공하면서, 반도체를 한국의 대표 산업으로 키웠다. 또 2002년에는 '낸드 플래시 메모리(Nand Flash Memory)' 분야에서 세계 1위에 올랐다. 2006년에는 '50나노 D램'을 세계 최초로 선보였고, 2007년에는 30나노 '낸드 플래시 메모리' 등을 세계 최초로 선보였다. '애플(Apple)'도 삼성전자에서 메모리를 공급받고 있다. '삼성전자'의 DRAM 세계 시장 점유율은 2017년 3분기 기준 44.5%로 세계 1위를 차지하고 있다.

삼성전자는 2016년에 모바일 SoC인 '엑시노스 8 옥타'부터 '보급형 모바일 AP', '커넥티비티 기능을 통합한 저가형 모바일 SoC'까지 14나노 공정을 적용한 풀 라인업을 구축하였으며, 업계 최초로 14나노 2세대 '핀펫(FinFET)' 로직 공정을 적용한 '웨어러블 AP'를 양산하였다. 삼성전자의 AP인 '엑시노스' 반도체는 영국의 반도체 설계 기업 ARM의 설계를 변형하여 제조하는 시스템 반도체이다. 기본적으로 ARM의 설계를 바탕으로 성능을 최적화하였으나, 최적화 여부에 따라 성능 차이가 컸던 스마트폰 초기 때와 달리 요즘에는 차이가 많이 줄어들었다. 2019년 6월에는 미국 반도체 업체 AMD와 저전력·고성능 그래픽 설계 자산 이용에 대한 전략적 파트너십을 체결했다. 삼성전자는 2019년 10월에 듀얼 코어 '신경망 처리 장치(NPU)'와 '디지털 신호처리 프로세서(DSP)'를 탑재해 초당 10조회 이상의 AI 연산 성능을 확보한 '엑시노스 990(Exynos 990)'을 공개하였다.

또한 삼성전자는 2019년 4월 2030년까지 133조 원을 투자하여, 시스템 반도체 분야에서 1위를 달성하겠다는 비전을 발표했다. 삼성전자는 2030년까지 시스템 반도체 분야 연구개발 및 생산시설 확충에 133조 원을 투자하고, 전문인력 15000명을 채용하여 경쟁력을 강화할 방침이라고 밝혔다.

7-7. SK하이닉스

국적: 한국
특징: 메모리 반도체의 양대 산맥

'SK하이닉스(SK Hynix)'는 대한민국 메모리 반도체 제조사로 SK그룹의 계열사이다. 'SK하이닉스'의 주요 제품은 'DRAM', '낸드 플래시(NAND Flash)', 'MCP(Multi-chip Package)'와 같은 메모리 반도체 제품이다. 2007년부터는 CIS 사업에 재진출 했으며, 미국, 영국, 독일, 일본, 타이완, 중국, 싱가포르, 인도 등에서 판매망을 운영한다. 'SK하이닉스'는 매출 규모 기준, 세계 메모리 기업 중 삼성전자 다음으로 큰 기업이다.

SK하이닉스는 PC, 노트북 등에 사용되는 'PC DRAM', 데이터 센터의 대용량 서버 등에 사용되는 '서버 DRAM(Server DRAM)', 전력 소모가 적어 스마트폰 등 각종 휴대용 기기에 적합한 '모바일 DRAM(Mobile DRAM)', 많은 양의 데이터를 고속으로 처리할 수 있어 그래픽 데이터 처리에 사용되는 '그래픽 DRAM(Graphic DRAM)', 다양한 디지털 기기의 동작에 필요한 '컨슈머 DRAM(Consumer DRAM)' 등을 주로 생산하고 있다. 기존 제품보다 전력 소모는 적으면서 용량과 처리 속도는 크게 향상된 고용량·고성능·저전력의 프리미엄 제품을 지속적으로 개발하고 있다.

'SK하이닉스'는 메모리 반도체 외 시스템 반도체의 일종인 CIS 개발에 박차를 가하고 있으며, 일본에 CIS 연구개발센터를 설립하였따. 'CIS(CMOS Image Sensor)'는 각종 IT 기기에서 전자 필름 역할을 하는 '시스템 반도체'이다. 'CIS(CMOS Image Sensor)'는 '시스템 반도체'임에도 생산 공정이 메모리 반도체 기술과 연관이 가장 많은 제품이다. SK하이닉스는 메모리 반도체 분야에서 축적된 기술을 바탕으로 CIS 사업에 진입하였으며, 휴대폰, 스마트폰 카메라, 웹 카메라, 의학용 소형 촬영장비 등의 여러 분야에 공급될 예정이다.

또한 SK하이닉스는 전하 유입 여부를 통해 0과 1을 구분하는 기존의 반도체 입력 방법 대신, 전압 크기에 따라 다양한 신호를 저장할 수 있는 '유기물질 강유전체'를 사용해 '뉴로모픽 반도체(Neuromorphic Semiconductor)' 개발을 추진하고 있다.

7-8. 어보브반도체

국적: 한국
설립: 2006년 1월 11일
특징: 블루투스 저전력 통신 전문 팹리스

'어보브반도체'는 '마이크로 컨트롤러(MCU: Micro Controller Unit)'를 설계·생산하는 팹리스 업체이다. '어보브반도체'는 '사물인터넷(IoT: Internet of Things)' 동향에 맞춰 '마이크로 컨트롤러(MCU)'가 'IoT 제품들에 사용되기 위한 플랫폼 기술'과 '각 가전제품을 연결할 수 있도록 하는 무선 통신 기술'에 대한 연구를 진행하고 있다. '어보브반도체'는 저전력 기술 확보를 통한 '초저전력 MCU', 고성능 아날로그 IP의 확보를 통한 '소방방재 기기의 정밀 측정 MCU', 에너지 하베스터로 구동되는 '반영구 초저전력 MCU' 제품 등 신제품 개발에 주력하고 있다.

'어보브반도체'는 성균관대학교와 공동으로 국내 최초 자체 개발 블루투스 저전력 v4.2 IP를 개발하여 내재화에 성공하였다. '어보브반도체'는 2018년에 이를 적용한 블루투스 저전력 v4.2 SoC 제품 'aBLE 시리즈'를 출시하였으며 'IoT 블랙박스', '스마트폰 액세서리', '웨어러블 기기' 등 다양한 제품에 개발 및 양산되고 있다. 또한 향후 'BLE(Bluetooth Low-Energy)'를 사용한 '콘서트 응원봉', '스마트 신발 깔창', '의류용 액세서리', '휴대용 의료기기' 등의 다양한 제품에 적용될 예정이다.

7-9. 텔레칩스(Telechips)

국적: 한국
설립: 1999년
특징: 자율주행차 관련 반도체 설계 기술

'텔레칩스(Telechips)'는 반도체 펩리스 업체로, 멀티미디어와 통신 관련 시장의 다양한 애플리케이션 제품에 필요한 핵심 반도체 칩과 솔루션을 개발하고 있다. '텔레칩스'는 국내 현대차 그룹뿐만 아니라, 일본·중국의 메이저 업체에 'AVN(Audio Video Navigation)' 칩을 공급하고 있으며, 실제 네덜란드의 'NXP 반도체(NXP Semiconductors)', 일본의 '르네사스(Reneasas)'와 같은 글로벌 반도체 기업 사이에서 그 기술력을 인정받고 있다. 2021년 기준, 텔레칩스의 전체 매출의 90% 이상은 차량용 AVN 칩이 차지하고 있으며, 이 외에 모바일 TV 수신 칩을 주요 제품으로 두고 있다. 한편, '텔레칩스'는 '음성 인식', '객체 인식' 등 알고리즘을 개발하는 '마인드인테크'를 자회사로 두고 있다.

'텔레칩스(Telechips)'는 차량 내 'IVI(In-Vehicle Information)'에 속하는 'Car Audio', 'Display Audio', 'AVN(Audio, Video, Navigation)' 등과 '디지털 계기판(Digital Cluster)', 'AVM(Aroud View Monitoring)', '(HUD(Head Up Display)', 'RSE(Rear Seart Entertainment)', '텔레매틱스(Telematics)' 등의 AP 등 '멀티미디어 칩', '모바일 수신 칩', 'Connectivity 모듈'을 공급하고 있다. 2018년 CES에서는 '콕핏(Cockpit)' 통합 시스템을 선보인 바 있다. '콕핏 통합 시스템'은 차량 내 HUD, AVM, 디지털 계기판 등을 AVN에 들어가는 AP 칩이 통합하여 지원할 수 있어, 차세대 자동차용 '인포테인먼트(Infortainment)' 플랫폼으로 활용될 수 있다.

'텔레칩스'는 주력 시장인 'IVI(In-Vehicle Information)' 시장에서의 매출 극대화를 위하여, Car Audio와 AVN 제품 라인업 추가와, 중국·일본 등 해외시장 공략을 진행 중이다. 또한 2019년 하반기부터 '디지털 계기판', 'AVM', 'HUD', 'Telematics' 등 기존의 IVI 시장 이외에 차량 내 다양한 응용처로의 매출 확대를 본격화하고 있다.

7-10. LX 세미콘

국적: 한국
특징: 2023년 기준 한국 1위 팹리스 기업

'LX 세미콘'의 과거 사명은 '실리콘 웍스'였다. '실리콘 웍스'는 1999년 LG 반도체가 현대전자와 합병했을 당시 연구원들이 나와 설립한 회사로, 2014년에 LG그룹에 인수되었다. 이후 LX 그룹으로 계열 분리 후, 2021년 7월에 사명이 'LX 세미콘'으로 변경되었다. 'LX 세미콘'은 생산설비가 없는 펩리스 업체로, 생산은 전량 '파운드리(Foundry)' 업체에 외주 생산하고 있으며, Display 단일 사업 부문으로 구성되어 있다. 'LX 세미콘'은 최근 신성장 동력으로 차량용 반도체 사업을 확대하는 것으로 보인다.

7-11. 동운아나텍

국적: 한국

'동운아나텍'은 '휴대폰', '태블릿', '기타 전자기기'에 들어가는 '아날로그 반도체'를 회로설계, 개발 및 일괄 외주 생산 상용화하여 고객사에 판매하는 팹리스 아날로그 반도체 회사이다. 주력 제품인 모바일 카메라용 AF Driver IC는 2010년 중반부터 수량 기준 세계 시장 점유율 1위를 차지하였다.

그 외에도 '동운아나텍'은 기존 버튼으로 구현되던 기능들을 터치 방식으로 바꿀 수 있는 'HD(Haptic Driver)' IC 제품으로 '스마트폰', '웨어러블 기기', '자동차 전장용', '노트북', '일반 게임기' 등에 적용을 확대하고 있다. 2021년 5월에는 '비행 시간 거리 측정(ToF: Time of Flight)' IC의 글로벌 K-펩리스 육성 기술개발과제로 선정되는 등 다양한 제품군으로 사업영역을 확장하고 있다.

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