미국 텍사스 한파와 정전, 일본 지진, 대만 겨울 가뭄, 미국의 중국 SMIC 제재, 세계적인 파운드리(반도체 위탁생산) 수요 증가 등.

이 모든 요인이 겹쳐 세계적으로 차량용 반도체 부족 현상이 나타나고 있다.

요즘 완성차 업체들은 차량용 반도체가 없어 자동차 생산에 어려움을 겪는다. 지난 1월부터 포드, GM 등은 물론 테슬라까지 공장 가동을 일시적으로 중단했다. 반도체 업계는 이 같은 현상이 올해 내내 지속될 가능성이 높다고 내다본다.

▶차량용 반도체란?

▷자동차에 들어가는 필수 부품

“자동차는 덩치 큰 전자 제품이다.”

약 10년 전만 해도 대부분 자동차는 기름을 채워 달렸다. 요즘은 전자 기기처럼 배터리를 충전해 달린다. 자동차의 전자화가 가능했던 배경에 차량용 반도체가 있다.

차량용 반도체란 말 그대로 자동차에 들어가는 반도체를 말한다. 자동차가 스스로 운전하거나 전기로 움직일 수 있도록 각종 시스템을 제어하는 부품이다.

자동차에는 IT 기기에 적용될 법한 여러 기술이 들어가 있다. 일단 요즘 화제인 자율주행 기술이 구현되려면 반도체가 필수다. 우리 몸의 두뇌처럼 자동차 움직임을 제어하는 애플리케이션 프로세서(AP)부터 도로 위 정보를 수집하는 센서 등이 필요하다.

각종 운행 데이터로 바꾸는 그래픽처리장치(GPU), 차량 내 전력량을 조절하는 전력 반도체, 차량 간 통신이 가능한 통신 칩까지 다양한 칩이 자동차 안에 숨어 있다.

굳이 전기차나 자율주행차가 아니더라도 자동차에 반도체가 탑재된 것은 어제오늘 일이 아니다. 고전류 출력을 위한 드라이버 IC, 전원을 공급하는 파워 IC, 자동차 전장 시스템을 제어하는 MCU(마이크로 컨트롤러 유닛) 등 수많은 반도체가 자동차에 탑재돼 있다. 자동차 성능이 발전할수록 자동차에 탑재되는 반도체 비중은 늘어난다.

시장조사 업체 스트래티지애널리틱스에 따르면 세계 자동차 제조원가 가운데 전자 부품이 차지하는 비중이 급증하는 추세다. 1960년 3%에서 1980년 10%, 2000년 22%, 2010년 30%로 늘어났으며 2030년에는 50%까지 이를 것으로 예상된다. 자동차 원가의 절반을 전자 부품이 차지한다는 얘기다. 전자 부품은 대부분 반도체를 기반으로 만들어진다.

현재 세계 차량용 반도체 시장은 큰 특징이 있다. 메모리 반도체의 삼성전자, CPU(중앙처리장치)의 인텔, 통신의 퀄컴처럼 독보적인 강자가 없다.

시장조사 업체 옴디아에 따르면 2019년 세계 차량용 반도체 시장 1위 기업은 네덜란드 NXP(21%)다. 2위 기업인 독일 인피니언(19%)과 점유율 차이가 크지 않다. 3~5위권도 비슷하다. 일본 르네사스(15%), 미국 텍사스인스트루먼트(14%), 스위스 ST마이크로(13%) 등이 치열한 경쟁을 펼친다. 상위 5개 기업 점유율이 80%를 차지하는 구조다.

차량용 반도체 시장에서 압도적 1위 기업이 없는 이유가 있다. 분야가 워낙 넓기 때문이다. 차량용 반도체 시장은 기술력도 중요하지만 안전성이 더 중요하다. 그러다 보니 가급적 자동차 기업들은 기존 기업과 거래하는 경향이 강하다. 진입장벽이 높아 신규 기업이 들어오기 어려운 구조다.

▶진입장벽이 높은 이유

▷까다로운 품질·높은 안정성 요구

요즘 차량용 반도체가 부족한 이유는 여러 가지다.

먼저 코로나19 이후 반도체 시장 구조가 크게 바뀌고 있다. 재택근무 등 비대면 환경이 활성화되면서 전반적인 서버, IT 기기를 위한 반도체 출하량이 크게 늘었다. 반면 상대적으로 차량용 반도체 출하량은 줄었다. 게다가 코로나19 영향으로 자동차 업계는 반도체 주문을 크게 줄였다. 하지만 예상과 달리 지난해 10~12월 중국 시장을 중심으로 신차 주문이 쏟아졌다. 수요 예측 실패가 차량용 반도체 대란에 1차 원인이 됐다.

한파와 폭설, 지진 등 예상치 못한 기상 이변으로 반도체 생산라인 가동이 중단된 점 역시 공급 부족의 한 원인으로 풀이할 수 있다.

최근 미국 텍사스주에서는 한파 영향으로 여러 반도체 공장 가동이 멈췄다. 특히 텍사스에 공장을 두고 있는 NXP와 인피니언은 차량용 반도체 세계 1, 2위 기업이다. 일본 르네사스 역시 지진으로 인해 생산을 잠시 중단한 바 있다.

지난해 미국 정부가 단행한 중국 SMIC 제재 역시 한 원인이다. SMIC는 중국 최대 파운드리 기업으로 차량용 반도체를 주력 생산하고 있다.

여러 요인이 복합적으로 작용하면서 차량용 반도체 시장은 품귀 현상을 겪고 있다.

혹자는 “반도체 기업들이 차량용 반도체 생산 시설을 늘리면 되지 않느냐”고 반문한다. 그러나 문제가 그리 간단하지 않다. 차량용 반도체는 주로 8인치 웨이퍼 공장에서 생산된다. 8인치 웨이퍼 공장은 12인치 웨이퍼 공장과 비교해 구식 설비다.

반도체 기업들이 굳이 옛날 방식의 시설을 늘리는 결정을 내리기는 쉽지 않다. 공장을 채울 수 있는 반도체 장비를 구하는 것 또한 만만찮다.

결국 수요는 많지만 여러 원인으로 공급량이 제한되면서 차량용 반도체 부족 현상은 점점 심화되고 있다. 가격 또한 상승 그래프를 그린다. NXP는 최근 차량용 반도체 가격을 약 10~20% 인상하겠다고 고객사에 통보했다. 파운드리 기업인 TSMC 역시 차량용 반도체 가격을 단계적으로 15% 인상하겠다고 밝혔다.

차량용 반도체 부족 현상이 한국 기업에 미치는 영향은 어떨까.

현대차그룹은 NXP나 인피니언, 르네사스 등으로부터 반도체 공급을 받고 있다. 이미 확보한 재고량이 충분해 당장은 버틸 수 있다는 입장이다. 다만 공급 부족 현상이 장기화될 경우 현대차그룹 역시 어려움을 겪을 가능성이 높다.

게다가 국내에는 차량용 반도체를 대량 공급할 수 있는 반도체 기업이 전무하다. 국내 차량용 반도체 수입 의존도는 98%에 이른다.

이 같은 상황을 타개하기 위해 정부는 ‘미래차-반도체 연대·협력 협의체’를 발족했다. 차량용 반도체 자급화를 추진하기 위함이다. 협의체에는 현대자동차, 현대모비스는 물론 삼성전자, DB하이텍, 텔레칩스, 넥스트칩 등이 참여했다.

다만 이 같은 시도가 성공할 수 있을지는 미지수다. 2009년에도 산업부 주재로 현대차와 삼성전자가 차량용 반도체를 공동 개발하겠다고 밝힌 바 있지만 아무런 성과가 없었다.

삼성전자와 SK하이닉스 등 한국 기업들은 차량용 반도체 생산을 위한 설비가 구축돼 있지 않다. 현재 세계적으로 공급 부족 현상을 겪고 있는 파워 IC나 MCU 등은 당장 국내에서 생산이 어려운 반도체다.

지금부터 개발에 나선다고 해도 과연 얼마나 실익이 있을지 알 수 없다. 현대차그룹은 이미 10년 전 차량용 반도체 독자 개발에 나섰다. 별도 전문 계열사를 설립하고 그룹 차원에서 적극적으로 지원했지만 결국 실패했다. 그만큼 진입장벽이 높다는 의미다.

반도체 업계 한 관계자는 “차량용 반도체는 일반 소비자용 반도체와 비교하면 안전성 문제로 인해 제조·품질관리가 훨씬 까다로운 반면 수익성은 낮은 편이다”라며 “반도체 기업이 개발에 나설 이유가 없다. 혹여나 개발에 성공한다고 해도 해외 전문 기업보다 가격과 품질 면에서 경쟁력 있는 반도체를 공급할 가능성이 낮다. 차량용 반도체 자급화는 쉽지 않은 과제”라고 말했다.