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삼성전자의 약점, '시스템 반도체'란? 한국 점유율 4%대...극복해야 할 숙제

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사진=삼성전자 제공


[김종민 기자]
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사진=에스아이에이


[MHN 문화뉴스 김종민 기자] 세계 2위 반도체 기업 삼성전자에게도 극복해야 할 '약점'이 있다.


종합 반도체 회사 삼성전자는 인텔에 이어 시장 점유율 2위를 차지하고 있지만, 이는 '메모리 반도체' 반쪽짜리 성공으로 업계서 평가된다. 삼성전자는 여전히 가장 큰 시장인 '시스템 반도체'에서는 크게 뒤지고 있다고 분석된다.


이같은 약점을 극복하기 위해 지난해 4월 삼성전자는 '반도체 비전 2030'을 내놓았다. 2030년까지 시스템 반도체(비메모리 반도체) 글로벌 1위를 달성하기 위해 연구개발(R&D) 및 생산기술 확충에 모두 133조원을 투자하겠다고 밝혔다.


4차 산업혁명의 주력이자 전체 반도체 시장의 절반 이상을 차지하고 있는 '시스템 반도체'에 알아보자.



■ 반도체의 두 축, 메모리 반도체와 시스템 반도체


반도체는 크게 메모리 반도체와 시스템 반도체로 나뉜다. 메모리 반도체는 크게 정보를 저장하는 역할을, 시스템 반도체는 메모리에 저장된 정보를 이용해 연산-제어 등 정보처리를 직접 수행하는 역할을 한다.


정보를 저장하는 메모리 반도체 시장은 크게 D램과 낸드플래시로 양분된다. D램은 휘발성 메모리로, 전원이 공급되고 있는 동안에만 정보가 저장된다. D램은 컴퓨터가 켜져 있는 동안 명령을 저장하고 정보를 담는다. D램의 정보 접근 속도는 낸드플래시 등 비휘발성 메모리에 비해 한참 빠르기 때문에, 컴퓨터의 연산 처리를 돕는다.


비휘발성 메모리인 낸드플래시는 주로 USB 등에 이용된다. 전원을 꺼도 정보가 남아있기 때문에 대용량 저장소에 적합하다. 다만 연산을 저장하고 명령 처리를 보조하는 용도로는 적합하지 않다.


한국의 경우 2020년 기준 메모리 반도체 점유율이 70%를 넘는다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면, 업계 1위인 삼성전자(44.1%)와 2위 SK하이닉스(29.3%)가 모두 한국 기업이다. 그야말로 '메모리 반도체' 강국이다.


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비휘발성 메모리 SSD, 사진=삼성전자 제공

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시스템 반도체는 저장된 정보를 처리하고, 연산하는 '두뇌'다.


컴퓨터에 사용되는 CPU, 세탁기나 냉장고 등의 전자기기에 사용되는 임베디드 시스템 등에 사용된다. 휴대폰에 사용되는 CPU인 AP, '통합 칩'도 시스템 반도체로 분류된다. AP는 논리회로로 구성된 반도체 소자가 하나의 칩으로 구성돼 디지털 신호와 연산을 처리한다. 이외에 자율주행 기술에 필수적인 이미지 센서, 라이다 센서 등도 신호를 읽고 처리하는 시스템 반도체다.


메모리 반도체의 경우 국내 기업이 압도적인 점유율을 바탕으로 대량 생산하고 있으나, 시스템 반도체는 맞춤 제작형 제품으로 다품종 소량 생산된다.


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시스템 반도체 AP 퀄컴 스냅드래곤, 사진=퀄컴 제공

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■ 시스템 반도체 시장 규모 메모리 반도체의 2배 이상...국내 기업 점유율은 고작 '4%'


한국은 메모리 반도체에서는 압도적인 점유율을 자랑하나, 시스템 반도체 시장에서는 고전하고 있다. 문제는 메모리 반도체 시장이 고작해야 시스템 반도체 시장의 절반에도 못 미친다는 것이다. 시장조사업체 가트너에 따르면 전체 반도체 시장에서 메모리 반도체는 30%, 시스템 반도체가 70%의 비중을 차지한다.


시스템 반도체의 전망은 더욱 밝다고 여겨진다. 5G, AI, 자율주행차, 사물인터넷 등 4차 산업혁명의 핵심 연산을 담당하는 것은 시스템 반도체다. 메모리 반도체의 경우 대량 생산하기 때문에 수요에 민감하고, 시장이 침체하면 함께 죽을 쑤게 된다. 삼성전자나 SK하이닉스 등 국내 기업은 메모리 반도체에 편중돼 있어, '진짜 반도체 강국'이 되기 위해서는 결국 시스템 반도체를 잡아야한다고 전문가들은 분석한다.


이러한 이유로 삼성전자는 2019년 '반도체 비전 2030'을 발표하고, 2030년까지 시스템 반도체 글로벌 1위를 달성하기 위해 연구개발(R&D) 및 생산기술 확충에 모두 133조원을 투자하겠다고 밝혔다. 삼성전자는 칩 설계에서는 자체 제작 AP인 '엑시노스'의 기술력을 강화하고, 파운드리 분야에서는 업계 1위인 TSMC를 따라잡기 위해 공정 기술 연구 투자를 늘리겠다는 방침이다.


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평택 삼성전자, 사진=삼성전자 제공

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다만 여전히 격차는 크다. 삼성전자는 AP 시장 점유율을 조금씩 높여와 2020년 기준 10% 점유율에 이르지만, 업계 1위인 퀄컴의 30% 점유율에는 한참 못 미친다. 점유율 뿐 아니라 퀄컴의 기술력을 따라잡지 못해, 삼성 스마트폰에도 퀄컴의 '스냅드래곤'이 사용되는 상황이다.


파운드리에서도 1위인 TSMC의 위상이 견고하다. TSMC는 작년 세계 최초 5나노 공정 제품을 양산하는 등 기술력에서 앞선다. 기술력 뿐 아니라, '전문 생산 업체'로서 애플 등 굵직한 고객사의 신뢰를 오랜 기간 확보했다고 업계는 평가한다. 여기에 지난 17일 TSMC에서 올해 파운드리에만 30조원을 투자하기로 밝혀, 기술 격차를 공고히 하겠다는 의지를 보였다. 이는 업계 예상을 20~30% 웃도는 수치다.


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사진=TSMC 제공

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퀄컴은 설계만 하는 '팹리스'고, TSMC는 생산만 하는 '파운드리' 회사인 상황에서 '종합 반도체' 기업인 삼성이 가야할 길을 세분화해야 한다는 지적도 따른다. 삼성전자는 모바일부터 메모리 반도체, 파운드리, 칩설계까지 하는 종합 반도체 회사라, 파운드리를 안고 가기에는 애플 등 주요 고객이 기술 노출 우려로 위탁을 맡기지 않을 우려가 있다. 팹리스로 특화하기에는 기술적인 격차가 여전히 크다는 것이 숙제다.


학계와 업계 모두 입을 모아, 국가의 미래를 위해서라도 시스템 반도체는 넘어야 할 숙제라고 지적한다. 여기에는 정부의 지원이 필수라는 의견도 덧붙였다. 이에 따라 정부는 향후 10년간 3000억원을 투입해 시스템 반도체 전문 석-박사 인력 3000명을 양성하겠다는 계획을 22일 밝혔다. 학부에서부터 시스템 반도체 전공트랙을 신설하고, SK하이닉스와 삼성전자와 연계해 실무진을 배출하겠다는 의도다.


성윤모 산업통상자원부 장관은 "4차 산업혁명, 디지털 뉴딜 전환에 대응하기 위해서는 시스템 반도체 핵심인력 양성이 중요하다"면서 "내년까지 3600명의 인재를 원활하게 육성할 수 있도록 정책적 지원을 아끼지 않겠다"고 말했다.


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삼성전자의 약점, '시스템 반도체'란? 한국 점유율 4%대...극복해야 할 숙제


메모리는 잡았으나...반도체 시장의 대어, 시스템 반도체 여전히 미개척지
정부에서도 3천억원들여 시스템 반도체 전문 인력 양성 표방


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