헬로티 전자기술 기자 |

 

 

차량용 반도체의 가치가 날개를 달았다. 

 

차량용 반도체는 자동차의 엔진·변속기 등 동력전달체계인 파워트레인, 계기판 등을 포함한 자동차 전자장치, 인포테인먼트 구현을 목적으로 하는 비메모리 반도체다. 

 

오늘날 자동차 업계는 코로나19로 발생을 기점으로 자동차 수요 예측에 실패하면서 전에 없던 차량용 반도체 수급난에 허덕이고 있다. 여기에 기존 내연차 생산과 함께 전기차, 수소차, 자율주행차 등 미래차 수요 급증도 상황을 악화시키는 요인이 됐다. 

 

이처럼 차량용 반도체 수급난이 장기화될 조짐을 보임에 따라, 세계 시장을 선도하는 차량용 반도체 기업 동향이 주목되고 있다. 

 

주요 기업으로는 NXP(네덜란드), 인피니언(독일), 르네사스(일본), 텍사스인스트루먼트(미국, 이하 TI), ST마이크로일렉트로닉스(스위스, 이하 ST) 등이다. 이 기업들은 세계 차량용 반도체 시장을 50% 이상을 점유하며, 확고한 위치를 차지하고 있다. 

 

지난 2019년 옴니아가 조사한 차량용 반도체 시장 업체 점유율을 살펴보면, NXP가 전체 시장 가운데 21%를, 인피니언이 19%, 르네사스 15%, TI 14%, ST 13% 순으로 차지했다. 

 

차량용 반도체 매출 비율(2019년 기준)에서는 NXP가 42억1200만 달러(10.2%)로 1위를 차지했으며, 인피니언이 41억5500만 달러(10.1%)로 2위, 르네사스가 34억1500만 달러(8.3%), TI가 28억5300만 달러(6.9%)로 4위, ST가 28억3000만 달러(6.9%)로 5위를 차지했다. 

 

인피니언은 2021년도 2분기에 27억 유로(약 3조6500억 원)의 매출을 기록하며, 4억7000만 유로(약 6300억 원)의 현금 유동성을 확보했다고 밝혔다. 

 

 

인피니언 최고경영자(CEO) 라인하르트 플로스 박사는 "오늘날 반도체 시장은 호황을 누리고 있다. 에너지 전환을 가속화하고 일과 가정 생활을 편리하게 해주는 전자제품은 여전히 높은 수요에 머물러 있으며, 디지털화는 차질 없이 추진되고 있다"고 말했다. 

 

라인하르트 플로스 박사는 "인피니언은 수요가 대다수의 애플리케이션에 대한 공급을 크게 초과했다. 현재 인피니언의 제조 설비는 전력으로 가동되고 있으며, 계속해서 추가 용량에 투자하는 상황이다"고 덧붙였다. 

 

이어 그는 "인피니언은 특히 자동차 마이크로컨트롤러와 IoT 제품의 경우 주조 공장에서 공급되는 칩에 의존하는 세그먼트에서 병목 현상을 발견했다. 이런 상황에서 고객에게 최선의 지원을 제공하기 위해 노력하고 있다"고 밝혔다. 

 

지난 5월, 인피니언은 일본 웨이퍼 제조업체인 쇼와덴코와 에피택스를 포함한 광범위한 실리콘 카바이드 소재(SiC)에 대한 공급 계약을 체결했다. 인피니언은 이번 계약으로 SiC 기반 제품 수요에 대비한 기초 소재를 확보하게 됐다. 

 

피터 워어 인피니언 산업전력관리본부장은 "이번 계약은 자사가 향후 5년간 연평균 30~40% 성장할 것으로 예상되는 SiC 기반 반도체를 지원하고 시장을 형성하는 데 주도적인 역할을 하고 있음을 보여준다"고 말했다. 

 

 

NXP도 1분기에 웃었다. NXP는 1분기 매출 26억 달러(약 3조 원)를 기록하며 전년 동기 대비 27% 증가한 수치를 기록했다.

 

1분기 영업 현금 흐름 역시 7억3200만 달러를 기록하며 성과를 냈다. 커트 시버스(Kurt Siebers) NXP CEO는 "자사는 올해 계속해서 강력한 성장을 지속할 것"이라고 자신감을 표했다.

 

최근 NXP는 대만 타이베이에서 개최된 '컴퓨텍스(COMPUTEX)'에서 TSMC의 고급 16nm FinFET 공정 기술에 기반한 'S32G2 차량용 네트워크 프로세서'와 'S32R294 레이더 프로세서'를 양산한다고 밝혔다. 

 

NXP는 이번 양산으로 당사 S32 프로세서 제품군을 더욱 고도화된 프로세스 노드로 마이그레이션하게 됐다. NXP는 S32 제품군의 지속적인  혁신으로 자동차 제조업체들이 차량 아키텍처를 단순화하고, 완전히 연결되고 구성 가능한 미래형 자동차를 제공하도록 지원할 계획이다. 

 

S32G2 차량용 네트워킹 프로세서는 안전한 클라우드 연결 및 무선(OTC) 업데이트를 위한 서비스 지향 게이트웨이를 지원한다. 사용량 기반 보험과 차량 상태 관리와 같은 다양한 데이터 기반 서비스를 가능하게 한다.

 

또한, 도메인 및 구역 컨트롤러 역할을 함으로써 차세대 차량 아키텍처를 구현하고, 고급 운전자 지원 및 자율주행 시스템에서의 고성능 ASIL D 안전 프로세서 역할도 수행한다. 

 

16nm 기술로 구현된 S32R294 레이더 프로세서는 NCAP 및 첨단 코너 레이더뿐 아니라 장거리 전방 레이더, 동시 사각지대 감지, 차선 변경 보조 및 고도 감지와 같은 고급 멀티 모드 사용 사례를 위한 확장 가능한 솔루션 구현을 위해 필요한 성능을 자동차 제조업체에 제공한다. 

 

커트 시버스 CEO는 컴퓨텍스 CEO 포럼에서 “NXP의 레이더 및 차량용 네트워킹 16nm 프로세서 출시는 자동차를 바퀴 달린 지능형 커넥티드 로봇으로 전환해 안정적으로 즐기도록 만드는 중요한 발표다. 두 프로세서는 양산 준비가 모두 완료됐다"고 밝혔다. 

 

르네사스는 일본을 대표하는 차량용 반도체 선두주자다. 르네사스는 지난 3월 나카공장에서 발생한 화재로 인해 반도체 생산에 차질을 빚었으나, 최근 생산력을 완전 회복했음을 공식적으로 알렸다. 

 

화재 당시, 나카공장은 두 개 건물 중 차량 주행 등을 제어하는 마이콘 반도체 생산 라인에 타격을 입었다. 클린룸의 약 5%에 해당하는 600㎡가량이 소실되는 큰 피해였다. 

 

 

르네사스는 지난 4월 중순 생산을 일부 재개하고 5월 중 생산능력을 완전히 회복한다는 일정이 당초 목표였다. 다만 화재로 인해 사용할 수 없게 된 제조장비 교체가 지연돼 예정보다 한달 여 늦춰진 지난 6월 24일 저녁 경에 비로소 화재 이전 수준의 생산 능력을 회복했다고 밝혔다. 

 

르네사스 측은 나카공장의 완전 정상화 후에도 세계 차량용 반도체 시장에서 공급 부족이 이어지고 있는 현실을 고려해 에히메 현 공장과 대만 업체에 위탁한 대체 생산을 계속할 예정인 것으로 보인다. 
 

텍사스 인스트루먼트(이하 TI)는 전기차 및 자율주행차에 적용되는 솔루션을 지속해서 출시하고 있다. TI는 최근 파워트레인 시스템 통합 솔루션을 발표한 바 있다.

 

파워트레인 통합은 온보드 차저, 고전압 DC/DC, 인버터, 전원 분배 유닛(PDU), 배터리 관리 시스템 같은 애플리케이션을 결합해 시스템 차원에서 이뤄진다. 특히 전기차 온보드 충전 애플리케이션을 위해 새로운 와이드 밴드갭 솔루션이 시장에서 획기적인 성능으로 각광받고 있다.

 

전원 스위치에 SiC 및 GaN을 사용하는 와이드 밴드갭 반도체와 같은 첨단 고전압 장치의 통합을 통해 하이브리드 차량과 전기차는 파워 실리콘 MOSFET 및 IGBT 같은 기존의 실리콘 기반 전원 스위치보다 더 높은 효율성을 달성하게 된다. 

 

 

이뿐 아니라 TI는 자사의 고속 데이터 컨버터 제품 포트폴리오를 산업용 디자인에서 정밀한 데이터 수집을 가능하게 하는 새로운 연속 근사 레지스터(SAR) ADC 제품군으로 확장한다고 밝혔다.

 

사용자는 ADC 제품을 사용함으로써 신호 분해능을 높이고, 배터리 수명 연장은 물론 시스템 보호를 강화한다. ADC 제품군은 고속 데이터 수집의 정밀도를 높임으로써 산업용 시스템에서 필요로 하는 실시간 제어 기능을 더욱 잘 충족시킨다.

 

특히 고속 디지털 제어 루프에서 ADC 제품은 복잡한 시스템에서 작동해 역동적으로 변화하는 전압이나 전류에 빠르게 응답하므로 전원 관리 시스템으로 인해 주요 부품이 손상되는 것을 방지한다.

TI는 습도 센서 제품군의 첫 번째 디바이스를 소개하기도 했다. 습도 센서 'HDC3020'과 'HDC3020-Q1'은 엔지니어들로 하여금 습기로 인한 잠재적인 손상에 견디거나 시간이 지나면서 변화하는 수증기 조건에서 제대로 작동하는 신뢰하는 산업용, 차량용 시스템을 개발하도록 지원한다. 

 

HDC3020 및 HDC3020-Q1은 기존 상대습도 센서와 비교했을 때 장기적인 오류 감소와 함께 개선된 상대 습도 측정의 정확도를 제공하며, 열악한 조건에서 데이터 무결성을 보존한다. 또한, 자연적 노후, 환경적 요건 또는 오염물질 등으로 인해 발생되는 드리프트에 적응하는 통합 보정 기능을 제공한다. 

 

 

ST마이크로일렉트로닉스(이하 ST)는 최근 스텔라 SR6 자동차용 마이크로컨트롤러(이하 MCU)의 최초 디바이스 공급을 시작했다.

 

2024년 생산을 목표로 하는 스텔라 SR6 확장형 MCU 제품군은 고성능의 효율적인 차량 플랫폼을 위해 설계됐다. 이번 MCU는 도메인 및 존 컨트롤러에 특히 적합하며, 이는 차량의 배선을 간소화하면서 소프트웨어 정의 플랫폼으로 이행했다. 

 

마르코 몬티(Marco Monti) ST 오토모티브 및 디스크리트 그룹 사장은 “주요 고객과 협력하면서 획기적인 스텔라 SR6 MCU의 혁신기술을 성공적으로 테스트했다. 이로써 생산 예정인 새로운 로드카 프로젝트에 첫 번째 디바이스를 공급하는 이정표를 달성하게 됐다”라고 밝혔다.

 

이어 그는 “이 MCU는 안전하고 지속 가능하며, 더 만족스러운 사용자 경험을 제공하고자 하는 미래 스마트 커넥티드 자동차를 실현하는 데 중요한 원동력이다. 또한, 자동차 제조업체와 해당 파트너는 부가가치 서비스로 고객과의 관계를 더욱 강화한다”고 덧붙였다. 

 

스텔라 SR6 MCU는 ST의 강력한 FD-SOI 공정 기술을 활용하며, 이 기술로 탁월한 SER 내성을 갖춰 높은 시스템 안정성과 가용성이 보장돼 ASIL-D 등급까지 ISO 26262 기능 안전 애플리케이션을 지원한다. 

 

이 디바이스는 하드웨어 기반 가상화를 통해 다중 소프트웨어 애플리케이션이 안전하게 공존하면서 성능 및 실시간 결정성을 유지하도록 보장한다. 동일한 물리적 MCU에서 다중으로 독립형 애플리케이션이나 가상 ECU를 구현할 수 있어 설계 유연성을 향상시킨다.