세계 최대 그래픽처리장치(GPU) 업체 미국 엔비디아와 세계 최대 반도체 설계회사 영국 ARM.

반도체 업계 역대 최대인 400억달러(약 47조4,400억원) 규모의 인수합병(M&A)으로 글로벌 반도체 시장에 지각변동을 불러온 이 기업은 모두 ‘팹리스(반도체 설계 전문)’라고 불리는 시스템반도체 업체다. 엔비디아는 GPU 및 인공지능(AI) 반도체 설계에서 독보적이고 ARM은 스마트폰 반도체 설계 시장의 90% 이상을 장악하고 있다.

엔비디아의 ARM 인수에서 나타나듯 글로벌 반도체 시장의 주도권은 메모리반도체에서 시스템반도체로 넘어가고 있다. PC·서버용 중앙처리장치(CPU) 시장 절대 강자인 미국 인텔, 스마트폰 애플리케이션 프로세서(AP) 시장을 주도하는 미국 퀄컴, 파운드리(반도체 위탁생산) 1위 기업 대만 TSMC 등도 모두 각 분야의 독보적인 시스템반도체 업체들이다.

메모리 벗어나 시스템반도체 육성

시스템반도체는 메모리반도체보다 시장 규모가 두 배 이상 크고 제품 가격도 메모리보다 비싸 부가가치가 높다. 사물인터넷(IoT)과 AI, 5세대(5G) 이동통신이 확산될수록 시스템반도체의 수요는 폭발적으로 늘어나는 구조다. 이에 따라 글로벌 메모리반도체 시장 부동의 1위인 한국 기업들도 반도체 패권전쟁의 주요 전장인 시스템반도체 시장에서 몸집을 키워 대외 변수에 흔들리지 않는 확고한 경쟁력을 확보해야 한다는 지적이 나온다. 삼성전자는 지난해 4월 오는 2030년까지 시스템반도체 세계 1위에 오른다는 ‘반도체 비전 2030’을 공개하기도 했다.

16일 업계의 한 관계자는 “메모리반도체는 국내 기업들의 점유율이 상당해 더 이상 점유율을 높이기 어렵지만 급성장 중인 시스템반도체는 추가적인 사업 확대가 가능하다”며 “또 대량 생산하는 메모리 사업은 변동폭이 큰 반면 고객의 주문을 받아 만드는 시스템반도체는 안정적인 수익이 가능하다는 점도 국내 업체들이 시스템반도체로 눈을 돌리는 이유”라고 설명했다. 우리 기업들이 중점적으로 육성하는 시스템반도체 분야는 크게 파운드리·이미지센서·모바일AP 등이다.


이 중 모바일AP는 엔비디아의 ARM 인수로 시장의 판이 흔들릴 가능성이 있다. PC용 GPU 시장에 집중해 모바일 시장에서 존재감이 약했던 엔비디아가 ARM의 원천기술을 활용해 스마트폰AP 시장에 뛰어들 가능성이 있어서다. 삼성전자와 애플 같은 스마트폰 선두 업체도 ARM의 AP 설계를 사용하는 점을 감안하면 위협적인 경쟁자가 될 수 있다.


삼성, 그래픽 강화한 AP 강화

글로벌 AP 시장 3위권인 삼성전자는 그래픽 성능을 강화한 차세대 AP로 시장을 확대한다는 전략이다. 삼성전자는 올해 플래그십 스마트폰 갤럭시S20과 갤럭시노트20 국내용 제품에 자사 AP인 ‘엑시노스’ 대신 퀄컴의 ‘스냅드래곤’을 탑재해 체면을 구긴 바 있다. 엑시노스의 성능이 스냅드래곤에 못 미쳐 나온 조치로 풀이된다. 절치부심한 삼성전자는 이르면 올 연말께 미국 반도체 설계회사 AMD와 협업해 GPU 성능을 끌어올린 AP ‘엑시노스 1000(가칭)’을 선보일 것으로 관측된다. 엑시노스 1000은 내년 삼성전자의 신형 갤럭시 스마트폰에 채택될 예정이다.

이미지센서는 일본 소니가 40%대 점유율로 1위지만 삼성전자가 기술력으로 소니를 압도하고 있다. 삼성전자는 지난해 업계 최초로 1억화소 모바일 이미지센서를 선보였고 소니는 아직 6,400만화소가 최대 화소 제품이다. 삼성전자는 또 전날 업계에서 가장 작은 0.7㎛(㎛ ·100만분의1m) 픽셀을 활용한 모바일 이미지센서 제품 4종을 공개하기도 했다. 스마트폰의 이른바 ‘카툭튀(카메라가 툭 튀어나옴)’ 현상을 개선할 수 있는 제품이다. 소니의 초소형 이미지센서는 0.8㎛ 수준으로 알려졌다. SK하이닉스도 지난해 이미지센서 자체 브랜드 ‘블랙펄’을 만들고 올 하반기 0.8㎛ 픽셀 크기의 4,800만화소 제품을 선보일 계획이다.

삼성·하이닉스, 파운드리 약진 눈길

파운드리 분야에서는 삼성전자의 약진이 눈에 띈다. 삼성전자는 최근 퀄컴의 차세대 스마트폰AP, 엔비디아의 차세대 GPU 시리즈, IBM의 차세대 서버용 CPU 등 대규모 위탁생산 계약을 잇달아 따냈다. 기존에 대만 TSMC에 주문을 몰아주던 글로벌 반도체 업계의 큰손 고객들이 삼성전자에 주력제품 생산을 대거 맡기며 삼성전자가 TSMC를 따라잡을 발판을 마련했다는 평가가 나온다. 업계의 한 관계자는 “신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 사태로 언택트(비대면) 활동이 늘면서 시스템반도체 주문이 급증하고 있다”며 “TSMC 공장은 현재 풀 캐파(최대 생산량)고 삼성전자도 풀 캐파에 근접했지만 올해 가동한 화성 V1 라인의 램프업(생산량 증대)으로 추가 수주 여력이 남아 있는 편”이라고 전했다.

SK하이닉스는 1·4분기에 완공한 중국 우시 8인치(200㎜) 파운드리 공장을 올 연말께 본격 가동하며 메모리에 편중된 사업구조를 개선할 계획이다.
/이재용기자 jylee@sedaily.com