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나윤석은 자동차 전문 칼럼니스트이며 컨설턴트이다. 그는 수입차 태동기인 1980년대 말부터 수입차 업계에서 종사했으며 수입차 브랜드에서 제품 기획과 사업 계획 등의 전략 기획 업무를 중심으로 각종 트레이닝 업무에도 조예가 깊다. 폭스바겐 코리아에서 프리세일즈 부장, FMK에서 페라리 브랜드 제너럴 매니저 등을 지냈다.

차량용 반도체, 통합제어기, 그리고 ARM

페이지 정보

글 : 나윤석(stefan.rah@gmail.com) ㅣ 사진 : 나윤석(stefan.rah@gmail.com)  
승인 2021-08-31 12:24:30

본문

테슬라의 일런 머스크가 엔비디아의 ARM 인수에 대하여 분명하게 반대 의견을 표시하였다. 예상했던 일이다. 그리고 앞으로의 진행이 흥미진진하다.

현재 자동차와 반도체 관련하여 커다란 이슈가 두 개 있다. 첫번째는 전 세계적으로 겪고 있는 차량용 반도체의 부족 현상이다. 작년의 자동차 시장 위축에 따라 금년 시장 예측도 보수적으로 했던 자동차 제작사들은 이에 맞추어 금년도 부품 발주 물량을 정했다. 그러나 예상 외의 시장 반등에 따라 부품 수요가 급증하였는데 이 가운데에서 차량용 반도체 공급에 커다란 차질을 겪게 된 것이다. 

특히 차량용 반도체 공급에 문제가 생긴 이유는 대략 두 가지로 요약된다. 첫째는 최신형 모델들일 수록 다양한 기능을 제공하므로 더 많은 반도체를 사용하기 때문이다. 전기차는 특히 그렇다. 둘째는 팬데믹 사태에 의한 반도체 수요 폭증이다. 언택트 환경은 정보통신 단말기의 수요와 클라우드 서버 등 인프라의 확충으로 이어졌고 결과적으로 반도체 수요가 늘어났다. 팹리스와 파운드리로 분업화된 반도체 산업 구조에서 파운드리들은 안정성 위주의 차량용 반도체들이 사용하던 25나노 이상의 생산 라인을 정보통신 기기들이 사용하는 15나노 이하의 공정으로 전환한 것이다. 이는 앞서 말했던 보수적인 차량용 반도체 수요 예측이 가져온 또 하나의 결과이기도 하다. 

그러나 차량용 반도체 공급 부족 문제는 수요 예측과 생산 설비 확충의 문제이므로 예외적인 상황이 발생하지 않는 한 중장기적으로는 해소될 수 있는 문제다. 하지만 자동차 산업에 근본적인 영향을 미칠 요소로 작용할 수 있는 가능성도 염두에 두어야 한다. 첫째는 수익의 감소다. 특히 기존의 레거시 자동차 제작사들은 내연 기관 자동차의 판매에서 얻은 수익을 미래차 연구 비용으로 투자해야 하는 입장인데 반도체 공급 문제로 차량 수요를 공급이 따라갈 수 없다는 것은 투자로 연결될 수익의 감소로 이어진다. 둘째는 차량용 반도체 생산 설비 확충시 파운드리는 향후 더 많은 수요가 있을 차량용 반도체를 중심으로 생산 설비를 확충할 가능성이 높다는 것이다. 

이 두 가지 요소에서 유추할 수 있는 결론은 하나다. 투자의 집중이다. 즉 현재의 내연 기관 자동차 – 그리고 내연 기관 차량용 반도체 – 에 대한 투자는 최소화하고 전기차 및 미래차에 대한 투자에 집중한다는 뜻이다. 그리고 그 결과는 미래차로의 전환 가속화다. 디젤 게이트 – 코로나에 의한 모빌리티 시장 변화에 이은 세 번째 가속 요소가 될 수 있다는 뜻이다.

자, 다시 ARM 관련 이슈로 돌아오자. 사실 이 이슈가 앞으로는 더 중요하고 시장의 흐름을 좌우할 요소가 크다.

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미래차와 관련하여 가장 뜨거운 주제는 통합제어기와 펌웨어 OTA일 것이다. 즉, 차량의 기능이 계속적으로 업데이트될 수 있으며 이는 차량의 주요 기능들을 중앙의 프로세서에서 통합 처리하는 통합제어기를 중심으로 이루어진다는 뜻이다. 테슬라의 3세대 프로세서, 그리고 향후 전기차 시장에 진입할 것이 확실시되는 애플의 M* 프로세서처럼 통합제어기를 스스로 개발하는 자동차 제작사들도 있지만 대부분의 레거시 자동차 제작사들은 물론 많은 신흥 미래차 주자들은 엔비디아와의 협력으로 통합제어기를 개발하고 있다. 참고로 중국 니오(NIO)의 ‘아담(ADAM)’도 엔비디아의 오린(orin) 프로세서를 4개 결합하여 구성한다. 한편 구글 웨이모는 삼성전자와 협력하는 관계다. (자율주행 소프트웨어 부분은 별도로 다루기로 한다.)

그런데 이들 테슬라, 애플, 엔비디아, 심지어는 삼성 엑시노스와 모두 관련이 있는 업체가 바로 ARM이다. 이들의 모든 프로세서들은 영국 ARM의 아키텍처를 기반으로 프로세서를 설계하고 있는 것이다. 현재는 손정의 회장의 소프트뱅크, 즉 순수 투자사 휘하에 있는 ARM은 반도체 업체들에게는 중립적인 위치였다고 할 수 있다. 그런데 엔비디아가 ARM을 인수하게 된다면 ARM의 중립성이 훼손되는 결과를 쉽게 예측할 수 있다. 

ARM 아키텍처를 사용하는 프로세서들은 다양하다. 통신 칩의 대명사인 퀄컴도 ARM 기반이다. 그런데 퀄컴은 2020년 CES를 통하여 이미 스냅드래곤 라이드를 발표하면서 자동차용 통합제어기 시장에 출사표를 던졌다. 삼성도 엑시노스 오토 V9을 통하여 모바일 프로세서 시장을 자동차까지 확장하겠다는 의지를 밝혔다. 이 역시 ARM 기반이다. 그런가 하면 전자상거래의 거인인 아마존이 운영하는 클라우드 서비스인 아마존 웹 서비스(AWS)가 독자 개발한 프로세서인 그라비톤2도 ARM 기반이다. 

왜 모두 ARM일까? 그것은 전력 소모량에서 출발했다. 또한 인텔의 더딘 개발 속도가 기폭제가 되었다. 데스크탑 컴퓨터용인 x86 아키텍처 기반의 인텔 혹은 AMD 프로세서들은 강력한 연산 속도만큼이나 많은 전력을 사용한다. 그러나 초창기 PDA에서 시작한 모바일 프로세서들은 연산 속도는 다소 희생하더라도 휴대용 기기에 어울리는 작은 전력 소모량에 집중했다. 그리고 점차 연산 속도를 향상시키면서도 전력 소모량은 억제하는 데에 성공한다. 그 결과 애플이 맥북에 인텔 프로세서를 대신하여 ARM 기반의 독자 개발 프로세서인 M1 프로세서를 탑재한 결과 성능 향상과 배터리 사용 시간 증가라는 두 마리 토끼를 한꺼번에 잡는다. 인텔의 완패였다.

저 에너지 소모 고성능 모바일 프로세서는 여러 개의 카메라와 레이더, 라이더, 초음파 센서 등 다양한 센서로부터 수집되는 정보를 실시간으로 처리하면서 광대역 통신으로 V2X 인프라에 접속해야 하는 자율주행차의 두뇌로 최적이었다. 그리고 그 핵심에는 항상 ARM이 등장하는 것이다. 

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따라서 앞으로도 당분간은 자동차용 통합제어기에 ARM 아키텍처가 사용되는 것은 지속될 것이다. 그렇기 때문에 ARM이 엔비디아에게 매각되는 것이 심각하게 기울어진 운동장의 불공정 경쟁으로 이어질 우려로 이어지는 것이다. ARM이 소재한 영국의 경쟁시장청이 문제를 제기하고 엔비디아가 있는 미국의 미연방거래위원회가 조사에 착수한 것도 독과점에 의한 불공정 거래의 위험에 대한 것이었다. 그리고 평소에는 쿨하기로 유명한 일런 머스크조차도 명확한 반대를 표할 만큼 ARM은 중요한 존재가 된 것이다.

그렇다면 향후 차량용 통합제어기 시장은 어떻게 예상할 수 있을까? 첫째는 앞서 말한대로 ARM 기반 프로세서가 주도적 위치를 차지할 것이다. 둘째는 엔비디아가 여전히 주요 공급 업체로 시장을 주도할 것이라는 점이다. 이전의 컴퓨터 시장에서 인텔이 차지했던 지위와 비슷하게 보인다. 하지만 사실은 그보다는 모듈화 설계에 익숙한 자동차 산업과 특히 모듈화에 적합한 전기차 기반의 미래차들은 기성품 부품들의 조합을 통하여 높은 신뢰성과 예측 가능한 원가 구조를 바탕으로 한 사업의 지속 가능성에 더욱 무게를 둘 것이라는 점이 더욱 중요하다. 왜냐 하면 배터리와 같이 고가의 대형 부품으로 원가 구조가 높은 미래차는 당분간 수익성에 한계가 있을 것이기 때문에 최대한 위험 요소를 배제하여 사업성을 확보하는 것이 매우 중요하기 때문이다. 따라서 테슬라처럼 모든 것을 처음부터 스스로 만들어내는 독특한 구조는 예외적이며 앞으로 미래차 시장의 주류 사업 모델이라고는 보기 어렵다. 

그렇다면 세번째로 예측할 수 있는 것은 엔비디아와 기존 티어1, 즉 대형 자동차 부품 업체와의 연합이다. 이를 통하여 엔비디아의 프로세서와 학습 능력을 티어1의 자동차용 모듈 개발 능력과 결합하면 자동차 제작사들이 작은 개발비로 체계를 통합하고 안전한 서비스를 제공할 수 있는 최종 제품으로 안전하게 연결할 수 있기 때문이다. 

지금은 미래차의 초창기다. 따라서 주도권을 쥐려는 신경전이 극한을 치닫고 있다. 자동차 제작사들이 배터리 생산 능력을 내재화하려는 것과 마찬가지로 반도체 업체와 직접 제휴하여 자율주행 컴퓨터 등을 직접 개발하려는 것도 마찬가지 이유에서다. 하지만 전문 분야가 아닌 새로운 영역에 도전한다는 것은 비경제이고 실패의 가능성도 높다. 커다란 투자를 요구하지만 수익성은 여전히 미지수인 미래차 사업에서 미지의 영역에까지 직접 도전한다는 것은 기싸움 이상도 이하도 아니다. 위험하다. 따라서 IT 기업 (반도체 및 인공지능) – 티어1 (모듈) – 제작사 (시스템 통합)의 형태로 분업화하는 것이 더욱 광범위한 영역의 지식을 요구하는 미래차 산업에서는 더욱 중요하다.

물론 현대차그룹처럼 현대 및 기아와 같은 자동차 제작사와 현대모비스라는 티어1을 함께 갖고 있는 경우는 조금 다를 수 있다. 자동차 제작사와 티어1의 역량을 모두 내재화할 수 있기 때문이다. 그렇기 때문에 미래차 시대에는 빅3 혹은 빅5만 살아남을 것이라는 예측이 설득력을 갖는 것이다. 그러나 전문성을 바탕으로 한 분업 및 협업의 필요성은 여전하다.

하지만 인텔 왕조 시대에도 AMD가 존재했고 커다란 태풍을 일으키기도 했듯 엔비디아가 주도하는 시장에서도 애플과 테슬라의 독자 반도체는 중요한 역할을 할 것이다. 특히 자율주행 모듈을 공개 판매하겠다는 테슬라는 잘하면 미래차 시대의 티어1이 될 수도 있을 것이다. 어쩌면 그것이 테슬라에게는 더욱 좋은 사업 방향이 될 수도 있다. 예를 들어 LG 마그나 이파워트레인과 테슬라 자율 주행 모듈을 조합한 신생 브랜드의 미래차도 가능하지 않을까?

글 / 나윤석 (자동차 전문 칼럼니스트)
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