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글로벌오토뉴스 채영석 국장은 30년 동안 자동차 전문기자로 활동해 왔으며 인터내셔널 엔진 오브 더 이어, 월드 카 오브 더 이어의 심사위원이다. 골드만 삭스 등 투자은행들과 다른 시각으로 산업 분석을 해 오고 있다. 지금까지 3,000종 이상의 차를 타고 시승기를 쓰고 있으며 세계적인 모터쇼와 기술세미나 등에 참석해 글로벌 차원의 트렌드 분석에 힘을 쏟고 있다. 2013년 골드만 삭스가 유가 200달러 시대를 이야기했을 때 역으로 유가 폭락 가능성이 있다는 칼럼을 쓰기도 했다.

136, 배터리/반도체/클라우드, 과연 해결책은 있는가?

페이지 정보

글 : 원선웅(mono@global-autonews.com) ㅣ 사진 : 원선웅(mono@global-autonews.com)  
승인 2021-02-15 00:43:50

본문

새로운 외부의 파괴적 경쟁자인 거대기술기업들이 자동차산업의 링 안으로 들어오면서 업태가 바뀌고 있다. 현대차그룹과 애플 간의 논의에서도 알 수 있듯이 주도권 장악을 위한 싸움은 하드웨어와 소프트웨어 간에 벌어지고 있다. 애플이 아이폰을 개발해 폭스콘에 위탁생산을 통해 대부분의 수익을 가져가는 그림을 자동차 쪽에도 원하고 있고 자동차업체들은 100년 넘게 유지해 온 그들의 소비자와의 접점을 빼앗기지 않으려 하고 있다. 애플이 폭스콘에 지불하는 스마트폰 한 대의 위탁 제조비는 6달러에 불과하다. 실제 부가가치는 애플이 모두 가져가고 있다. 이 싸움에서는 애플이 무조건 우위에 있는 것처럼 보이지만 애플 외에도 구글과 아마존, 퀄컴, 마이크로소프트 등 경쟁자가 많다. 자동차업체 중에서도 GM의 크루즈를 비롯해 폭스바겐, 다임러, 부품회사인 콘티넨탈과 보쉬 등도 자율주행을 위한 독자적인 플랫폼 개발에 박차를 가하고 있다. 그래서 그보다는 이 변화하는 생태계의 저변에 있는 관련 산업에 더 관심이 쏠리고 있다. 바로 배터리와 반도체, 그리고 클라우드다. 이 세 가지에 대한 요점을 간략하게 짚어 본다.

글/채영석(글로벌오토뉴스 국장)


1. 배터리 문제는 어떻게 해결해야 하는가?
배터리에 대해서는 이미 2020년 초 세계적인 배터리 셀 제조업체 LG화학의 부품 수급 문제로 메르세데스 벤츠와 재규어랜드로버, 아우디 등이 생산 조정을 한 경험이 있다. 당시만 해도 배터리 전기차의 판매가 급증하는 상황은 아니었지만 2019년에 ㅣLG화학 헝가리 공장의 파업으로 인해 전기모터 생산에 차질을 빚었던 것과 맞물려 시련을 겪기도 했다.

그나마 코로나19의 영향으로 각국에서 배터리 전기차에 대한 보조금을 늘리면서 2020년 하반기에는 판매가 많이 증가했지만, 근본적인 수급 문제는 불거지지 않았다. SNE리서치에 따르면 2020년 전 세계 배터리 전기차용 배터리 사용량은 142.8GWh로 2019년의 118GWh보다 21%나 증가했다. 성장률이 가장 높았던 것은 LG화학으로 12.4GWh에서 33.5GWh로 171.5%나 늘었다. 34.3GWh의 중국 CATL과 비슷한 수준으로 두 회사의 시장 점유율을 합하면 50%에 육박했다. 다음으로 파나소닉이 26.5GWh로 18.5%, BYD가 9.6GWh로 6.7%, 삼성 SDI가 8.2GWh로 5.8%, SK이노베이션이 7.7GWh로 5.4%의 시장 점유율을 보였다.

여전히 3대 업체가 중심이지만 삼성 SDI가 85.3%, SK이노베이션이 274.2% 성장하는 등 한국 업체들의 상승세가 두드러졌다. 파나소닉(-8.2%), BYD(-13.5%)가 부진한 것과는 대조적이다.

이렇게 되자 기존 배터리 업체는 물론이고 완성차업체들도 이들 배터리업체와의 협력 또는 자체적으로 배터리 셀 개발 및 생산을 추진하고 있다.

특히 2020년 전동화차 판매 대수가 70.5% 증가한 302만 1,762대였던 유럽 시장을 중심으로 한 것이 눈길을 끈다. 그 중 하이브리드 전기차가 51.3% 증가한 144만 7,973대, 플러그인 하이브리드 전기차가 3.1배 증가한 61만 9,129대, 배터리 전기차가 2.1배 증가한 74만 5,684대가 팔렸다.

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이런 성장세를 반영해 유럽에서 추진되고 있는 배터리공장 건설 계획은 가히 폭발적이다. 우선 유럽업체들로는 노스볼트와 브리티시 볼트 등 스타트업을 중심으로 폭스바겐 등이 가세해 2024년까지 161GWh용량의 배터리 공장에 추진 중이다.

여기에 LG화학과 삼성 SDI, SK이노베이션 등 한국업체들이 2023년까지 193GWh의 공장을 건설할 계획이다. 중국도 CATL과 패러시스 등이 48GWh 공장을 건설하고 있다. 베를린에 완성차 공장을 건설 중인 테슬라는 250GWh의 공장 건설을 선언했다.

이들을 모두 합하면 2019년 20GWh의 30배가 넘는 652GWh 나 된다. 2020년 사용량의 네 배가 훌쩍 넘는 수치이다. 그것도 유럽에서만 이 정도다. 보스턴 컨설팅은 2025년 유럽 시장 배터리 수요가 400GWh라고 전망하고 있다는 것을 고려하면 과하다고 할 수 있다.

문제는 이 정도 용량의 배터리 셀을 생산할 수 있는 원자재 수급이 가능한가 하는 질문이 우선 제기될 수 있다. 배터리 코발트 가격이 올 초 43%에 달하는 7달러 인상됐으며 니켈도 2014년 이후 최고치, 희토류인 테르븀과 디스프로슘 등도 5년 만에 최고치를 경신하는 등 상승세가 지속되고 있다. 비철금속인 구리도 2012년 이래 최고치를 기록했다. 특히 코발트는 콩고민주공화국산 점유율이 70% 이상에 달하며 가공에서는 중국이 60%를 점하고 있다.

또한 그 배터리의 생산과정에서 발생하는 엄청난 양의 이산화탄소와 인권 문제, 전기차를 위한 전력을 생산하는 화력발전에서 발생하는 이산화탄소, 그리고 폐기하는 과정에까지의 배기가스를 따지는 LCA 규제가 시행될 경우에 대한 대책은 있느냐 하는 점도 간과할 수 없다. 당장에 지역환경을 위한 미세먼지 발생을 줄일 수 있다고 해도 지구환경, 즉 탄소중립을 위해서는 결코 이롭지 못하다는 것을 고려하면 지금의 내연기관 퇴출 및 배터리 전기차 우선의 정책은 다분히 정치적인 결정이라는 전문가들의 의견이 제기된 지 오래다.

그보다는 내연기관에 사용되는 1차 에너지를 석유가 아닌 e퓨얼과 수소 등도 대안으로 모색해 실질적인 배기가스 저감을 해야 한다는 목소리가 점차 힘을 얻어 가고 있다.


2. 반도체, 공급 부족인가, 수요 부족인가?
그리고 2020년 말부터는 반도체 수급 부족이 자동차산업을 괴롭히고 있다. 지금 자동차 업계에서의 반도체 문제는 파운드리에 관한 것이다. 파운드리란 애플의 아이폰을 생산하는 폭스콘처럼 반도체를 위탁생산하는 업체를 말한다.

반도체 산업은 2000년대부터 수평 분업이라는 개발과 생산의 분리를 추진 해왔다. 자동차의 세계화와 맞물려 유럽과 일본, 미국 등은 개발은 자국에서 하고 생산은 해외 공장으로 이전하는 형태를 취했다는 것이다. 반도체 업체들의 경우 물가로 인해 많은 자금이 소요되는 생산 공장 건설을 개발도상국으로 이전하거나 위탁하는 형태를 취했고 그로 인해 부상한 것이 대만의 TSMC와 한국의 삼성전자이다.

그 결과 보스턴 컨설팅 그룹에 따르면, 공장입지별 생산 능력 점유율은 2020년 기준 대만과 한국이 세계의 43%를 차지했다. 미국의 점유율은 12%로 지난 7% 감소해 15 %의 중국에도 밀렸다. 중국은 2010년 대비 4% 증가했다.

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이런 구조는 미국 조사회사 IC 인사이츠 자료가 잘 보여주고 있다. 2019년 기준 매출액으로는 미국 업체들이 55%, 한국업체들이 21%를 차지했다. 하지만 2020년 기준 생산량은 첨단 반도체를 생산하는데 필요한 300mm 웨이퍼의 생산능력은 한국이 47%로 미국과 유럽, 일본을 합한 30%를 압도하고 있다.

평상시라면 이런 구조에 큰 문제가 없었겠지만 2020년 코로나19로 인해 상반기 자동차 생산이 급감하면서 파운드리 업체들의 공급원이 바뀐 것이다. 자동차 판매는 줄었지만, 가전제품과 PC 등의 수요는 오히려 늘어 파운드리 업체들은 공장의 구조를 바꾸어 수익을 높여갔다.

그런데 2020년 하반기 예상보다 빨리 자동차 시장이 회복되면서 반도체의 수요가 급증했고 그 결과 각 업체는 수요를 충당하지 못해 2020년 말부터 자동차 생산에 차질이 빚어졌다. 초기만 해도 통상적으로 3개월 정도면 해소될 것이라는 전망이 있었으나 지금은 올 상반기 내내 계속될 것이라는 분석이 지배적이다.

단순히 기존 물량에의 대응뿐 아니라 배터리 전기차와 ADAS장비의 채용 급증으로 반도체의 수요는 많이 증가하고 있다. 배터리 전기차는 가솔린차의 두 배, 레벨3 자율주행차는 세 배의 반도체가 필요하다.

자동차에 적용되는 반도체는 엔진 에어 시스템과 자가진단 장치(OBD), 자동변속 제어 시스템 등 파워트레인 제어를 비롯해 차체 전장품, 편의장치, 램프류, 조향장치, 제동장치, 현가장치, CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), MOST(Media Orient System Transport), 항법장치, 텔레매틱스, 사운드 시스템 등 수없이 많은 제어장치가 있다.

이들 차량용 반도체를 공급하는 업체는 네덜란드의 NXP세미컨덕터스가 선두를 차지하고 있고 이어서 일본의 르네사스, 독일의 인피니온, 미국의 텍사스 인스트루먼트, 스위스의 ST 일렉트로닉스, 독일의 보쉬, 미국의 온 세미컨덕터와 인텔, 마크론 테크놀러지, 일본의 도시바 등이 상위 10위에 랭크되어 있다.

당연히 이들 차량용 반도체업계의 주가가 급등하고 있고 더불어 파운드리의 가치도 급상승하고 있다.

무엇보다 이들 업체의 반도체를 생산하는 세계 최대 파운드리 업체인 대만의 TSMC가 생산용량을 늘릴 수 있다면 자동차용 칩을 우선시하겠다고 했지만 당장에는 용량이 꽉 찬 상태다.

55%의 점유율의 TSMC에 이어 16%를 차지하고 있는 삼성전자도 여의치 않다. 자사의 엑시노스 오토모티브 플랫폼을 비롯해 퀄컴의 스냅드래곤, 엔비디아 등의 칩을 생산하고 있는데 기존의 제품 외에 고성능 칩에 대한 수요가 증가하면서 용량을 늘려야 하는 상황이다. 점유율 6.9%의 대만 UMC와 6.6%의 미국 글로벌파운드리스도 마찬가지이다.

무엇보다 ADAS 장비의 채용이 급증하면서 반도체 수급은 앞으로 더 심해질 것으로 보인다. SAE기준 레벨3 자율주행차의 경우 기존 가솔린차보다 세 배 가량의 반도체를 필요로하기 때문이다. 여기에 5G 이동통신이 본격화하면서 반도체 수요가 기하급수적으로 늘고 있다. 이런 상황을 반영하듯 TSMC는 올해 31조 원, 삼성전자도 10조 원이 넘는 투자를 할 것으로 알려지는 등 파운드리 업체는 가격 인상과 더불어 대대적인 투자에 나서고 있다.

문제는 반도체 가격 인상은 곧바로 자동차 가격의 인상으로 이어진다는 것이다. 업계에서는 차량용 반도체 가격이 10% 인상되면 자동차 생산원가는 0.18%가량 상승하고 영업이익은 1% 줄어든다고 한다. 그런데도 첨단 기술 전쟁이 불붙은 상황에서 반도체를 사용하지 않을 수 없는 것이 현실이다. 그 때문에 이들 파운드리업체는 올 일사분기 주문량의 30%가량을 거절하고 있다.

그 배경에는 반도체 업계의 입장에서는 자동차용 반도체의 점유율이 10%에 미치지 못한다는 점도 있다. IC 인사이츠에 따르면 자동차용 반도체 전문업체로 분류되고 있는 르네사스는 자동차용 반도체의 비중은 매출의 절반 정도이며 인피니온과 NXP 약 40%, 이탈리아 프랑스 합작 ST마이크로 일렉트로닉스는 약 30%라고 한다. 요즘 급부상하고 있는 대만 TSMC는 3%에 불과하다. 이들이 증산을 위해 TSMC는 280억 달러, 삼성전자는 300억 달러를 늘리겠다고 했지만 돈이 되며 수요가 안정적인 스마트폰과 5G용에 사용되는 7나노 이하의 비중을 늘리며 자동차용으로 쓰이는 20~45나노미터의 비중은 오히려 축소했다. 이 때문에 자동차 반도체 부족 현상은 근본적인 해결책이 없는 상황이라고 업계 전문가들은 분석하고 있다.

배터리 전쟁에 이어 반도체 전쟁이 자동차의 전동화와 자율주행 기술의 진화로 더 심화할 것으로 보인다.


3. 클라우드 업체에 종속된다
또 한가지 클라우드의 급부상이다. 클라우드는 인터넷을 통해 액세스할 수 있는 서버와 그 서버에서 작동하는 소프트웨어와 데이터 베이스를 의미한다. 클라우드 서버는 전 세계 데이터 센터에 위치한다. 클라우드는 실제 엔터티가 아니지만 함께 연결되어 하나의 에코시스템으로 작동하게 되어 있는 전 세계에 분산된 원격 서버의 광대한 네트워크다. 이러한 서버는 데이터 저장 및 관리, 애플리케이션 실행 또는 스트리밍 비디오, 웹 메일, 오피스 생산성 소프트웨어 또는 소셜 미디어와 같은 콘텐츠 또는 서비스를 제공하도록 설계됐다. 로컬 또는 개인용 컴퓨터에서 파일 및 데이터에 액세스하는 대신 인터넷 지원 디바이스에서 온라인으로 액세스하므로 언제 어디에서나 필요한 정보를 사용할 수 있다.(마이크로소프트)

클라우드는 지금 소위 말하는 거대 기술기업들의 중요한 성장 수익원이다. 일본 니케이 오토모티브에 따르면 2020년 4분기 세계 17개 거대 IT 기업들의 데이터센터와, 소프트웨어, 서비스, 클라우드 등 네 개 사업분야의 총 매출액은 1,386억 5,000만 달러로 전년 동기 대비 5.4% 증가했다고 한다. 그런데 나머지는 모두 실적이 하락했는데 클라우드 부문은 5.7% 증가하며 4개 부문 중 31.1%를 차지했다고 한다.

클라우드 산업은 2020년 3분기 기준 아마존 웹서비스(AWS)가 점유율 32%로 독보적이고 이어서 마이크로소포트 애저(Azur)가 19%, 구글 클라우드가 7%, 알리바바 클라우드가 6% 등을 차지하고 있다.

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아마존 산하 아마존 웹 서비스(AWS)와 블랙베리(BlackBerry)가 2020년 12월 1일, 클라우드 기반의 자동차용 소프트웨어 플랫폼 'IVY'를 공동 개발한다고 발표했다. IVY는 전 세계 1억 7,500만대의 차량에 탑재되는 블랙 베리 운영체제 (OS) 'QNX'를 기반으로 구축됐다. 차량 데이터에 대한 접근성을 표준화해, 여러 브랜드의 차량에 탑재되는 커넥티드 서비스 개발 기간을 단축할 수 있게 됐다고 한다. 또한, 차량 내 어플리케이션과 다양한 서비스 개발을 위한 참여가 더욱 용이해진다고 전했다.

IVY는 이러한 안전 기능이 언제 어떻게 사용되었는지에 대해 데이터를 자동차에 제공하고, 자동차는 차량의 성능을 향상하는 노력을 효율적으로 할 수 있게 된다. 또한 배터리 전기차의 운전자는 자동차 배터리 정보를 타사 충전 네트워크와도 공유하여 충전소를 예약할 수 있다. 운전자의 현재 위치 및 운행 계획에 따라 충전 시간을 조정할 수도 있다.

또한 IVY는 10대 운전자의 부모에 대해 어린이가 운전 중에 이메일을 보내는, 산만하고, 제한 속도를 지키지 않는 등의 정보를 자동차 센서로 데이터를 보낼 수 있다. 유아의 부모에 대해서는 차량 뒷좌석에 아이를 발견했을 때, 어린이 안전 잠금장치를 작동시키도록 촉구하는 것도 가능하다.

한편, IVY 의해 자동차는 여러 차량 브랜드와 모델의 새로운 자동차 및 연결 서비스 구축 및 확장에 걸리는 시간을 단축 할 수 있다. 또한 IVY를 사용하면 자동차는 개발자와 폭넓게 협력하여 차량 성능 향상, 유지 보수 및 수리 비용 절감, 편리성 향상을 실현하는 신제품 개발을 가속 할 수 있다. 예를 들어, 실시간 성능 데이터를 분석함으로써 자동차는 잠재적인 결함 부품의 첫 징후를 파악하고 영향을 받는 차량을 특정하여 그 소유자에게 통지하고 대상별 리콜을 시행 하도록 한다.

이처럼 차량 내에서 컴퓨터 사용량이 급증하면서 용량의 한계로 ADAS를 위한 모든 정보를 저장하고 분석할 수 없어서 클라우드를 이용해야 한다.

폭스바겐은 아마존 클라우드로 자율주행차는 물론 회사 생태계 전체를 바꾸려 하고 있다. 폭스바겐이 아마존 및 지멘스와 공동으로 추진하고 있는 산업용 클라우드 (Volkswagen Industrial Cloud)의 적용 범위를 넓혀 2025년까지 공장의 생산성을 30% 향상할 계획이며 전체적으로 124개 공장의 데이터를 표준화된 방식으로 평가할 수 있을 때 그룹은 총 수십억 유로의 비용을 절감한다는 방침이다.

폭스바겐은 2019년에 볼프스부르크 공장을 비롯해 세 개의 공장을 연결했으며 올해에는 아우디와 세아트, 스코다, 폭스바겐 승용차, 폭스바겐 상용차, 포르쉐 및 컴포넌트 브랜드 등 15개 공장이 추가로 연결하고 있다.

첫 번째 단계에서 폭스바겐 그룹은 현재 모든 공장에 대해 표준화된 앱으로 제공되는 15개의 서로 다른 애플리케이션을 정의했다. 주요 초점은 인공지능을 통한 기계의 예측 유지 보수 및 차량 재작업 감소다. 처음 15개의 응용 프로그램만의 구현으로 2025년 말까지 약 2억 유로의 비용이 절감될 것으로 예상한다.

브라운필드 접근 방식에서 수십만 대의 기계 및 공장 품목의 데이터는 센서로 기록되고 클라우드의 표준화된 앱으로 분석된다. 각 기계, 장비 품목 및 시스템은 수동으로 연결된다. 구형 기계의 경우 센서를 설치해야 한다. 개발의 마지막 단계에서 매일 처리되는 총 정보량은 독일의 한 작은 도시의 데이터양과 비슷하다.

폭스바겐은 2018년부터 마이크로소프트 클라우드와도 협력해 오고 있다.

이 외에도 BMW는 2017년부터 모빌아이와 공동으로 클라우드를 통해 차량 주변의 지도 정보를 수집해오고 있으며 보쉬는 2016년부터 IoT 클라우드를 슈투트가르트 인근에 있는 자체 컴퓨팅 센터에서 운영하고 있다. 2013년 클라우드 서비스를 도입하고 2016년부터 오라클 클라우드 데이터 시각화 서비스를 도입한 토요타도 2020년 아마존과 자율주행차 개발에 협력하기로 했다. 메르세데스벤츠는 IBM클라우스와 협력해 2019년 미국 애틀랜타에 최첨단 경기장을 건설하기도 했다. 현대차와도 기아도 2020년 5월 IT 개발 클라우드 플랫폼을 도입했으며 기아는 구글 클라우드와 인공지능 기반 차량 매뉴얼 앱을 개발했다. OTA(무선업데이트) 부문에서 가장 앞선다는 평가를 받는 테슬라는 자체 클라우드 서비스를 운용하고 있다.

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현재까지는 대부분의 자동차회사는 거대 IT기업들의 클라우드를 이용하거나 협력하는 형태로 급증하는 데이터를 취급하고 처리하고 있다. 그것은 전기차 플랫폼 등 하드웨어 플랫폼과 더불어 부상한 소프트웨어 플랫폼에 더해 데이터 플랫폼으로 진화하고 있다.

자동차에서 데이터는 무선 업데이트(OTA)정도만 생각할 수 있지만, 가속과 제동, 스티어링, GPS, 가속도 센서, 배터리, 카메라, 라이다, 밀리 파 레이더, 안전벨트 등의 수많은 차량 정보와 함께 V2X 의한 인프라 측의 센서 정보를 취급하는 것을 말한다.

그러니까 자동차산업의 생태계가 바뀐다는 것은 바로 이런 경쟁력의 원천이 달라진다는 것을 의미한다. 과거처럼 엔진이나 변속기, 스티어링이 아니라 이제는 전기전장품이 혁신의 90%를 차지하고 있으며 그를 둘러싼 쟁탈전이 벌어지고 있다.

하지만 배터리와 반도체, 클라우드의 예에서 보듯이 전통적인 자동차회사들의 주도권은 점차 힘을 잃어가고 있다. 거대 기술기업들이 자동차산업이라는 링 안으로 들어 온 것인지 아니면 자동차업체들이 IT산업의 링으로 뛰어든 것인지에 대한 답을 찾고 있다.

참고로 이메일과 함께 클라우드도 데이터를 저장 보관하기 위해 엄청난 양의 전력을 소모해 새로운 환경폐해산업으로 분류되고 있다는 점도 산업의 성장과 함께 묻혀있다는 것을 간과하고 있는 것은 어떻게 해석해야 할까?​

 

(기사 수정 2월 15일 오전 06시 10분)

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