100년만의 대전환이 무엇일까에 대한 화두가 정의되어 가고 있다. 2016년 메르세데스 벤츠가 제시한 C.A.S.E라는 화두가 반도체를 기반으로 한 소프트웨어에 의해 제어되는 시대로 완성되어 가고 있다. 한마디로 크게 바뀌고 있다. 자동차회사들은 지금 소프트웨어 정의 자동차에 집중하고 있다. 20세기 초 미국 포드가 컨베이어 시스템을 발명해 대량생산의 길을 열었다. 그것을 세계화한 것은 20세기 말의 토요타 생산방식이다. 지금은 전혀 다른 세상이 펼쳐지고 있다. 기계와 유압장치로 구동되던 자동차가 소프트웨어에 의해 움직인다는 것이다. 그것을 주도하는 것은 테슬라일까? 아니면 중국이라는 시장일까? 레거시 자동차업체들은 그 무거운 조직을 어떻게 변화해 새로운 시대에 대응할까? 중국 자동차업체들의 반도체 내재화에 관한 자료도 정리해 본다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)

여전히 한국의 뉴스는 미국 중심이다. 그것은 어쩔 수 없다. 전 세계가 연결된 시대에 정보 취득 시장에서 표음문자 영어는 표의문자 중국어를 압도한다. 중국이 거대한 인구로 시장독재의 시장을 열었더라도 움직임이 굼뜬 것은 난해한 언어가 한몫한다. 그런 점에서 28개의 자음과 모음만으로 대부분의 언어를 만들어 낼 수 있는 한글은 미래에 어떤 역할을 할 수 있을지 궁금해진다.

분명 지금 미국은 기술적으로 세계를 지배하고 있다. 그것은 그런 가능성의 세계가 가능한 미국의 사회적인 분위기 때문이다. 그 배경에는 태평양과 대서양을 양쪽에 둔 지리적 조건이 우선한다. 이동이 용이하다는 것이다. 미국은 독립 당시 동부 13개 주를 시작으로 새로운 시장을 열었다. 그것이 팽창하자 서부로 이동해 경제 영역을 넓혔다. 거기에서 다시 지금은 썬벨트, 즉 남부지역에 새로운 지도를 그리고 있다.

그것은 연결된 인프라로 인해 가능했다. 인터넷의 등장이 21세기의 지도를 바꾸고 있다. 연결된 사회가 세상을 바꾼 것이다. 실리콘 밸리에서 근무하면 천문학적인 주거비와 생활비로 높은 수익이 의미가 없다. 지금은 텍사스나 애리조나, 앨라배마 등에서도 같은 일을 할 수 있다. 기업의 입장에서는 더 낮은 인건비 지출이 가능하고 피고용자 입장에서는 더 낮은 연봉으로도 더 행복한 삶을 영위할 수 있다. 그것이 지금 미국에서 썬 벨트가 부상한 이유다. 중국 인구의 1/4 정도에 불과하지만 세계 경제에서 미국의 존재감이 여전한 배경이기도 하다.

그런데 산업계에서는 ‘기술은 시장을 이길 수 없다.’라는 말이 있다. 해양 세력으로 거대한 시장을 구축했던 포르투갈의 패권이 영국으로 넘어간 것은 대영제국이라는 시장 때문이었다. 그 패권이 미국으로 넘어간 것도 서부로 영역을 넓힌 시장 때문이었다.

지금은 그 시장을 새로운 기술로 넓히고 있다. 실리콘 밸리든, 썬 벨트든 어디에서 개발하든 전 세계 시장에서 힘을 발휘할 수 있다. 그 중심에 있는 것이 반도체와 그것을 제품에 적용하는 소프트웨어다. 마이크로소프트와 엔비디아는 새로운 시가총액 기록을 달성하며 코로나 팬데믹으로 어려웠던 미국 경제를 살리고 있다. 물론 그 시가총액은 미국인들의 삶과는 무관하다. 정치인들은 거시경제지표로 표를 끌어모으려 하지만 정보의 자유도가 높아진 지금도 미국 시민들 절반은 현혹되고 있다는 것이 아이러니다.

소프트웨어와 반도체는 대부분의 산업을 아우른다. 이미 물리적인 노동이 기계로 대체된 데 이어 이제는 정신노동자의 일도 대신하고 있다. 인공지능의 새로운 발전으로 세상은 또 다른 방향으로의 전환이 이루어지고 있다. 그렇다 해도 그것이 일반 사람들에게 어떻게 영향을 미칠 것인지는 다른 차원에서의 접근이 필요하다.

또한 20세기 말 밀레니엄 버그와 21세기 초, 3D 텔레비전과 블록체인, 증강현실, 자율주행, 메타버스 등처럼 주가 부양을 위한 수단이 그칠지도 아직은 알 수 없다.

그러나 적어도 자동차의 기술은 분명 그 뿌리가 바뀌고 있다. 그리고 그 변화를 주도하고 있는 것은 테슬라라고 평가되고 있다. 물론 그렇게 간단한 문제가 아니다 레거시 자동차업체들은 21세기부터 다양한 전자제어 기술을 도입해 왔다. 커넥티드 기술에 대해서도 오랜 연구를 해왔고 실차에 적용한지 많은 시간이 지나 소비자들의 피드백도 절대적으로 많다. 수치뿐 아니라 구체적인 문제에 관한 데이터를 축적해 왔다. 그것을 풀어내는 기술에 대해 적극적이지 않았다.

그런데 외부의 파괴적 경쟁자 테슬라는 전혀 다른 방식으로 접근하며 시장의 흐름을 바꿔 놓았다. 일론 머스크는 배터리 전기차회사에 뛰어들기 전부터 스페이스X 등 다양한 새로운 기술로 가능성을 보여 주었다. 거기에 생산방식의 혁신 등으로 높은 영업이익을 낼 수 있는 역량도 보여 주었다. 그런데 레거시 업체는 물론 중국 자동차회사들이 급속도로 성장하면서 가격경쟁이 시작됐고 영업이익이 18% 선에서 8% 선까지 급락했다.

제품력의 핵심 하드웨어는 배터리와 반도체

새로운 싸움이 시작되고 있다. 테슬라는 2023년 3월 발표한 언박스드 프로세스를 정착시켜야 하고 멕시코와 인도, 태국 공장 등 생산 시설 확대에도 투자해야 한다. 이미 통상 70개가 넘는 ECU를 3개로 통합했다. 14나노 기술이기는 하지만 중요한 것은 그것을 자체 개발했다는 점이다.

그것은 이 시대 화두인 소프트웨어 정의 자동차에 핵심이라고 정의하게 한 배경이다. 그것을 가능하게 하는 하드웨어가 컴퓨터 칩이다. 이는 배터리와 함께 전기차 시대의 핵심 기술이다. 배터리 전기차로의 전환을 추동하는 것이기도 하다. 테슬라의 통합 ECU는 저전력이라는 장점도 있다. 하지만 그 외에도 수많은 전자장비가 채용되면서 기존 12볼트 배터리로는 불가능하다. 당장에는 48볼트 시스템의 급증도 이런 배경이 있다.

여기에서 중국산 자동차가 부상하고 있다. 중국산 자동차는 물량이 지배하고 있다. 2023년 전 세계 시장에서 중국산 자동차는 3,009만 대가 팔렸다. 2000년 200만 대보다 15배가 늘었다. 그중 수출이 491만대로 1위였다. 올해 1월에도 47.4% 증가했다. 이 추세가 얼마나 지속적일지는 알 수 없다. 소위 트럼프 리스크로 명명된 지정학적 변동이 심하기 때문이다. 그러나 테슬라가 공장 건설을 늘리듯이 중국산 자동차업체들의 해외시장 공략은 가위 전방위적이다. 당장에는 유럽과 동남아 시장을 겨냥하고 있다. 중국 정부는 2030년 자동차 수출 600만 대, 해외 생산 600만대로 해외 판매가 1,200만 대에 달할 것으로 전망한다.

그 전망이 가능하기 위해서는 지금까지처럼 가격경쟁 우선이 아닌 제품력을 갖춰야 한다. 그 배경인 전기차 부문에서는 이미 선도적인 입지를 구축했다. 미국과 유럽이 그것을 견제하기 위해 다양한 압박을 강구할 정도로 상황은 변했다.

지금 중국 자동차업체들은 반도체 자체 생산에 나서고 있다. ADAS 및 자율 주행에 사용되는 칩의 자체 개발을 추진하고 있다.

중국이 그들의 한계를 극복하기 위해서는 여러 가지 문제가 있다. 당장에 배터리는 확고한 경쟁력을 갖고 있지만 반도체 부문에서는 미국의 벽을 넘어야 하는 도전 과제가 있다. 2023년 기준 중국산 자동차가 전 세계 자동차 생산의 약 1/3을 차지했다. 20세기 말 일본이 그랬듯이 대국이 된 것이다. 그리고 대국을 넘어 강국으로 발돋움하기 위해서는 테슬라가 추구하는 수직 통합까지는 아니더라도 중국 내에서의 수평 통합과 동시에 수직통합을 이루어야 한다고 생각하고 있다.

우선 중국은 정부 차원에서 반도체산업을 지원하고 있다. 2000년에 처음으로 반도체 산업 발전 정책을 발표했다. 하지만 반도체 공정의 복잡성과 특허장벽 등으로 수입해 의존할 수밖에 없었다. 그것을 극복하기 위해 2015년 제조 2025를 통해 2030년까지 75%의 국산화율 달성 목표를 설정했다. 그러나 미국이 본격적으로 견제하기 시작하며 계획이 수정됐다.

지금은 2014년과 2019년에 각각 1,387억 위안(약 25조 원), 2천억 위안(약 36조 원)의 반도체 펀드를 조성한 것을 중심으로 움직이고 있다. 2022년 말에도 미국의 IRA에 대응해 1,430억 달러의 반도체지원법을 통해 반도체 지원 및 연구활동 강화에 나서고 있다.

2023년 9월에는 3천억 위안(약 55조 원)에 이르는 반도체 지원 펀드 조성을 추진하고 있다. 그동안 중국 정부펀드의 반도체 보조금은 SMIC와 화훙반도체, YMTC 등 자국 반도체기업의 기술 개발과 생산 투자 지원에 주로 활용됐다. 그런데 새로운 펀드는 주로 반도체 장비 제조 분야를 지원하기 위한 목적을 두고 있다.

이런 투자의 혜택이 자동차회사들에게도 미칠지에 대해서 관심이 집중되고 있다.

중국 자동차회사들의 반도체 내재화 추진 현황

전기차의 기본 성능에 영향을 미치는 배터리와 모터에서 차량의 지능을 지원하는 반도체로 핵심 부품을 자체 생산하는 추세가 확산하고 있다. 그것이 장기적으로는 소프트웨어 정의 자동차를 위한 핵심 부품이 될 것으로 예상한다. 전기차의 효율과 관련된 파워 반도체 분야에서는 반도체 자회사를 둔 중국 BYD 등 주요 완성차 업체들이 자체 개발에 박차를 가하고 있다.

중국 업체들도 ADAS와 자율주행을 위한 자동차 SoC(System-on-Chip) 및 전기차에 사용하기 위해 주요 반도체 제조업체로부터 조달하고 있다. 이들은 엔비디아와 모빌아이, 그리고 퀄컴 등에 주로 의존하고 있다. 파워 반도체에서는 독일 인피니온과 스위스 ST마이크로일렉트로닉스, 미국 온세미 제품도 세력을 확장해 가고 있다.

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엔비디아는 지난 1월 중국 자동차 제조사 4곳이 엔비디아의 자동차 SoC를 채택했다고 발표했다. 물론 미국 정부가 엔비디아 일부 제품 등 인공지능(AI)에 사용되는 첨단 반도체의 중국 수출을 제한하고 있다는 한계는 존재한다.

중국 기업이 자체 생산하는 반도체는 자동차 제조사에 따라 다르다. 스타트업들은 ADAS 및 자율 주행을 위한 AI 처리에 사용되는 칩에 대한 자체 생산을 추진하고 있다.

주로 14나노에서 28나노의 칩을 사용하는 일반 자동차와 달리 ADAS와 자율주행을 위한 AI 칩은 7나노와 5나노 제품이 요구된다. 앞서 언급했듯이 테슬라가 모델 3에 채용한 ADAS용 통합 ECU는 14나노 공정이다.

중국 자동차업체 중 AI 칩의 실용화를 시도한 첫 번째 회사는 리프모터다. 2021년 출시된 C11 는 저지앙다화테크놀로지와 공동 개발한 AI 칩을 사용했다. 그러나 28나노 공정으로 생산되며 컴퓨팅 성능은 4.2T OPS로 낮다. 이 때문에 올해 안에 출시될 SUV C10에는 퀄컴과 엔비디아의 것을 사용할 것이라고 한다.

그에 비해 니오는 2023년 12월 자체 개발한 SoC를 2025년 출시 예정인 플래그십 세단 ET9에 5나노 생성 공정을 적용해 자율주행에 적용한다고 밝혔다. ET9의 2세대 고성능 컴퓨터(HPC)에 자체 칩을 통합할 예정이라고 한다. 2022년 ET7 세단 EV의 1세대 HPC에는 엔비디아의 드라이브 오린 SoC 4개를 사용했다. 컴퓨팅 성능은 4개의 칩으로 1016 TOPS에 달한다.

니오가 자체 개발한 SoC는 단일 칩으로 동일한 컴퓨팅 성능을 달성할 수 있다고 밝혔다. 니오는 2023년 9월, 라이다에 사용되는 자체 개발 SoC를 발표하고 같은 해 10월부터 양산을 시작했다. 화웨이도 ADAS와 자율주행을 위한 SoC를 자체 생산할 예정이다. 파워 반도체를 개발하고 있다.

지리자동차도 SoC의 자체 생산을 추진하고 있다. 자체 개발한 콕핏용 SoC를 실용화한 지리는 2023년 9월 자회사 링크앤코의 신형 SUV 08에 7나노 생성 공정을 활용한 SoC 2종을 탑재했다. 자회사 후베이코어테크놀러지 개발한 것이다.

후베이코어는 지리의 자회사다. 암차이나(Arm China)와 영국 암이 합작 투자로 설립된 자동차 반도체 생산업체다. 콕핏 외에도 ADAS 및 자율 주행을 위한 SoC도 취급한다. 지리자동차는 또한 2025년까지 특정 조건에서 시스템이 완전히 작동하는 레벨 4에서 5 자율 주행을 위한 5nm 생성 공정을 갖춘 차량 내 SoC를 개발할 계획이다.

파워 반도체 분야에서는 BYD와 중국 주요 현지 자동차 업체들이 강력한 입지를 확보하고 있다.

BYD의 반도체 자회사 BYD 세미컨덕터는 현재 전기차의 인버터에 자주 사용되는 실리콘(Si) IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)가 주요 제품이다. Si IGBT에 비해 전력 손실을 크게 줄일 수 있는 탄화규소(SiC) 전력 반도체도 개발했다. 또한 마이크로 컨트롤러와 전력 반도체를 구동하는 게이트 드라이버 IC와 다양한 센서도 자동차 애플리케이션용으로 개발하고 있다.

장청자동차와 광저우자동차, 둥펑자동차 등 중국의 메이저업체들도 반도체 생산업체를 산하에 두고 있으며 자체 그룹 내에서 파워 반도체 개발에 집중하고 있다.

그 외 세계 주요 완성차 업체 중 스텔란티스는 대만 혼하이정밀공업(폭스콘)의 합작법인 네덜란드 실리콘오토(주)에서 마이크로컨트롤러 등 자체 반도체를 개발하고 있다. 2023년 12월에는 일본의 12개 주요 자동차 업체, 부품 업체, 반도체 관련 기업이 고성능 SoC를 연구•개발하기 위해 자동차 첨단SoC기술연구회(ASRA)를 출범시켰다.

자동차의 전동화와 지능화로 반도체의 수는 급속도로 증가하고 있다. 자율주행과 소프트웨어정의 자동차 경쟁력 확보, 반도체 부족 사태 등을 겪으면서 자동차산업의 근본이 바뀌고 있다.