차례 착용형 스마트 기기 I. 기술개요 1 1. 개요 1 2. 응용분야 9 II. 기술동향 14 1. 기술요소 14 2. 기술력 분석 18 3. 국내 외 정책동향 20 III. 업계동향 24 1. 해외 기업동향 24 2. 국내 기업동향 29 3. 시장동향 32 IV. 전망 및 시사점 34 1. 전망 34 2. 시사점 35
I. 기술개요 1. 개 요 (개념) 착용형 스마트 기기 1) 란 시계, 안경, 의류 등에 IT기술을 융합한 첨단 제품으로, 휴대에서 착용으로 라는 트렌드의 전환을 반영하여 사람의 신체에 착용하기 편리하도록 설계되어, 사용자와 편리하게 소통 할 수 있는 다양한 형태의 스마트 전자기기를 의미 - MIT Media Lab 2) 은 신체에 착용한 상태로 컴퓨터 행위가 가능한 모든 것을 지칭하며 컴퓨팅 기능의 수행이 가능한 일부 애플리케이션도 포함 이라고 정의 - 위키백과(Wikipedia)에서는 안경, 시계, 의복 등과 같이 착용할 수 있는 형태로 된 컴퓨터를 뜻하며, 궁극적으로는 사용자가 거부감 없이 신체의 일부처럼 항상 착용하고 사용하여 인간의 능력을 보완하거나 배가시키는 것이 목표 라고 정의 [그림 1] 착용형 스마트 기기의 이해 출처 : 중앙대학교(박성규) (2015, 웨어러블 스마트 디바이스 표준화 현황), 전자신문 1) Wearable Device, Wearables, Wearable Technology, Wearable Computer 등 다양한 용어들을 혼용하여 사용하고 있으나, 최근 웨어러블 기기(Wearable Device)로 통합하여 사용 중이며, 15.3.25자 미래창조과학부와 산업통상자원부가 발표한 경제혁신 3개년 계획의 핵심과제이자 창조경제 대표 신산업 창출의 핵심전략인 미래성장동력-산업 엔진 종합실천계획(안) 에서는 착용형 스마트 기기라는 용어를 사용한 바, 본 보고서 에서는 이 용어로 통일하여 사용코자 함 2) 부착형 타입의 웨어러블 컴퓨팅에 대한 연구를 최초로 시작 - 1 -
(분류) 착용형 스마트 기기는 크게 디바이스 형태 및 진화 유형으로 볼 때, 포터블(Portable), 어태처블(Attachable), 그리고 이터블(Eatable/Implementable) 등 세 가지로 분류할 수 있음 - (Portable) 스마트폰처럼 간편하게 휴대할 수 있는 형태의 제품으로 현재 출시되고 있는 안경, 시계, 팔찌 형태의 디바이스가 해당 - (Attachable) 피부에 부착 가능한 패치 형태로 5년 이내에 체온 압전 운동에너지 등의 에너지원을 이용해 센싱과 네트워크 기능까지 확보할 것으로 전망 - (Eatable/Implementable) 착용형 스마트 기기의 궁극적인 단계로 인간의 신체에 직접 이식하거나 복용할 수 있는 형태의 디바이스로 현재는 전자문신, 캡슐형태로 개발 [그림 2] 착용형 스마트 기기의 역사 및 진화 단계 출처 : DMC Media (2014, 웨어러블 디바이스 시장의 현황과 전망), KT경제경영연구소 (2014, 웨어러블 디바이스의 산업백서) (배경) 초연결 사회(Hyper-connected Society) 3) 의 태동으로 인해 핵심 트렌드로 부상한 착용형 스마트 기기는 Post 스마트폰 시대의 도래와 현 정부의 창조경제(Creative Economy) 4) 을 통한 경제혁신 3개년 계획의 핵심전략으로 발표된 19대 미래성장동력 5) 중 한 분야임. 3) 인터넷, 통신기술 등의 발달에 따라 네트워크로 사람, 데이터, 사물 등 모든 것이 연결되는 사회 4) 상상력과 창의성을 핵심가치로 두고, 과학기술과 ICT(Information and Communications Technology)를 다양한 산업에 접목시킴으로써 새로운 부가가치와 일자리, 그리고 성장동력을 창출하는 새로운 경제 성장방식 5) 14.12.22자 제3차 미래성장동력 특별위원회에서 미래창조과학부와 산업통상자원부의 협업 - 2 -
[표 1] 미래성장동력(산업엔진 포함) 19대 분야 미래신산업 주력산업 공공복지 에너지산업 기반산업 1 지능형로봇(공) 6 스마트자동차(공) 맞춤형 웰니스케어(공) 융복합소재(공) 2 착용형 스마트기기(공) 7 심해저 해양플랜트(공) 신재생 하이브리드(성) 지능형 반도체(성) 3 실감형콘텐츠(성) 8 5G 이동통신(성) 재난안전시스템(성) 사물인터넷(성) 4스마트바이오생산시스템(엔) 9 수직이착륙무인기(엔) 직류송배전시스템(엔) 빅데이터(성) 5 가상훈련시스템(엔) - 초소형 발전시스템(엔) 첨단소재가공시스템(엔) * (성) : 미래성장동력 단독분야 / (공) : 공동추진분야 / (엔) : 산업엔진 단독분야 출처 : 미래창조과학부 (2015, 미래성장동력-산업엔진 종합실천계획 보도자료) - (사회적 변화) 모건스탠리가 향후 10년 뒤에는 현실 생활에서 약 1,000억개 이상의 사물들이 서로 네트워크에 연결되는 초연결사회 시대로의 진입을 전망하는 등 인간 사물 기기 등 연결 대상과 범위가 기하급수적으로 확장되는 초연결사회의 도래에 대비하여 사용자와 네트워크를 항상 연결시키는 착용형 스마트 기기의 중요성 부각 및 수요 증대에 대한 준비 필요성 대두 - (산업적 변화) 현재 성숙기에 진입한 스마트폰 시장의 치열한 경쟁속에서 주요 선진국들과 글로벌 MNC 6) 들은 Post 스마트폰 시대를 위한 착용형 스마트 기기(예, Google의 구글글래스, Apple의 애플워치 등)에 대한 특허 확보 등 신기술 개발과 시정 선점에 대한 경쟁을 가속화하고 있어 우리나라의 참여기회 상실 우려 등이 예상 - (정책적 변화) 창의적인 상상력과 영역간의 파괴를 가져오는 이종 산업 간의 융합을 통해 글로벌 경쟁력을 갖춘 스타트업들의 창업으로 새로운 먹거리를 창출하는 창조경제의 실현으로 국민 모두의 행복을 위한 삶의 질 향상 추구를 향한 신 정부의 경제혁신 정책 수행 - (기타 요인) 음성인식 등과 같은 입력 방식, 플렉서블 스크린과 같은 디스플레이 기술의 발달로 인해 휴대성과 사용편의성이 높아지고, 네 트워크 통신의 발달로 인해 컴퓨팅 기능을 가진 모든 사물들이 연결 증진 및 정책연계를 강화하고자 미래성장동력 실행계획 에 의거 선정된 미래성장동력 13대 분야와 산업엔진 프로젝트 발전계획 에 의한 산업엔진 프로젝트 13대 분야를 통합하여 새롭게 19대 미래성장동력 으로 확대 개편하기로 결정 6) Multinational Corporation: 다국적 기업 - 3 -
되는 통신 환경(Internet of Things)으로 진입하였으며, 착용형 스마트 기 기는 사용자에게 가장 밀착된 형태의 기기로 기존 디바이스들이 제 공하지 못한 새로운 서비스 제공이 가능 [표 2] 착용형 스마트 기기의 진화 과정 및 컴퓨팅 디바이스 방식의 변화 1960 ~ 70 1980 ~ 90 1990 ~ 2000 2000 ~ 전자기기를 단순히 부착하는 형태 착용하여 간단한 입 출력 기능이 가능 군사/산업분야에서 실제로 적용 일상생활에 보급되기 시작 구분 PC 스마트폰 착용형 스마트 기기 주요 입력수단 키보드 터치 음성/영상/센서 앱 실행방법 On Type Unlock 앱 구동 터치, 음성명령 실시간 수집정보 위치 정보 행동정보, 생체정보 출처 : KT경제경영연구소(2014, 웨어러블디바이스의산업백서), 정보통신정책연구원(2013, 웨어러블디바이스동향과시사점) (특성) 스마트폰과 착용형 스마트 기기는 모두 항상 갖고 다니는 정보 통신기기라는 점에서 공통점을 가지고 있지만, 각종 기능의 융합과 분산, 컨버전스(Convergence)와 다이버전스(Divergence)라는 전혀 다른 제품 개발 철학을 가지고 있음 - 스마트폰은 기본적으로 하나의 단말에서 모든 기능을 수행하는 것을 지향하는 대표적인 컨버전스 기기로, 스마트폰의 대중화로 소형 디지털 카메라, MP3, 사전 및 전자계산기 등의 시장은 거의 사라지고 있음 - 착용형 스마트 기기는 하나의 컴퓨터가 수행하던 기능을 다수의 모듈로 분해하는 기능의 분산을 원칙으로 함. 현재 출시된 제품을 보면 통신, 정보처리, 저장 기능 등은 박스 형태로 허리나 머리에, 이미지 정보 수집은 안경 형태로 얼굴로, 생체 정보는 손목, 음성 정보는 귀로 가는 등 다수의 기기들이 다양한 기능으로 나뉘는 형태로 되어 있음 - 4 -
[그림 3] 스마트폰과 착용형 스마트 기기의 비교 [스마트폰] [착용형 스마트기기] 출처 : DMC Media (2014, 웨어러블 디바이스 시장의 현황과 전망) (기본기능) 착용형 스마트 기기는 언제 어디서나(항시성), 쉽게 사용이 가능하고(편리성), 착용하고 다니기 편리하며(착용감), 안전하고(안전성) 보기 좋은(사회성) 형태의 5대 기본 기능을 가지고 있어야 함 [표 3] 착용형 스마트 기기의 5대 기본기능 기 능 항시성 편리성 착용감 안정성 사회성 요구 내용 사용자 요구에 즉각적인 반응을 제공하기 위하여 컴퓨터와 사용자 간 끊임없는 통신을 지원할 수 있는 채널 존재 인간의 신체적, 지적 능력의 연장선상에 있어야 하므로 사용자와의 자연스러운 일체감과 통합감 제공 일상생활에서 사용하는 의복, 액세서리와 같이 착용을 의식하지 않을 정도의 무게감과 자연스러운 착용감 제공 장시간 착용에 따른 불쾌감과 신체적 피로감을 최소화하고 전원 및 전자파 등에 대한 안정성 보장 착용에 따른 문화적 이질감을 배제하고 사회 문화적 통념에 부합되는 형태와 개인의 프라이버시 보호 출처 : 한국산업기술진흥협회 (유형) 착용형 스마트 기기는 크게 4가지의 유형으로 나눌 수 있으며 형태와 목적에 따라 고유의 기능을 가짐 - 5 -
[표 4] 착용형 스마트 기기의 유형 구분 액세서리형 직물/의류 일체형 신체부착형 생체이식형 예시 내용 시계, 안경, 목걸이 등 액세서리 형태 직물 또는 의류에 일체화된 형태 신체에 부착할 수 있는 형태 생체에 이식할 수 있는 형태 대표 제품 스마트 안경, 스마트 워치 직물센서, 스마트웨어, 의류일체형 컴퓨터 스킨패치형 센서 및 장치 이식형 센서 및 장치 출처 : 한국산업기술평가관리원 (2014, 미래 소비자 중심의 헬스케어 방향을 제시하는 웨어러블 기기), 위키피디아, 당행 재구성 [표 5] 착용형 스마트 기기의 유형별 세부 적용형태 및 관련제품 액세서리형 밴드 안경 반지 시계 활동량 측정, 만보계, 심박수, 스톱워치, 타이머 등 건강관리 기능 SNS, 전화, 이메일 알림 및 미디어 컨트롤러 나이키 퓨얼밴드(Nike+ FuelBand), 삼성 기어 핏, 레이저(Razer) 나부(Nabu), 탈믹랩(Thalmic Lab) 암밴드 미오(MYO) 일상 영상 기록, 증강현실 등 음성인식, 네비게이션, 음성통화, 메시지 전송, 통역, 일상정보 등 앱과 연동하여 활용(감정분석 등) 구글 글래스(Google Glass), 엡손 BT-200, 리퀴드 이미지(Liquid Image) OPS고글(Goggle) 근거리 무선 통신(NFC), 10cm 정도의 근거리 데이터 통신 식당, 대중교통 등 간편 결제 음식, 영화, 할인, 대중교통 등의 생활 정보 습득 GalaRing, GEAK Ring 문자 송수신, 촬영, 음악재생, 리모컨 등 스마트폰 대체 심박 측정, 만보계 등 다양한 피트니스 기능 삼성 갤럭시 기어, 애플워치, 페블 스틸(Pebble Steel) 직물/의류 일체형 신발 셔츠 속옷 가속도계, 자이로스코프, 압력센서 등에 기반한 활동 흥미 유도 GPS 내장을 통한 목적지 내비게이션 구글 The Talking Shoe, Dominic Wilcox No Place Like Home 사진촬영, SNS, 음악, 그림 등의 자유로운 표현을 통한 정보 공유 및 다양한 엔터테인먼트 큐트서킷(en:CuteCircuit) T-Shirt OS 실시간으로 스트레스 지수를 감지하여 스트레스로 인한 폭식을 미리 예방할 수 있는 스마트 브라 심장과 피부활성을 감지할 수 있는 탈 부착이 가능한 2개의 센서가 부착 마이크로소프트(MS) 스마트 브라 - 6 -
[표 5] 착용형 스마트 기기의 유형별 세부 적용형태 및 관련제품(계속) 신체부착형형 통증완화, 근육치료, 자세교정 등의 의료 장비 패치 심전도, 근전계 등의 상시 검사 및 기록 iposture, IMEC(IMEC) Wireless ECG Patch 심장, 두뇌, 근육 등의 활동 및 신호 측정 전자문신 음성명령 인식, 이어폰 대용, 스마트폰, 게임장비, 태블릿, 기타 웨어러블 기술과 통신 Coleman Lab 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain computer interface), 구글 Throat Tattoo 생체이식형 눈물의 포도당 수치 측정을 통한 당뇨병 지수 모니터링 콘텍트렌즈 구글 스마트 콘텍트 렌즈(Google Contact Lens) 스마트 시스템 적용을 통한 군사지원 인간의 근력과 민첩성 증가를 통한 인간능력 향상 전신착용 걸음걸이 재활 시스템 디자인붐(Designboom) elegs, Vanderbilt Center for Intelligent Mechatronics Indego (Vanderbilt exoskeleton) 규산염 유리로 싸인 채 신체에 이식되는 식별용 직접회로장치 혹은 RFID 트랜스폰더 마이크로칩 개인 식별, 병력, 복용약물, 알레르기, 연락처와 같은 외부 데이터베이스의 정보들과 연동되는 임플란트 고유 ID번호를 가짐 포지티브ID(PositiveID)의 베리메드(VeriMed) 시스템 출처 : 위키피디아, 한국정보산업연합회 (2015, 2015년 IT산업 7대 메가 트렌드), 당행 재구성 (개발현황 및 방향) 현재 착용형 스마트 기기는 신체 부위별로는 손목형 스마트워치와 밴드, 안경형 모자형 제품들이 가장 많은 비중을 차지하고 있으며, 산업별로는 게임, 스포츠, 취미활동 등 Lifestyle 산업이 가장 많으며, 다음으로 건강관리(Fitness)와 의학(Medical) 산업 순으로 제품군을 형성되고 있음 [그림 4] 신체부위별 산업별 착용형 스마트 기기의 개발 현황 출처 : DMC Media (2014, 웨어러블 디바이스 시장의 현황과 전망) - 7 -
- 현재 출시되는 대부분의 제품들은 현재의 기술수준으로 인해 신체에 부착하는 초기단계의 액세서리형이 주류를 이루고 있으나, 향후 추가적인 기술개발 등을 통해 궁극적으로는 생체이식형으로 발전할 것으로 예상됨 [그림 5] 현재 출시된 제품 사례들 [그림 6] Technology/Product Roadmap 출처 : KURZWEIL.net (2013, The world of wearable computers) 출처: 중앙대학교(박성규) (2015, 웨어러블스마트디바이스표준화현황) - 8 -
2. 응용분야 착용형 스마트 기기는 Beecham Research Ltd가 2014년에 발표한 Application Chart에서 볼 수 있듯이 산업분야 전반에 걸쳐 응용될 수 있을 것으로 예상 [그림 7] 착용형 스마트 기기의 다양한 응용분야 출처 : Beecham Research Ltd (2014, Wearable Technologies Application Chart) (중점 산업분야) 착용형 스마트 기기는 현재 시점에서 차세대 디바이스 중 가장 먼저 주목받고 있는 분야로, 피트니스 웰빙(Fitness and Wellness), 헬스케어 의료(Healthcare and Medical), 인포테인먼트(Infortainment) 및 산업 군사(Industry and Military) 등 다양한 분야에서 활용범위를 넓혀가고 있음 - 9 -
[그림 8] 착용형 스마트 기기의 중점 산업분야 출처 : 광학세계 (2014, 웨어러블 디바이스 제품 및 기술개발 현황), 당행 재구성 (피트니스 웰빙) 착용형 스마트 기기를 이용하여 운동 중에 수집된 수치화된 데이터들을 활용하여 자신이 현재까지 뛰었던 거리, 속도, 소모된 칼로리, 심장 박동수 등의 다양한 정보들을 체크하여 제공함으로써 자신의 건강 증진 등 여러 목적에 사용함 - 스포츠 브랜드 나이키(Nike)에서 2012년에 밴드 형태의 손목 착용형 디지털 기기 나이키+ 퓨얼밴드(Nike+ FuelBand) 를 출시하였으며, 동 제품은 손목의 움직임을 인식하여 칼로리 소모량, 운동 시간, 운동 거리, 걸음 횟수 등으로 환산하여 운동량을 측정하고 관련 정보를 제공 [그림 9] Nike의 FuelBand [그림 10] Garmin의 Vivofit 출처 : Google 이미지 출처 : Google 이미지 - 10 -
(헬스케어 의료) wban(wireless Body Area Network)와 유헬스케어 (Ubiquitous Healthcare) 기술이 융합된 형태이며, 착용하고 있는 디바이스가 정확하게 신체 상황을 측정하여 환자 및 의사에게 전달 - wban은 웨어러블(Wearable) 또는 몸에 심는(Implant) 형태의 센서나 기기를 무선으로 연결하는 개인영역 네트워킹 기술로 무선 센서나 기기에서 수집한 정보를 휴대폰이나 간이형 기지국을 통하여 병원이나 기타 필요한 곳에 실시간 전송함으로써 유헬스케어 등의 서비스를 받는데 응용될 수 있음 - 유헬스케어는 인터넷이나 스마트폰 등의 ICT 기술을 활용하여 시간과 장소의 제약을 받지 않고 의사와 환자를 연결해 실시간으로 진단 치료 예방 등의 보건 의료 및 건강관리를 제공해 주는 서비스임 [그림 11] Sotera Wire의 ViSi Mobile [그림 12] Corventis의 PiiX 출처 : Google 이미지 출처 : Google 이미지 (인포테인먼트) 정보(Information)와 오락(Entertainment)의 합성어로, 정보의 전달에 오락성을 가미한 소프트웨어 또는 미디어를 가리키는 용어로, 삼성전자, 구글, 애플 등과 같은 기술 선도업체를 중심으로 개발되고 있는 스마트 안경, 시계형 디바이스 등이 대표적임 - 스마트 안경은 투명 스크린, HMD(Head Mounted Display) 7), HUD (Head Up Display) 8) 등의 디스플레이 장치를 안경 형태의 디바이스에 7) 안경처럼 머리에 쓰고 대형 영상을 즐길 수 있는 영상표시장치로 휴대하면서 영상물을 대형화면으로 즐기거나 수술이나 진단에 사용하는 의료기기에 적용할 수 있는 차세대 영상표시장치 8) 차량의 현재 속도, 연료 잔량, 내비게이션 길 안내 정보 등을 운전자 바로 앞 유리창 부분에 그래픽 이미지로 투영해 주어 운전자가 불필요하게 시선을 다른 곳으로 옮기는 것을 최소화 시켜주는 디스플레이 장치 - 11 -
부착해서 음성명령으로 시스템을 손쉽게 제어할 수 있는 특징이 있으며, 사용자들은 스마트 안경을 통해 직관적인 형태로 증강현실 (Augmented Reality) 9) 등의 기능을 이용할 수 있음 - 시계형 디바이스는 사용자의 움직임을 모니터링하기 위한 센서류(가속도 센서, 광센서, 터치센서 등)을 내장하고 있으며, 문자메시지 및 이메일 확인 등의 기능들도 포함하고 있음 [그림 13] Google의 구글글래스 [그림 14] Apple의 애플워치 출처 : Google 이미지 출처 : Google 이미지 (산업 군사) 산업현장에서는 핸즈프리 접속을 필요로 하는 직원들을 위해 주로 머리에 장착하고 음성으로 디바이스를 작동할 수 있도록 제작된 착용형 스마트 기기를 사용하며, 군대에서는 신체를 보호하고 무기를 탑재하거나 무거운 물품 등의 이동을 위한 로봇 형태의 디바이스가 주를 이루고 있음 [그림 15] 모토로라의 HC1 [그림 16] Raytheon XOS 2 출처 : Google 이미지 출처 : Google 이미지 9) 현실 세계에 컴퓨터 기술로 만든 가상물체 및 정보를 융합, 보완해 주는 기술. 현실 세계에 실시간으로 부가정보를 갖는 가상 세계를 더해 하나의 영상으로 보여주므로 혼합현실 (MR: Mixed Reality)라고도 함. 1990년 보잉사의 항공기 전선 조립과정을 설명하는데 처음 사용된 이후 미국과 일본을 중심으로 이에 대한 기술의 연구개발이 진행되었으며, 최근 2000 년대 중반 이후 스마트폰의 등장 및 활성화에 따라 이 기술을 적용하면서 주목받기 시작 - 12 -
II. 기술동향 1. 기술요소 (메카니즘) 착용형 스마트 기기의 기능적 메커니즘은 기기를 착용한 사용자의 신체변화 정보(움직임, 생체 신호 등)과 사용자 주위를 둘러싼 환경정보 (온도, 습도 등)을 사용자에게 제공 또는 주변의 IoT(Internet of Thing)에 명령을 통해 전달되어 적절한 행동의 서비스가 이루어지며, 이로 인해 많은 주요 기술(센서, 통신 등)들이 밀접하게 연결되어 있음 [그림 17] 착용형 스마트 기기의 메카니즘 출처 : 기술인문융합창작소 (2015, 웨어러블 생태계 시장특성과 대응방안) (기반기술) 착용형 스마트 기기에는 소형 디바이스에 탑재되는 고용량 고효율 소형 배터리 기술, 블루투스 등과 같이 단거리의 한계를 극복하는 광대역 통신 기술, 장시간 착용에 따른 부품의 저발열 저전력 소형화를 이룰 수 있는 부품 저전력화 소형화 기술, 인체의 곡선이나 의류에 쉽게 부착될 수 있는 플렉서블 기술, 생체 신호 및 환경 오염 등을 센싱하는 스마트 센서 기술 등의 기술요소들이 필수적임 - 13 -
[그림 18] 착용형 스마트 기기의 기술요소들 출처 : 정보통신산업진흥원 (2014, 차세대 웨어러블의 현재와 미래 그리고 이슈) - (전원부(배터리 전력)) 착용형 스마트 기기의 한정된 사이즈와 무게는 배터리 용량에 제한을 두게 되는 바, 이를 위한 고용량 고효율화 소형 배터리 기술과 한 번 충전으로 많은 시간을 사용할 수 있도록 디스플레이, 센서, 통신 모듈 등 각 부품의 저전력화 기술들이 필요 - (송수신부(통신)) 착용형 스마트 기기의 정보를 확인하기 위해서는 실시간 무선통신 기술이 필요하며, 기기의 특성상 적은 소비전력 및 공간의 제약이 존재하며, 현재는 블루투스 등을 활용하여 해결하고 있음 - (운영체제) 주요 기술들의 효율적 연동은 물론 동작과 응용 서비스 개발을 손쉽게 제작하고 확산하기 위한 보안이 강화된 저전력 운영체제 및 SDK(Software Development Kit)가 필요하며, 현재 스마트시계의 OS는 타이젠 10) (삼성전자 기어S), 안드로이드 11) (LG전자 G워치R), ios 12) (Apple의 애플워치)의 운영체제 등이 개발되어 있음 10) 삼성과 인텔 등 타이젠 협회의 회원사들 주도로 개발한 모바일 OS로 BADA에 뿌리를 두고 있음 11) Google이 개발한 개방형 OS로 Google이 정해 놓은 가이드라인만 지키면 어떤 디바이스에서도 사용할 수 있어 현재 가장 대중화된 모바일 OS 12) Apple이 자사 제품군 전용으로 개발하여 개발 표준 등에 대한 통제와 관리가 가능하기 때문에 보다 최적화된 성능을 낼 수 있음 - 14 -
- (센서) 센서는 정보 및 에너지를 물리적, 화학적, 생물학적 수단을 사용하여 검출하는 장치로, 착용형 스마트 기기에서는 센서를 통해 다양한 정보를 획득할 수 있게 함으로써 사용자에게 보다 정확하고 신뢰할 수 있는 정보의 제공이 가능하게 됨 [표 6] 현재 사용되고 있는 대표적인 센서들의 종류와 특징 유형 특징 대표사례(회사) 가속도센서 온도센서 음향센서 이미징센서 이동하는 물체의 가속도나 충격을 측정 대기 중 혹은 국소 부위의 온도를 측정 다양한 종류의 음파를 측정하여, 측정된 음파 신호에서 특정 주파수를 샘플링 후에 디지털 데이터로 표현 피사체로부터 반사된 빚을 디지털 이미지화 Force Tracker (Fitbit) Body monitoring sensor (Bodymedia) BodyScope (K. Yatani, Khai N, Truong) Google Glass (Google) 심장박동센서 인체의 심장 박동을 측정 negc MINDER (Nuubo) 출처 : 정보통신기술진흥센터 (2014, 웨어러블 컴퓨팅 환경에서의 센서 역할 및 활용 방향) - (인터페이스(정보표시부)) 초기 사각형의 프레임과 딱딱한 소재의 디스플레이로 제작된 착용형 스마트 기기는 착용감과 심미적인 디자인 요소를 감소시켜 일상생활에서 자유로운 착용을 방해하였으나, 현재는 원형프레임과 커브드 화면으로 진화한 상태임 - (인터페이스(음성인식)) 현재의 착용형 스마트 기기는 동전보다 조금 큰 정도의 화면 크기여서 입력 자판을 표시하기에 부족하고 타이핑을 하기에도 쉽지 않은 바, 키보드 없이도 음성으로 쉽고 빠르게 검색, 전화 걸기, 문자 보내기, 메모 입력 등을 할 수 있는 기술들이 필요 (기술이슈와 발전양상) 현재 착용형 스마트 기기 기술을 둘러싼 이슈 중에서 가장 중요한 것은 소형화, 경량화와 함께 전력 소모를 최소화하는 프로세서, 통신모듈, 센서, 시스템 설계를 어떻게 해결할 것인가에 중점을 두고 있음 - 15 -
[표 7] 웨어러블 디바이스의 기술적 이슈와 발전 양상 기능 기술 해결해야 할 문제 기술 발전 양상 배터리 배터리 웨어러블 디바이스의 한정된 사이즈와 무게는 배터리 용량에 제한 을 두게 함 리튬 전지의 위험성 감소와 함께 강성 증대, 사용 시간 증가 통신 프로 세서 전력 센서 인터 페이스 블루투스 4.0 WiFi GPS 저전력 MCU/CPU DC전력 변환 동작인식, 환경감지, 센체활동 모니터링 센서 음성인식 출처 : MK뉴스 (2014.1.9) 무선 접속은 배터리 소모를 증가시키며, 다른 단말이나 클라우드 서버로의 데이터 전송시 속도 문제 11n과 11ac 표준 규격으로 데이터 전송 속도 향상 웨어러블 디바이스는 GPS를 위시한 위치 기반 기능이 요구됨 보다 소형화된 단말에 저전력 프로세서를 탑재함으로써 배터리 소모 최소화 배터리 파워를 필요한 전력량으로 변환하는데 드는 에너지 손실률의 최소화 (80~95% 수준) 웨어러블 디바이스는 신체활동이나 이동거리, 생체신호 등의 데이터를 수집해 다른 단말이나 클라우드 서버로 전송해야 함 소형화된 웨어러블 디바이스는 물리적인 입력 장치를 탑재하기 부적절할 수 있고, 이 경우 음성인식을 통한 컨트롤 기능 요구됨 웨어러블 디바이스와 스마트폰 사이에서 저전력 기반, 고속 전송 가능케 함 웨어러블 디바이스에서 WiFi 핫스팟, 스마트폰으로 접속 가능 위치 기반 콘텐츠와 서비스 개발 저전력 온보드 프로세서 개발을 통해 배터리 소모를 줄이고, 단말 컨트롤과 관리시 소모되는 전력을 최소화하기 위해 대기 시간 중 빠르고 간소화된 명령 처리 시스템의 도입 비효율적인 전력 변환은 배터리 소모를 증가시키기 때문에, 전력 변환 및 소모 효율이 좋은 시스템 개발 센서 탑재로 웨어러블 디바이스의 건강 모니터링, 피트니스 기능 강화 음성 인식의 정확도 향상과 함께 주변 소음으로부터 영향을 받지 않는 시스템 설계 (연구개발) 착용형 스마트 기기의 기술개발을 위하여 정부출연 연구소와 대학 등을 중심으로 연구개발이 활발히 진행되고 있으며, 한국전자통신 연구원(ETRI), 생산기술연구원(KITECH) 및 KAIST에서 수행하고 있는 연구개발 내용은 아래의 표와 같음 - 16 -
기능 프로젝트명 개 요 ETRI KITECH KAIST 웨어러블 퍼스널 스테이션 개발 u-컴퓨팅 공간 협업을 위한 Wearable Personal Companion 기술 개발 신축성 있고 피부에 탈부착 가능한 Smart Skin patch 시스템 개발 나노 섬유 기술 기반의 웰니스 의류 시스템 개발 구겨지는 배터리 기술 개발 출처 : 한국산업기술평가관리원 (2014, 웨어러블, 패션과 융합하다) [표 8] 국내 주요 기술개발 추진현황 손목시계형 차세대 PC 플랫폼 레고블럭 모듈의 입는 컴퓨터 액세서리형 플랫폼 및 손목시계형 제스처 인식기 직물형 회로 보드 프로토타입 개발 직물형 패키지 제작 기술 개발 u-컴퓨팅 서비스 연동 의류형 단말 시제품 개발 유연성과 신축성이 있고, 피부에 탈부착 가능한 새로운 개념의 스킨 패치형 웨어러블 플랫폼 전도성 나노 섬유 웹기반 전극과 센서를 이용한 생체 신호 측정모듈 개발 접어도 안전하게 작동하여 태양열로도 충전 가능한 신개념 웨어러블 배터리 - 17 -
2. 기술력 분석 (기술수준) 정보통신기술진흥센터가 조사 발표한 주요국가들의 기술수준 자료에 의하면 미국>일본>유럽>한국>중국 순이며, 일본, 유럽과는 근접한 기술수준을 보이고 있으나, 미국과는 일정 수준의 기술격차가 벌어져 있음 [표 9] 선진국 대비 기술격차 수준 및 기간 중분류 소분류 상대수준(%) 격차기간(년수) 디바 이스 스마트 디바이스 85.5 100.0 88.7 89.5 77.4 1.1 0.0 0.9 0.9 2.0 착용형 디바이스 84.0 100.0 87.5 86.2 74.7 1.5 0.0 1.1 1.3 2.4 차세대초고속방송/ 통신 디바이스 89.2 100.0 89.1 88.8 76.7 0.7 0.0 0.9 1.0 1.9 ICT융합 디바이스 85.0 100.0 88.3 88.3 74.7 1.2 0.0 1.0 1.0 2.1 출처 : 정보통신기술진흥센터 (2014, 기술수준평가), 당행 재구성 (불균형) 우리나라는 웨어러블 관련 특허 13) 를 다수 보유하고 있으나, 전자 IT 분야 전략기술의 기술수준은 1위인 미국 대비 82.2% 수준으로 핵심 원천기술 경쟁력 제고와 역량있는 글로벌 중소기업 육성이 필요 [표 10] 전자 정보 통신 분야 주요 국가별 기술수준 출처 : 한국과학기술기획평가원 (2013, 2012년 기술수준평가보고서) 13) 웨어러블 관련 특허 : 美 (1,052건), 韓 (645건), 中 (518건), EU(242건), 日 (231건) - 18 -
- (강점) 한국은 세계 1위인 휴대폰 수출국으로 전략적인 R&D 투자가 가능한 기술력과 세계 최고의 네트워크 인프라 및 반도체 디스플레이 등 연관 산업 경쟁력을 갖추고 있으며, 상기 시장의 선도업체인 삼성, LG 등을 보유하고 있음 - (약점) 한국은 OS, SW, 콘텐츠 분야에서 특히 기술경쟁력이 미국, 일본 등에 비해 낮으며, 대기업 중심의 수직계열화 산업구조로 인한 열위한 중소기업 자생력으로 인해 전자 IT 분야의 분야별 보유기술 수준은 74.5%로 한국내 전체 평균을 하회하고 있음 [표 11] 전자 정보 통신 분야 주체별 보유 기술수준 출처 : 한국과학기술기획평가원 (2013, 2012년 기술수준평가보고서) - 19 -
3. 국내 외 정책동향 주요 선진국들과 경쟁국들은 착용형 스마트 기기 시장의 선점을 위하여 관련 핵심기술 확보 및 사업화 제품화에 국가 주도의 지속적인 정책을 지원하고 있음 [그림 19] 국내 외 주요 정책동향 출처 : 전자부품연구원(김건년) (2015, 웨어러블 스마트 기기의 연구개발 동향), 당행 재구성 가. 해외 동향 (미국) 국가주도의 학계와 군( 軍 ) 컨소시엄 형태로, 정보, 바이오, 나노기술 등을 융합하는 혁신적인 기술개발에 집중하고 있음 국방고등연구기획청(DARPA)의 군사용 착용형 스마트 로봇 개발에 5년간 5,000만 달러 투자, 연구 결과물을 실전 배치할 예정이며 의료 복지 산업 현장에도 활용 계획 (유럽) 정부의 지원 아래 착용형 스마트 기기를 활용한 건강관리 연구 개발 프로젝트 등 산 학 연 공동 연구를 활발히 추진 스마트폰을 통해 신부전증 환자들 상태를 모니터링 하는 NephronPlus" 프로젝트, 스트레스 관리 애플리케이션인 INTERSTRESS" 프로젝트 등을 추진 - 20 -
(일본) IT 융합기술을 통해 신산업 창출 및 상용화에 중점을 두고 있으며, 특히 특수목적용 착용형 스마트 기기 개발에 투자하고 있음 원전사고 후 방사능 Free 잠수복 기술 개발에 투자 등 (중국) 국가 주도로 착용형 스마트 기기 관련 제품 및 부품 연구개발 지원방향을 제시하며, 거대 내수시장을 기반으로 하고 있음 저전력 착용형 시스템, 착용형 기기와 스마트 단달기 간 연결 기술 등을 중점적으로 개발하는 동시에 제품의 산업화 추진(국가발전개발위) 나. 국내 동향 사물인터넷 기본계획 ( 14.5.8. 정보통신전략위)과 동 계획의 디바이스 분야 실행계획인 차세대 스마트 디바이스 코리아 2020 을 통한 정책을 발표 - 착용형 스마트 디바이스 분야를 13대 미래성장동력(9대 전략산업 + 4대 기반산업) 중 하나로 지정하여 발표( 14.2.10) 최근 미래창조과학부와 산업자원통상부 양 부처의 협업을 증진하고 정책연계를 강화하고자 기존에 각각 추진해 오던 미래성장동력 13대 분야와 산업엔진 프로젝트 13대 분야를 통합하여 19대 미래성장동력 으로 확대 개편( 14.12.22. 제3차 미래성장동력특별위) 및 미래성장동력 종합실천 계획(안) 을 발표( 14.3.18. 미래창조과학부) - 금반 발표에서 기존의 착용형 스마트 디바이스라는 용어를 착용형 스마트 기기로 변경함 - 21 -
[참고] 미래성장동력 종합실천계획(안) 요약(착용형 스마트 기기 분야) [그림 20] 현황분석, 추진전략 및 목표 출처 : 미래창조과학부 산업통상자원부 (2015, 미래성장동력-산업엔진 종합실천계획(안)), 당행 재구성 [그림 21] 단계별 추진전략 출처 : 미래창조과학부 산업통상자원부 (2015, 미래성장동력-산업엔진 종합실천계획(안)), 당행 재구성 - 22 -
[그림 22] 목표 핵심 산업분야 및 제품 출처 : 미래창조과학부 산업통상자원부 (2015, 미래성장동력-산업엔진 종합실천계획(안)), 당행 재구성 [그림 23] 목표 핵심기술 7대 분야 출처 : 미래창조과학부 산업통상자원부 (2015, 미래성장동력-산업엔진 종합실천계획(안)), 당행 재구성 핵심 부품기술 응용 디바이스 서비스 분 야 입력 출력 처리 전원 생활문화 특수업무 사용자 기기연결 [표 12] 목표 핵심기술 7대 분야 세부내용 정 의 사용자의 의도나 명령, 생체신호 등 정보 입력, 감지, 진단, 분석이 가능한 기술 인간의 오감 중 시각 및 촉각 중심의 정보 전달 및 표시 기술 착용시 불쾌감 피로감 유해성 없이 자유롭게 안전한 정보처리 기술 기존금속소재전지가아닌가볍고유연성이뛰어난소재기반의플렉시블배터리기술 레저 등 인간의 편리한 생활을 위한 ICT융합형 상용화 분야 기술 안전, 의료, 재난 방지 등 인간의 행복한 삶을 위한 ICT융합형 상용화 분야 기술 개방형 스마트 교육 및 학습활동 지원을 위한 ICT융합형 상용화 분야 기술 출처 : 미래창조과학부 산업통상자원부 (2015, 미래성장동력-산업엔진 종합실천계획(안)), 당행 재구성 - 23 -
III. 업계동향 1. 해외 기업동향 착용형 스마트 기기와 관련된 기업들은 전 세계적으로 약 2,000여개 이상으로 추산되고 있으며, 구글, 삼성전자, 애플 등 대부분의 IT관련 업체들이 시장을 선도하고 있음 [그림 24] 착용형 스마트 기기 관련 기업 현황 출처 : 중앙대하교(박성규) (2015, 웨어러블 스마트 디바이스 표준화 현황) 가. IT 업체 2014년 2월 바르셀로나에서 개최된 MWC(Mobile World Congerss) 2014에서 소니, 삼성전자, 화웨이 등 IT업체들은 Post 스마트폰 제품으로 착용형 스마트 기기들을 선보였으며, 구글글래스 같은 안경 형태의 스마트글래스 대신 스마트워치가 주류를 이루었음 (구글(Google)) 2013년 8월 사진 촬영, 길 찾기, 동영상 보기, 메시지 보내기, 인터넷 접속 등이 가능한 안경형 스마트 기기인 구글글래스 라는 제품을 선보이며 착용형 스마트 기기 시장을 선도하고 있음 - 24 -
- 구글글래스는 새로운 단말 플랫폼으로서의 독자적인 생태계 조성을 위하여 Gmail, Google+, Google Now 등 구글 전용 서비스 앱을 비롯하여 사진 촬영 및 공유, SNS, 단말 보안, 증강현실, 게임, 헬스 케어 등 구글글래스 전용 앱을 개발함 (인텔(Intel)) 스마트워치, 스마트안경 등 착용형 스마트 기기 시장 공략을 위하여 2013년 9월 개발자대회인 인텔개발자포럼(IDF)에서 착용형 스마트 기기에 적합한 인텔 역사상 가장 작은 프로세서인 쿼크(Quark) 를 발표함 - 2014년 1월 CES 2014에서 개인비서 헤드셋 자비스(Jarvis) 14) 라는 음성 명령 기기를 공개하였으며, 아기의 심장박동 체온 맥박 혈압 등 생체 신호를 부모에게 실시간으로 전달해 주는 유아복 너서리(Nursery) 등도 선보임 (화웨이(Huawei)) 2013년 LG전자를 제치고 글로벌 스마트폰 3위 업체로 부상한 화웨이는 2014년 스마트워치와 스마트밴드의 중간 형태인 착용형 스마트 기기로 소모열량과 수면시간 등을 기록하는 토크밴드(Talk Band) 를 공개함 - 동 제품은 USB로도 충전할 수 있고, 1.4인치 OLED 액정 적용, 팔찌에서 기기를 분리하면 귀에 착용할 수 있는 헤드셋이 되며, 블루투스로 스마트폰과의 연결도 가능함 [표 13] 각 회사별 주요 제품 Google Glass Quark Jarvis Talk Band 출처 : Google 이미지 14) 영화 아이언맨(Iron Man)에서 토니 스타크를 돕는 인공지능 시스템의 이름에서 착안함 - 25 -
(퀄컴(Qualcomm)) 2013년 판매를 시작한 퀄컴 토크(Qualcomm Toq) 는 스마트폰을 꺼내지 않고도 전화를 걸거나 메시지나 일정을 확인하는 착용형 스마트 기기임 (소니(Sony)) 2012년에 스마트워치(Smart Watch) 를 선보였으나 스마트폰 액세서리 수준의 기능에 머물렀기 때문에 별다른 반응을 얻지 못하고, 2013년에 안드로이드 4.0 이상의 버전이 설치된 자사 및 타사의 스마트폰과의 높은 호환성을 가지며 방수기능을 구비한 스마트워치 2 를 출시한 후, 2014년말에 스마트워치 3 을 출시함 - 2014년 2월에는 위치정보, 수면 패턴, 심박수 등이 기록되고 스마트폰을 통해 사용자의 건강상태를 분석할 수 있는 스마트밴드 SWR10 을 출시하여 시장을 공략하고 있음 (애플(Apple)) 2014년 9월 아이폰6 공개행사에서 18K 금으로 만들어진 에디션, 활동적인 Lifestyle을 위한 스포츠, 일반 모델 등 3종의 애플워치(Apple Watch)를 공개하였으며, 미국 중국 호주 홍콩 캐나다 프랑스 독일 일본 영국 등 9개국 애플스토어에서 예약주문을 받으며 금년 4월 출시함 - 특히 애플워치는 애플페이(ApplePay)와 연동하여 오프라인에서 결제가 필요한 시점에 NFC를 이용한 결제가 가능함 - 또한, 애플워치의 활용도를 좌우할 전용 앱 개발을 위해 개발자 대상의 소프트웨어 개발도구(SDK)인 워치키트(WatchKit) 를 배포하며 생태계 조성을 본격화하고 있음 [표 14] 각 회사별 주요 제품 Qualcomm Talk SmartWatch 1,2,3 SmartBand SWR10 Apple Watch 출처 : Google 이미지 - 26 -
나. 비 IT 업체 나이키와 아디다스 등 스포츠용품 업체들도 착용형 스마트 기기를 개발하여 출시하고 있으며, 이들 업체들의 대응전략은 구글이나 삼성과 같은 IT 업체처럼 대중적인 스마트 기능을 추구하기 보다는 운동 등에 특화한 것이 특징 (나이키(Nike)) 나이키는 애플과 손잡고 2012년 모바일 단말과 연동되어 사용자의 운동내역을 체계적으로 기록하고 관리할 수 있는 헬스케어 착용형 스마트 기기 나이키플러스 퓨얼밴드(NIKE+ FuelBand) 를 공개 하고, 이어 2013년 10월에는 두 번째 손목시계형 헬스케어 제품인 퓨얼 밴드 SE(FuelBand SE) 를 공개함 - 내부에 3축 가속도 센서를 장착하여 착용자의 움직임을 감지하고, 하루 칼로리 소모 등 운동량을 측정하며 자체 피트니스 측정 방법인 나이키 퓨얼 을 통해 사용자의 건강을 관리함. 퓨얼밴드 SE에는 방수 기능이 추가되었으며, 안드로이드는 지원하지 않고 아이폰만 연동 가능함 (아디다스(Adidas)) 2013년 10월에 GPS, 가속도 센서 등이 내장되어 달리는 사람의 위치와 속도, 심장박동 등을 측정하고 음악재생 기능이 있는 달리기에 특화된 손목시계형 스마트 기기 마이코치 스마트 런 (Micoach Smart Run) 을 공개함 - 화면 크기는 1.45인치, 두께는 15.6MM로 배터리 모드, 캐쥬얼 모드, 마라톤 모드, 트레이닝 모드 등 상황에 따라 환경을 설정할 수 있음 (핏빗(Fitbit)) 2013년 1월 출시한 핏빗 플렉스(Fitbit Flex) 는 나이키의 퓨얼밴드와 유사한 기능은 물론 수면상태 정보나 음식 섭취 정보까지 추적할 수 있는 착용형 스마트 기기로, 기기내 다양한 건강관리 정보를 인터넷이나 스마트폰으로 확인할 수 있어 이용자가 운동을 하도록 계속 자극을 주는 것이 특징임. - 27 -
(조본(Jawbone)) 2011년 테드(TED) 15) 에서 사용자의 움직임을 측정하여 운동량이 부족하면 진동으로 운동을 지시하는 조본 업(JawBone Up) 이란 팔찌형태의 착용형 스마트 기기를 공개함 - 손목에 팔찌처럼 착용하면 사용자가 살아가면서 얼마나 움직이는지를 측정하여 운동량이 부족하면 진동으로 알려주며, 스마트폰 앱에서는 운동량 뿐만 아니라 수면 시간, 음식 섭취량 등도 같이 분석됨 [표 15] 각 회사별 주요 제품 Nike+ FuelBand Micoach Smart Run SmartBand SWR10 Apple Watch 출처 : Google 이미지 15) Technology, Entertainment, Design : 미국의 비영리 재단에서 운영하는 기술, 오락, 디자인 등과 관련된 강연회 - 28 -
2. 국내 기업동향 가. 대기업군 (삼성전자) 2013년 9월에 갤럭시 노트3와 연동하여 전화통화, 메시지 및 이메일 등을 확인할 수 있고, 사진과 동영상 촬영은 물론 음성메모 기능을 활용해 대화를 저장할 수 있는 플렉시블 디스플레이를 적용한 스마트워치 갤럭시 기어(Galaxy Gear) 를 공개함 - 또한, 2014년 2월부터 갤럭시 기어 2, 기어 2 네오, 기어 핏, 기어 S 등 다양한 착용형 스마트 기기 제품을 공개하면서 가격이 다소 저렴한 보급형부터 프리미엄 제품까지 다양한 종류의 제품을 출시하는 전략을 추진 - 기어2는 기어 후속 제품으로 가장 큰 문제로 지적된 사용시간을 하루 에서 2~3일로 늘리고, 800MHz 싱글코어 프로세스가 1GHz 듀얼코어 프로세스로 업그레이드 되었으며, 기어2 네오는 기어2에서 카메라를 제외하여 무게가 55g으로 가벼워진 보급형 제품임 - 기어 핏은 심박센서를 장착하여 심박수를 측정하고 운동량을 확인할 수 있으며, 시계 화면상에 메일, 문자, 일정, 알람, 전화 수신 여부 등 주요 정보를 바로 알려주며, 세계 최초로 1.84인치 커브드 슈퍼아몰레드 디스플레이를 탑재 하였으며 무게 27g에 완충하면 최대 5일(평균 3~4일) 정도 이용이 가능함 - 최근 출시된 기어S는 스마트폰과 연동해서 쓸 수 있을 뿐만 아니라 스마트폰이 주변에 없을 때도 3G 이동통신, 와이파이(Wi-Fi) 등의 통신 기능을 사용할 수 있으며, 블루투스로 연동해 더욱 편리하게 통화하고 음악을 감상할 수 있는 목걸이형 스마트 기기 기어 서클(Gear Circle)"도 공개함 [표 16] 갤럭시 기어 시리즈 Gear Gear2 Gear2 Neo Gear S Gear Circle Gear Fit 출처 : SAMSUNG TOMORROW, Google 이미지 - 29 -
(LG전자) 2014년 1월 CES(The International Consumer Electronics Show) 2014에서 걸음 수와 움직인 거리, 칼로리 소모량 등 신체 활동량을 측정하며, 음악 재생기기로도 사용 가능한 손목밴드형 스마트 기기인 라이프밴드 터치(Lifeband TOUCH) 를 공개함 - 또한, 애플이 손목시계 형태의 애플워치 를 출시하자 이에 대응하기 위해 구글과 함께 와이파이를 지원하는 착용형 스마트 기기용 운영체제(OS) 안드로이드웨어를 탑재한 LG Watch Urbane 를 최근 출시함 [표 17] LG전자의 주요 제품 Lifeband TOUCH Urbane 출처 : Google 이미지 나. 중소 벤처기업군 (펫비트(Petfit)) 2014년 2월에 애완용 강아지의 목줄에 장착하여 애완동물의 움직임에 따른 칼로리 소모, 이동거리, 수면시간 등을 측정하여 애완동물의 건강관리에 도움을 주는 착용형 스마트 기기 스펫셜(SPETCIAL) 을 공개함 (브래인 커머스(Brain Commerce)) 유아의 수면시간부터 식사량, 활동량 등을 측정하는 것 외에도 주변온도와 습도를 측정하여 유아가 건강하게 성장할 수 있도록 정보 제공을 하는 유아용 착용형 스마트 기기 아이모 (AiMo) 를 공개함 - 특히 수면모드 외에 유아의 움직임이 일정시간 멈추면 내장된 스피커를 통해 경고음을 보내어 현재 아이의 상태에 문제가 있음을 알려주는 기능도 있음 - 30 -
(인바디(InBody)) 2015년 4월에 운동량 측정, 이동 거리, 심박수 체크, 칼로리 소모량 외 세계 최초로 체지방율을 측정할 수 있는 손목밴드형 착용형 스마트 기기인 인바디 밴드(Inbody Band) 를 출시함 (3L Labs) 풋로거(Footlogger) 는 압력센서와 3축 가속도센서 등을 부착한 신발 깔창 제품으로, 손목형 제품보다 정확한 운동량 측정이 가능하며, CES 2015에서 혁신상을 수상한 바 있음 [표 18] 각 사의 주요 제품 SPETCIAL AiMo InBody Band Footlogger 출처 : Google 이미지 - 31 -
3. 시장동향 (시장규모) ABI Research는 2018년 기준 전 세계 착용형 스마트 기기 예상 출하량을 약 4억 8,500만대로 전망하고 있으며, 이는 전체 스마트폰 시장 규모의 28%에 해당하는 수치임. - 착용형 스마트 기기 시장이 본격적으로 조성단계에 있어 조사기관마다 차이가 있으나, ABI 이외의 Business Insider Intelligence, IMS Research 등 각 조사기관은 공통적으로 연간 1억대 이상의 착용형 스마트 기기 출하를 예상하고 있음 [그림 25] 전세계 스마트폰 출하량 성장세 [그림 26] 착용형 스마트 기기 연간 생산량 예측 출처: DMC Media (2014, 웨어러블디바이스시장의현황과전망) 출처: 한국정보산업연합회(2015, 2015년IT산업7대메가트렌드) - 착용형 스마트 기기 시장의 규모는 작년 약 33억 달러에서 2016년에는 50억 달러를 넘어설 것으로 전망되며, Fitness & Wellness와 Healthcare & Medical 산업분야는 약 4~50% 이상의 연평균 성장률을 보일 것으로 예측됨 [그림 27] 글로벌 착용형 스마트 기기 시장 규모 [그림 28] 글로벌 산업분야별 연평균 성장률 출처: 전자신문(2014. 웨어러블디바이스개발동향과시장전망), 당행재구성 출처 : 정보통신정책연구원 (2013, 웨어러블 디바이스 동향과 시사점) - 32 -
(시장동향) 현재 대부분의 착용형 스마트 기기 제품들은 스마트워치와 같은 손목시계 형태나 손목밴드를 중심으로 피트니스와 액티비티 트랙커 (Activity Tracker 16) ) 등 모바일 헬스 관련 제품들이 대다수를 차지함 - 초기의 착용형 스마트 기기 시장은 주로 손목밴드형 제품으로 액티비티 트랙커(Nike+ Fuelband, FitBit, Shine 등) 등 제한적인 기능 위주이며, 스마트워치 출시 이후 점차 스마트워치 기능과의 중복 등으로 손목시계형 스마트 워치로 이동하고 있으며, 구글글래스 출시로 안경형태의 제품들에 대한 비중도 역시 커지고 있음 - 글로벌 컨설팅 회사인 Frost & Sulivan은 2018년에는 착용형 스마트 기기 전체 시장에서 스마트글래스 제품이 약 49.4%, 스마트워치는 41.9%로 대부분의 시장을 점유할 것으로 예측하고 있음 [그림 29] 글로벌 스마트워치 출하량 [그림 30] 글로벌 스마트워치 시장 전망 출처: 전자신문(2014. 웨어러블디바이스개발동향과시장전망), 당행재구성 출처 : KT경제경영연구소 (2014, 2014 웨어러블 디바이스 산업백서) [그림 31] 착용형 스마트 기기 제품별 시장점유율 전망 출처 : Frost&Sullivan (2014, Wearable Technology), 당행 재구성 16) 사용자들의 운동량을 체크하는 기능 - 33 -
IV. 전망 및 시사점 1. 전망 Post 스마트폰 시대 도래의 새로운 먹거리 창출 기회로 부상 - 글로벌 스마트폰 시장은 15년부터 실질적인 저성장 국면에 진입할 것으로 예상되며, 특히 북미, 유럽 등의 선진시장은 이미 포화상태 도달 - 샤오미 등 중국 기업의 급성장으로 국내기업의 중국내 스마트폰 시장 점유율이 2014년 3분기 기준 전년 대비 10%p 이상 하락하며 29.8%를 기록한 반면 중국은 35.9%로 한국을 추월 [그림 32] 글로벌 스마트폰 시장 성장률 [그림 33] 중국내 스마트폰 시장점유율 변화 출처 : SA ( 14.12), 당행 재구성 출처 : SA ( 14.11), 당행 재구성 전통 산업과 착용형 스마트 기기의 융합으로 새로운 부가가치 창출 기대 - (의료분야) 예방의학 중심 의 개인화된 의료서비스 등 - (교육분야) 원격 현장학습이 가능한 수업 환경 등 - (게임 엔터테인먼트 분야) 가상과 현실을 융합한 새로운 경험 등 - (스포츠 분야) 경기력 향상, 부상 방지 등 프리미엄 서비스 등 - (금융분야) 스마트 워치 등을 이용한 웨어러블 뱅킹 17) 서비스 등 핀테크(Fin-Tech) 적용 확대 17) 시계, 안경, 반지 등 착용할 수 있는 기기에 스마트 IT 기술을 적용하여 조회, 결제 등 뱅킹 서비스를 수행하는 것 - 34 -
[그림 34] 국내 웨어러블 뱅킹 사례 출처 : Google 이미지 [표 19] 해외 주요 웨어러블 뱅킹 사례 기기 서비스 기관 시계 ( 濠 )벤딩고 애들레이드 은행 안경 ( 濠 )웨스트팩은행, ( 西 )사바델 은행 팔찌 ( 英 )바클레이카드, ( 西 )카이사 은행 장갑 ( 英 )바클레이 카드 재킷 ( 濠 )헤리티지 은행 출처 : 하나금융경영연구소 2. 시사점 초연결 사회의 태동, Post 스마트폰 시대의 도래 등으로 착용형 스마트 기기가 새로운 블루오션으로 부각되고 있으나 해결과제 또한 존재 - 커브드 디스플레이, 하드 타입의 배터리 등 기존 부품의 활용 수준에서 플렉시블 디자인, 신체의 움직임을 이용한 전력 생산 등 보다 인간 친화적인 부품 적용이 필요 - 하드웨어(HW) 및 소프트웨어(SW) 측면의 플랫폼은 물론, 창의적이고 세련된 디자인과 다양한 콘텐츠에서의 지속가능한 비즈니스 모델 개발 필요 - 사용과정에서 발생할 수 있는 보안 문제 18) 와 프라이버시 침해 논란 등 법적인 문제 상존 글로벌 경쟁력 및 지속가능한 성장체계 확보를 위한 정부 주도의 産 學 硏 金 간 긴밀한 협력 체제 구축 필요 - ( 政 ) 원천기술 개발과 인력 등 산업기반 조성을 선도하고 범용기술 부품 개발, 중소기업의 사업화 판로 지원 및 관련 법규 제도 개선 주도 - ( 産 ) 대형 제조사는 시장을 선도할 수 있는 선언적인 제품 및 관련 기술의 표준화를 주도하고, 중소기업은 부품, 디바이스, 콘텐츠, 서비스 등 분야를 특화하여 글로벌 기술 경쟁력 확보 노력 18) 2012년 블랙햇 보안 컨퍼런스에서 해커가 800m 밖에서 인슐린 펌프 조작을 통해 복용량을 마음대로 조절해 환자를 사망하게 할 수 있다는 것을 증명하면서, 딕 체니 전 미국 부통령은 자동 심장세동기 의 무선 기능을 차단함. - 35 -
- ( 學 ) 맞춤형 교육과정 개발을 통한 우수한 석 박사급 인재 양성, 우수 해외대학과의 공동 교육과정 개발을 통한 글로벌 감각 배양, 재학생 졸업생의 창업 유도를 위한 개발 프로젝트 지원과 연계 프로그램 개발 - ( 硏 ) 글로벌 기업 기술 정책 동향 등을 분석하고 주도적으로 대응하기 위한 싱크탱크로서의 중소 벤처 및 창업자를 위한 정보 제공은 물론, 연구원들의 중소기업 파견을 통한 애로기술 해결 및 핵심기술 이전 확대 - ( 金 ) 유망 기술개발(기술이전 포함) 업체에 대한 투융자 확대 등으로 성장가능성 있는 우수 중소기업 발굴 및 글로벌 기업으로의 성장을 위한 지속적 지원 기술 경쟁력 확보, 대 중소기업 동반성장을 위한 기반 마련 필요 - 주요 디바이스, 핵심 부품, 소프트웨어 등 산업 파급력이 높은 분야의 원천 및 상용화 기술의 집중 개발 및 대 중소기업 간 동반자적 입장 에서 상호 성장을 위한 선순환적 생태계 조성 필요 착용형 스마트 기기의 성패를 가를 킬러 콘텐츠 디자인 기획 및 개발 시급 - 아이폰과 아이패드가 성공한 가장 큰 이유는 단말기의 높은 성능이 아니라 앱스토어를 통해 제공되는 방대한 애플리케이션, 아이튠즈에서 이용할 수 있는 음악, 영상 등의 콘텐츠에 있는 바, 킬러 콘텐츠와 디자인의 기획과 개발 필요 중 장기적 시각의 금융지원 접근 필요 - 착용형 스마트 기기의 시장은 급격한 고성장이 예상되나, 현재 초기 시장인 점 등을 감안하여 투융자 지원시 중 장기적인 관점에서의 접근 필요 - 36 -
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차례 지능형 반도체 I. 기술개요 37 1. 지능형 반도체의 정의 및 분류 37 2. 지능형 반도체 산업의 특성 40 3. 지능형 반도체의 부상배경 42 II. 기술동향 43 1. 기능별 기술동향 43 2. 응용 분야별 기술동향 51 3. 국가별 동향 57 III. 업계동향 59 1. 시장동향 59 2. 국내 외 주요기업 현황 62 IV. 전망 및 시사점 68 1. 전망 68 2. 시사점 69
I. 기술개요 1. 지능형 반도체의 정의 및 분류 지능형 반도체는 IT융합 제품(스마트 자동차, 사물인터넷(IoT), 착용형 스마트 디바이스 등)에서 연산, 제어, 전송, 변환 기능 등 지능형서비 스 19) 를 수행하는 반도체 집적회로(Integrated Circuit, IC)로 정의 20) - 영상 음성 신호처리 칩, 제어 처리용 디지털 및 아날로그 칩, 전력제 어 칩, 외부정보 획득 목적의 센서 칩 등을 통칭 - 개념상 기존 반도체 분류에서 통용되던 비메모리 반도체, 시스템 반도 체, 시스템-온-칩(System-on-a-Chip, SoC) 등의 용어와 혼용하여도 무방 LED 칩의 경우 위 정의에 부합하지 않으며 메모리 반도체와 유사한 산 업적 특성을 보이므로 지능형 반도체에서는 제외 - 즉, 지능형 반도체는 메모리 반도체와 LED 칩을 제외한 모든 반도체 [그림 35] 지능형 반도체 개념도 및 제품 사진 출처 : 미래창조과학부, 산업통상자원부(2015. 3) 19) IT기술을 기반으로 제품의 자율성, 기능성을 개선하여 삶의 질, 안전성 등을 향상시 키는 고부가 서비스(예: 스마트자동차의 자율주행 기능) 20) 미래창조과학부, 산업통상자원부(2015. 3), 미래성장동력 종합실천계획 참고 - 37 -
지능형 반도체는 기능별 또는 응용 분야별로 분류 가능 [표 20] 지능형 반도체의 기능별 분류 분류 설명 대표 제품 대표 업체 마이크로 연산 또는 제어를 수행하는 핵심 컴포넌트 반도체 디지털 디지털 논리회로로 구현한 집적회로 집적회로 범용 반도체 아날로그 신호를 디지털 신호로 아날로그 전환 및 관리하는 반도체로서 실 집적회로 제 세상과 디지털 세상을 연결하 는 부품 전기 에너지를 활용하기 위해 직 전력 소자 류 교류 변환, 전압, 주파수 변화 외 등의 제어처리를 수행하는 반도체 빛, 온도, 소리. 압력 등의 물리 센서류 화학적 신호를 전기적 신호로 변환 - 범용 반도체와 반대되는 개념으 로서, 소수 고객사를 위해 주문 제작되어 특정 분야에만 사용되 주문형 반도체 는 모든 IC제품을 의미 - 주문형 반도체의 대부분은 연산 및 제어 기능을 수행한다는 점 에서 마이크로컴포넌트와 유사 출처 : Gartner(2015.4), 당행 조사분석부(2014), 당부 재구성 MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit) FPGA(Field- Programmable Gate Array), DDI(Display Driver IC) 증폭기, 비교기, 전압제어기, 데이터 변환기 파워 MOSFET, IGBT, Thyristor 이미지 센서, 가속도 센서, 자기 센서 모바일 AP, 통신모뎀칩, 스마트폰용 전력관리칩, 전력증폭기 등 Intel, Renesas, NXP (Freescale) Xilinx, Intel(Altera) Texas Instruments, Analog Devices, Maxim Infineon, NXP, Mitsubishi Sony, Omnivision, 삼성전자 Qualcomm, Broadcom, MediaTek - 38 -
[표 21] 지능형 반도체의 응용 분야별 분류 분류 설명 대표 제품 대표 업체 가정용 케이블 모뎀, 라우터/게이트웨 이 등 네트워크 기간망을 구성하는 통신용 유선통신 분야 및 스마트폰으로 대표 되는 무선통신 분야 데스크탑 PC, 노트북 PC, 태블릿 PC, 데이터 처리 서버, 워크스테이션 등 고속의 데이 터 연산이 강조되는 분야 자율주행 또는 지능형 운전자보조 차량용 시스템 구현을 위한 차량용 전장 제품 TV, 디지털 셋탑박스(STB), 디지털 카 메라와 같이 오디오 또는 비디오 컨텐 소비자 가전 츠를 생산, 녹화, 재생, 수신하는 일 반 소비자용 가전제품 공장 자동화, 기계 장치, 전력 설비, 산업용 수송, 의료, 보안 등 광범위한 분야 통칭 출처 : Gartner(2015.4), 당부 재구성 모바일 AP, 유 무선 통신 모뎀칩 MPU, GPU (Graphics Processing Unit) MCU, 전력 소자, 센서류 방송 수신칩, GPU, DDI, 전력관리칩 MCU, 파워 MOSFET, IGBT, Thyristor Qualcomm, MediaTek, Broadcom Intel, AMD, Nvidia NXP (Freescale), Renesas, Infineon, Broadcom, AMD, MediaTek Texas Instruments, STMicro, Renesas - 39 -
2. 지능형 반도체 산업의 특성 고도의 기술력과 창의적 아이디어로 무장된 핵심 기술인력 보유가 기업 의 경쟁력을 좌우하는 대표적인 기술집약적 산업 - 지능형 반도체를 설계하기 위해서는 수학, 물리학, 화학 등의 기초과학 및 컴퓨터 과학에 대한 이해와 전자회로이론, 통신이론, 신호처리이론 등을 기반으로 하는 고도의 공학적 전문지식이 필수적이므로 기술적 진 입장벽이 높음 다수의 제품이 다품종 소량 생산에 특화되어 있어 중소 벤처의 팹리스 기업에 적합한 사업구조 - 대기업에 의한 대량생산 방식으로 이루어지는 메모리 반도체 산업에 비 해 설비투자의 부담이 적어 소규모 투입자본으로도 창업이 가능 - 그러나 숙련된 고급 기술인력이 필요하고 오랜 개발 기간이 소요된다는 점은 창업 초기 기업에게 장벽으로 작용하여 실제 중소 벤처 팹리스 기업의 사업 영역은 일부 제품으로 한정 메모리 반도체 대비 경기 및 전방 수요 변화에 비교적 비탄력적인 산업 - 경기 및 전방시장 수요 변화의 영향을 많이 받는 메모리 반도체와 달리 지능형 반도체는 광범위한 적용분야, 다품종 소량생산 구조, 고도의 설 계기술 요구 등으로 비교적 비탄력적인 특성 - 40 -
[그림 36] 반도체 시장 성장률, 1995-2014 출처 : Gartner(2015. 6) 스마트화, 융복합화 추세에 맞추어 미래 유망 융복합 산업 및 서비스 창출의 기반이 되는 산업 - 착용형 기기, 사물인터넷, 스마트카 등 대부분의 미래성장동력 분야에 서 필수적인 부품인 지능형 반도체는 제어, 통신, 신호처리 등 핵심 기능을 수행함으로써 각종 지능형 서비스를 실질적으로 구현 [그림 37] 지능형 반도체 응용 분야 출처 : 미래창조과학부, 산업통상자원부(2015. 3) - 41 -
3. 지능형 반도체의 부상배경 지능형 반도체 라는 용어는 2014년 6월 미래창조과학부에서 발표한 미래성장동력 실행계획 에서 처음 등장하였고, 2015년 3월 미래창조과 학부와 산업통상자원부에서 공동 발표한 미래성장동력-산업엔진 종합 실천계획 에서 개념 재정립 - 정부의 작명 의도는 기존 제품의 IT 융합화 또는 스마트화(=지능화) 현 상을 염두에 둔 것으로 해석되나, 그 본질은 메모리 반도체와 대비되는 시스템 반도체의 개념과 동일 한국의 반도체 산업이 한 단계 도약하기 위해서는 메모리 반도체에 편 중된 산업 구조에서 벗어나 시스템 반도체 산업도 육성해야 한다는 논 의가 오래 전부터 있었지만 아직 가시적인 성과는 나타나지 않음 그러나 최근 삼성전자에서 성능이 개선된 신규 모바일 AP를 개발하여 Qualcomm 제품으로부터 벗어나기 시작하였고, 국내 반도체 업계 저변 에서도 중소 팹리스 업체들이 연구개발을 활발히 진행 중인 것으로 파 악되며, 사물인터넷으로 대표되는 신시장이 개화되는 등 내 외적으로 국내 시스템 반도체 산업에 긍정적인 여건이 조성되고 있음 메모리 반도체 산업보다 시장규모가 4배 큰 시스템 반도체, 혹은 지능 형 반도체 산업은 제품 종류가 광범위하여, 획일적인 메모리 반도체에 익숙한 국내에서는 아직 정확한 개념 파악이 이루어지지 않고 있음 - 업계 종사자가 아닌 입장에서는 쉽게 떠올릴 수 있는 적용 분야가 스마 트 기기 등 일반 소비자에게 익숙한 제품으로 제한되는 것이 현실 이에 본 고에서는 최신 시장조사 자료에 근거하여 매출액 기준으로 큰 비중을 차지하는, 즉 업계를 주도하는 제품 및 업체를 중심으로 최근 동향을 분석하여 지능형 반도체 산업에 대한 인식의 범위를 확장하고, 국가 산업 발전을 지원함과 동시에 새로운 여신 기회를 모색해야 하는 당행의 입장에서 유의미한 시사점을 도출해 내고자 함 - 42 -
II. 기술동향 1. 기능별 기술동향 가. 마이크로컴포넌트 PC 및 서버에서는 Intel의 고성능 x86 아키텍처(architecture)가, 모바일 기기에서는 ARM의 저전력 아키텍처가 독보적이며 서로 상대 진영으로 진출하고자 경쟁 중 - Intel은 5세대 14nm 공정과 3중 게이트 소자(Tri-Gate Transistor)기술을 사용하여 64bit 고성능 프로세서 분야를 장악하고 있으며, 저전력과 저 가격이 강조된 사물인터넷 및 착용형 기기용 32bit 프로세서도 개발 - ARM은 저전력 프로세서 코어(core)와 고성능 프로세서 코어를 결합하 여 소모전력과 연산속도를 최적화한 빅리틀(big.LITTLE) 구조를 앞세워 대부분의 모바일 AP 제조사에 IP 21) 를 공급하고 있으며, 근래에는 코어 수를 최대한 끌어올려 서버용 프로세서에도 진출 [그림 38] 3중 게이트 소자 프로세서 출처 : Intel 21) Intellectual Property: 일반적으로 특허 등 지적재산권을 뜻하지만 반도체 업계에서는 자주 사용되는 회로 단위들을 미리 설계하여 최적화 및 검증이 끝난 설계 데이터베 이스를 지칭 - 43 -
[그림 39) big.little 기술 출처 : ARM 나. 디지털 집적회로 주문형 반도체의 개발비, 생산비가 증가하는 한편 FPGA 22) 성능이 발전 함에 따라, 일부 주문형 반도체의 적용 분야를 FPGA가 잠식 - FPGA 분야 세계 2위 Altera는 가장 앞선 공정(Intel 14nm)을 사용하여 전력 효율 및 성능 향상을 꾀하였으며 23), 세계 1위 Xilinx는 비교적 안 정적인 TSMC 16nm~28nm 공정 사용 [표 22] FPGA와 주문형 반도체의 일반적 비교 구분 FPGA 주문형 반도체 기능 변경 가능 불가 성능 느림 빠름 전력효율 낮음 높음 단가 높음 낮음 개발비 낮음 높음 개발기간 단기간 장기간 생산량 소량 대량 시장규모 작음 큼 출처 : 당부 작성 22) Field-Programmable Gate Array: 아날로그 기능과 디지털 기능이 혼재되어 회로 변 경이 불가능한 일반 반도체와 달리, 디지털 기능만 있어 용도에 맞게 프로그래밍하여 회로를 변경할 수 있는 반도체 23) 2015년 6월 Intel의 Altera 인수 발표 - 44 -
[그림 40] Altera의 FPGA 칩 [그림 41] FPGA 칩 내부 출처 : Altera 출처 : Intel Display Driver IC(DDI)와 Touch Controller IC를 통합하여 부품 단가 를 줄이고, 터치 패널 공정을 단순화하여 수율을 높이려는 시도 - Focaltech(Touch Controller IC)이 Orise(DDI) 인수 - Synaptics(Touch Controller IC)는 Renesas의 DDI 사업부를 수하여 Touch & Display Driver IC(TDDI) 개발 - 실리콘웍스는 DDI에서 Touch Controller IC로 사업영역을 확대하여 TDDI 개발 다. 아날로그 집적회로 시스템의 고기능화 및 다기능화와 동시에 점차 강화되는 환경규제에 대 응하기 위해, 제한된 전력 자원을 효율적으로 제어 및 관리하는 전력관 리 회로의 중요성 증대 - 전력관리 회로에서는 기본적으로 AC-DC컨버터, DC-DC컨버터, 전압 제 어기 등 아날로그 회로 설계 기술이 핵심 - 전력관리 회로는 개별 소자에서 점차 고밀도로 집적화된 IC 형태로 발 전되는데, 이 과정에서 발생하는 신호 간섭, 효율 저하, 발열 문제 해결 이 이슈 - 45 -
대부분의 전자 제품에서 필수적 부품인 데이터 변환기는 아날로그 형식 의 실제 물리적 신호와 디지털 방식으로 작동하는 전자회로를 연결하 며, 선형성, 변환속도, 전력효율성을 높이는 방향으로 기술 진보 - 일반적으로 변환속도가 높을수록 전력효율성과 선형성은 감소하는데, Delta-Sigma, Pipeline, SAR 등 다양한 회로 구조를 이용하여 상충 관 계 해결 [그림 42] 데이터 변환기 전력효율성 vs 변환속도 [그림 43] 데이터 변환기 변환속도 vs 선형성 출처 : ISSCC 2015 출처 : ISSCC 2015 라. 전력 소자 외 실리콘(Si) 기반 전력 반도체는 고전압 환경에서 전력 전달 효율이 낮아 에너지 낭비가 커서, 해외 선도 업체들은 고효율 신소재를 이용한 소자 개발 중 - 실리콘카바이드(SiC) 또는 갈륨나이트라이드(GaN) 소재의 반도체는 실 리콘 반도체보다 고전압에 강하며 스위칭 속도가 빠르고 저항이 낮아 전력 손실이 적으므로, 산업설비, 대체 에너지, 전기차, 철도 등 전력전 자 분야에서 차세대 에너지 절감용 소자로 부각 - 46 -
[그림 44] SiC 웨이퍼 [그림 45] GaN 웨이퍼 출처 : NXP 출처 : IMEC 반도체 제조 공정이 미세화 될수록 정전기 방전(electro-static discharg e) 24) 에 취약하여 모든 전자제품 내 필수 탑재되는 정전기 보호용 소자 개수 증가 - 일반적인 스마트폰의 경우 30여 개의 개별 소자 중 50%가 정전기 보호 용 소자 정전기 보호용 소자는 정전기에 의해 순간적으로 발생되는 전류를 순식 간에 제거해야 하므로 높은 전류구동 능력, 빠른 응답속도, 낮은 저항을 갖도록 설계 - 특히 고속 인터페이스(interface)에 적용되는 소자는 신호의 흐름을 방해 하는 기생 정전용량(parasitic capacitance)도 최소화 되도록 설계 24) 인체 또는 기타 물체에 축적된 전하가 전자제품으로 흘러 내부 회로가 손상되는 현 상 - 47 -
[그림 46] 정전기 방전 개념 및 적용 분야 출처 : Texas Instruments 마. 센서류 전체 센서 부품 중 이미지 센서가 가장 큰 시장 형성 - 현재까지는 모바일 기기용 이미지 센서가 주류를 이루며 차량용 이미지 센서가 빠르게 증가하고 있는 추세 CCD 센서는 화질 면에서, CMOS 센서는 양산성에서 각각 우수하나 CMOS 센서의 노이즈를 줄여 화질을 개선시키는 회로 기술이 개발되 면서 CMOS 센서 보급 확대 - 동 분야 1위 업체 Sony는 아날로그 단계, 디지털 단계의 총 2단계에 걸 친 노이즈 감소 기법을 개발하였으며, 모바일용으로는 2100만 화소, 디 지털 카메라용으로는 5000만 화소 센서 출시 - 48 -
[그림 47] Sony의 이미지 센서 [그림 48] Sony의 노이즈 제거 기술 출처 : Sony 출처 : Sony 사물인터넷의 확산에 따라 센서의 스마트화 및 저전력화 - 각종 센서로부터 얻어지는 데이터량이 급증함에 따라 발생하는 네트워 크와 중앙 서버 과부하를 경감하고자, 센서와 프로세서가 융합하여 센 서 단계에서 일부 정보를 처리하는 경향 - 개별 사물들은 배터리에 의지하여 독립적으로 외부 정보 획득, 데이터 처리 및 통신을 수행해야 하므로 8bit 또는 16bit의 저전력 프로세서가 주류를 이룰 것 바. 주문형 반도체 통신 분야는 시장 규모가 크고 제품별로 요구되는 기능이 다양하며 집 적도가 높아 주문형 반도체가 높은 비중 차지 무선 통신 부문에서는 Wi-Fi, 블루투스(Bluetooth), GPS, NFC 등 다양 한 통신 표준의 송수신 기능을 하나의 칩에 통합 구현하는, 일명 콤보 (Combo) 칩 경향 지속 - 현재 추세는 5G Wi-Fi(802.11ac)와 블루투스 4를 기본 조합으로 응용 분 야에 따라 GPS와 NFC 기능이 추가되며, 집적도가 높아짐에 따라 칩 내부 주파수 간섭과 전력 및 발열 관리 필요 - 49 -
유선 통신 부문에서는 클라우드 컴퓨팅과 네트워크 가상화에 따라 보다 빠른 네트워크 환경이 요구되어, 이더넷(Ethernet) 통신 속도가 10Gbps 를 넘어서 40Gbps 이상까지 진화 - Intel의 이더넷 스위치 IC와 컨트롤러 IC는 자사의 서버향 프로세서와 호환성이 우수하여 시장을 주도하고 있으며, Broadcom은 이더넷 컨트 롤러 IC와 매니지먼트(management) 컨트롤러 IC를 하나의 칩으로 집적 시키는 기술로 대응 [그림 49] Intel의 이더넷 IC 전략 [그림 50] Broadcom의 고집적 이더넷 IC 설계도 출처 : Intel 출처 : Broadcom - 50 -
2. 응용 분야별 기술동향 가. 통신용 통신 속도와 디스플레이 해상도 등 스마트폰의 주요 성능을 좌우하는 모바일 AP는 Qualcomm 주도 하 기술진보 중 - 통신 모뎀칩 통합, 저전력 설계, 멀티코어가 기존의 모바일 AP 기술동 향이었다면, 그래픽 처리 능력이 새로운 차별화 요소로 부각 - Qualcomm의 최신 제품은 LTE-A Cat9(450Mbps) 지원 및 저전력 기조 를 유지하는 동시에, UHD 비디오 녹화와 재생 가능한 고성능 GPU를 사용하여 개인이 UHD 콘텐츠를 제작할 수 있는 여건 조성 삼성전자는 자체 파운드리를 보유하여 AP 및 모뎀 설계 기술과 공정 기술을 모두 보유하고 있다는 점에서 강점 - 삼성전자는 세계 최초로 14nm 핀펫(FinFET) 공정을 적용한 AP를 양산 하기 시작하는 등 공정의 미세화를 통해 AP의 전력 관리와 성능 향상 도모 아직 AP-통신모뎀 통합칩은 Qualcomm, MediaTek, Intel 등에서만 보 유하고 있으며, Apple과 삼성전자에서는 자사의 차기 스마트폰에 탑재 를 목표로 통합칩 개발 중 [그림 51] Qualcomm의 모바일 AP 'Snapdragon' [그림 52] 삼성전자의 모바일 AP 'Exynos' 출처 : Google Image 출처 : Google Image - 51 -
나. 데이터 처리 현재 데이터 센터는 비효율적인 고사양, 고전력 서버를 중심으로 운용 되고 있어, 저전력, 최적 성능의 마이크로서버(Microserver) 25) 로 전환 필요성 대두 - 마이크로서버 출현 초기에는 프로세서 부하가 적은 웹 서비스에 한정되 어 사용되었으나, 최근에는 64bit 프로세서의 보급과 메모리 용량 증가 로 동적 웹 콘텐츠 처리, 데스크톱 호스팅, 신호처리 등 다양한 업무로 사용 영역 확대 전체 서버 프로세서 시장을 주도하는 Intel은 x86 기반 저전력 64bit Atom 프로세서의 소비전력당 성능을 지속적으로 향상시키며 마이크로 서버 시장도 선점 - AMD는 x86 기반 프로세서와 ARM 기반 프로세서를 모두 출시하며 투 트랙(two-track) 전략 구사 - 그 밖에 Applied Micro, Marvell, Cavium, Nvidia, Broadcom, Texas Instruments가 ARM 기반 64bit 제품 출시 혹은 개발 중 [그림 53] Intel의 Atom 프로세서 구조 [그림 54] AMD의 Opteron 프로세서 구조 출처 : Intel 출처 : AMD 25) 저전력 프로세서를 사용하여 고집적화된 서버로, 기존 랙 시스템과 동일한 기능을 수 행하며 크기, 전력소모, 관리비용을 크게 줄인 서버 - 52 -
CPU의 속도 증가와 클라우드 컴퓨팅에 따른 데이터량 증가를 뒷받 침하기 위해 속도 전력소모 신뢰성이 우수한 SSD 26) 가 빠르게 하 드 디스크를 대체하는 추세 - 데이터의 신뢰성 향상을 위한 오류 정정 알고리즘, NAND flash 메 모리의 수명 연장 알고리즘 등 SSD를 더욱 빠르고 효율적으로 사용 하기 위한 SSD Controller IC 기술 발전 다. 차량용 연비 및 안전에 대한 규제 강화와 고객의 첨단 기능 요구 증가에 따라 차량내 전자제어 시스템 적용 지속적으로 확대 - 기존의 기계 또는 유압으로 제어하던 스티어링 휠, 브레이크 등의 장치 들을 전자적으로 제어 [그림 55] 자동차에 적용된 전자제어 시스템 27) 출처 : 현대자동차 26) Solid-State Drive, 반도체 메모리(NAND flash)로 구현된 디스크 드라이브 27) 인포테인먼트는 정보(Information) 오락(Entertainment)의 합성어로 네비게이션 등의 편의장치, 파워트레인은 동력전달계, 바디는 차체의 바깥 구조물, 샤시는 제동 조향장 치 등을 의미 - 53 -
- 센서(입력) MCU(연산/제어) 액츄에이터(출력)가 유기적으로 작동 하여 ADAS 28) 기능 구현 차선이탈경보시스템, 자동긴급제동, 차간 거리 유지 제어, 졸음운전 방지 등 반도체 업계 뿐 아니라 완성차 업체까지 차량용 반도체 기술 개발 가담 - Toyota는 Denso와 공동으로 SiC 소재의 전력 반도체를 개발하여 자사 하이브리드카의 파워컨트롤유닛(power control unit)에 탑재 - Audi는 STMicroelectronics, NXP 등 반도체 기업들과 공동으로 차량용 반도체를 개발하여 2015 CES Show에서 자율주행자동차를 선보임 - 현대차그룹은 2012년 차량용 반도체 개발회사인 현대오트론 설립 차량용 반도체는 가전 산업용 전자부품 대비 고품질 수준 요구 - 생명안전과 직결, 극한환경에서 사용 등 특성에 기인 - 반도체 부품에 있어서는 자동차 기능안전 국제 표준(ISO 26262) 29) 에 부 합하는 것도 쉽지 않아 하나의 기술 장벽으로 작용 라. 소비자 가전 소비자 가전 분야의 기술동향은 고화질 그래픽 처리 기술과 통신 속도 향상 기술로 압축 대표적 제품인 디지털 셋탑박스(Set-top Box)용 수신칩은 UHD 방송을 가능하게 하는 HEVC 30) 디코딩과, 케이블 방송망에서 1Gbps 이상의 28) 지능형운전자보조시스템(Advanced Driver Assistance System) : 차량에 각종 센서를 장착해 외부 환경을 인지하고 이를 바탕으로 운전자의 편의와 안전을 향상시키는 기 술을 통칭 29) 자동차 부품 개발 과정에서 기능 안전성을 확보하도록 R&D 절차를 규정한 국제 표 준 30) High Efficiency Video Coding : UHD 영상을 전송 가능하게 하는 영상압축 방식으 - 54 -
속도를 구현하는 DOCSIS 31) 3.1 표준을 지원하기 시작 - 셋탑박스 시장 세계 1위 Broadcom과 2위 STMicroelectronics는 각각 상 기 성능을 보유한 방송 수신칩을 경쟁적으로 출시 그래픽 성능이 강조되는 게임 콘솔(Console) 시장은 고성능 64bit x86 아키텍처를 사용하는 AMD가 장악 - GPU 부문 세계 1위인 Nvidia가 사용하는 ARM 아키텍처는 아직 64bit 에서는 미성숙된 것으로 평가 - 팹리스인 AMD는 그래픽 연산에 최적화된 CPU 및 GPU 코어와 비디 오/오디오 신호처리, 입출력에 대한 독자적인 IP를 보유하고, 고객사의 특화된 요구에 맞게 설계 가능하여 Microsoft의 Xbox One 및 Sony의 Play Station 4에 칩 탑재 최근 미래성장동력 중 한 분야로 부각되는 착용형 스마트 기기는 소비 자 가전제품으로 분류 착용형 스마트 기기와 관련된 기술 이슈는 소형화, 경량화와 함께 전력 소모를 최소화하는 프로세서와 실시간 무선 통신 기술, 생체 신호 및 환 경 변화를 감지하는 스마트 센서 기술이 핵심 - 저전력의 블루투스 LE(Low Energy), 고속 전송의 WiFi, 근거리 통신의 NFC, 위치 추적 기능의 GPS 칩 등으로 기기의 특성에 맞는 통신 기능 구현 - 저전력 프로세서 개발을 통해 배터리 소모를 줄이고, 대기 시간 중 빠 르고 간소화된 명령 처리 시스템 도입 - 동작 인식, 환경 감지, 신체 활동 센서 탑재로 건강 모니터링 기능 강화 로, HD 영상 전송에 사용된 영상압축 방식인 MPEG-2보다 효율이 4배 우수 31) Data Over Cable Service Interface Specification : 북미 케이블 방송 및 통신 관련 표 준화 단체인 CableLabs에서 케이블 매체의 경쟁력 강화를 위해 제정된 규격 - 55 -
마. 산업용 생산 설비, 전력 설비, 고속열차 등 산업 현장에서는 대부분 큰 전력을 다루어야 하므로 고전압, 고전류를 극복할 수 있는 전력 반도체 사용 - 상기 전력 소자 기술동향과 큰 흐름에서 유사하며, 다수의 파워 MOSFET, IGBT, 사이리스터(Thyristor) 등 개별 소자들과 전력관리 칩 들이 모여 모듈 구성 - 차량용 반도체와 마찬가지로 높은 내구성과 신뢰성이 요구되어 진입장 벽이 높고 기술 변화 속도가 느린 편 [표 23] 반도체 품질 요구수준 비교 구분 가정용 반도체 산업용 반도체 차량용 반도체 필요 수명 1~3년 5~10년 15년 이상 온도/습도 조건 0~40 / 낮음 -10~70 / 높음 -40~155 / ~100% 허용 불량률 10% 미만 1% 미만 0% 목표 재고보유 기간 1~3년 5년 30년 출처 : 현대자동차 [그림 56] 산업용 전력 소자 적용 분야 [그림 57] 산업용 전력 소자 종류 출처 : Infineon 출처 : Infineon - 56 -
바이오, 의료기기 분야에서는 반도체 기술과 의료 기술의 융합으로 의 료 기기가 소형화 및 개인화되어 자가 건강진단 가능 - 일상에서 자연스럽게 혈당을 측정하는 스마트렌즈, 스마트폰을 활용한 심전도 센서 등 다양한 생체 정보를 취득하는 센서 기술과 의료 정보를 전송하는 무선 통신 기술 적용 - 의료 기기의 경우 인증절차가 까다로워 기술이 개발되고 시장이 열리기 까지 진입 장벽으로 작용 3. 국가별 동향 지능형 반도체 산업에 강점을 가지고 있는 주요 경쟁국 중 미국이 세계 최고 기술 수준을 보유한 것으로 평가 상위그룹인 미국, 일본, 유럽 간 수준차는 크지 않은 반면, 한국과 중국 은 상위그룹과 격차 존재 - 한국의 기술 수준은 매년 소폭 하락세인 반면, 중국의 기술 수준은 매 년 상승하여 한-중 간 기술 격차 감소 - 단위 기술별로는 모바일 AP, 이미지 센서, 디스플레이 등의 분야에서는 비교적 선진국 수준에 근접 32) 주요국들은 메모리보다는 지능형 반도체의 향후 성장가능성에 주목, 정 부주도의 지능형반도체 육성정책 시행 - 미국의 경우 첨단기술 군수용 반도체는 정부주도, 차세대 기술은 민관 협동으로 지원하며, 글로벌 리더십을 발휘 - 유럽과 일본은 우리나라와 같이 종합반도체업체를 중심으로 산업이 형 성되어 있으며 기업중심으로 기술개발 주도 32) 삼성전자의 영향 - 57 -
- 대만은 해외 고급인력양성 유치, 파운드리 육성, 설계인력 양성, 수평적 생태계 조성 등을 추진하여 세계 2위의 팹리스 강국으로 부상 - 중국은 2020년까지 55조 원 규모의 정부 지원과 파격적인 세제 혜택을 제공하고, 2014년 반도체펀드 12조원을 조성하여 중국내 팹리스에 지원 [표 24] 주요국 지능형 반도체 관련 정책 현황 국가 핵심전략 주요 프로젝트 미국 - 장기적 로드맵 기반 지능형반도체, 3D반도체 등 원천기술 확보 전략 - 축적된 원천 설계 기술 기반 고부가가치 지능형 반도체 시장 주도 - Sematech 반도체 제조 및 장비 기술개발 - DARPA 원천 및 기반 기술 일본 대만 중국 - 1990년대 이후 메모리 사업보다 SoC 산업에 역량 집중 - 디지털 가전, 게임콘솔, 네트워크 분야 집중 투자 - 정보가전, 에너지 디바이스용 임베디드 소프트웨어 개발 및 적용 - 중단기적으로 파운드리 중심의 생태 계 구축 - 연구기반 지원 및 전문인력 양성 - 시스템반도체 산업육성을 위한 정책 및 펀드조성 - 오픈 소스 기반 OS 개발 전략 - ASUKA 프로젝트 설계 기술 연구 및 교육 - Mirai 프로젝트 미래 지향적인 기술 개발 - VDEC 프로그램 설계 툴, 장비 제공 및 교육 - Si-Soft 프로그램 해외교수유치, 전문인력양성, 기술 개발 모듈-수요업체 수요 연계로 팹리스 지원 - CIC 프로그램 반도체설계툴, IP지원 및 MPW칩 제작 지원 - 팹리스 지원 시스템반도체 R&D 사업 추진 - 소프트웨어와 반도체 산업 육성 특별 지원책 운영(2011.1) - 시스템반도체 공통 원천 기술 확보, 한국 국내 주력제품 국산화율 제고를 위한 시스템반도체 상용화기술개발 출처 : 미래창조과학부, 산업통상자원부(2015. 3) - 시스템반도체 상용화기술개발 - 반도체 설계교육센터 지원사업 - 58 -
III. 업계동향 1. 시장동향 세계 반도체 시장 규모는 14년 기준 약 3,430억 달러이며 한국의 점유 율은 15.8%로 미국에 이어 2위 - 이 중 대부분은 삼성전자(10.1%) 및 SK하이닉스(4.7%)에 집중 세계 지능형 반도체 시장 규모는 14년 기준 약 2,500억 달러 33) 이며 한 국의 점유율은 2.8% 34) 로 미국, 일본, 유럽, 대만에 이어 5위 - 반도체 산업을 영위하는 국가의 수가 제한적이기는 하나, 국내 지능형 반도체 산업 규모는 아직 미미한 수준 [그림 58] 2014년 반도체 시장 국가별 점유율 (단위 : 백만달러) 전체 반도체(343,014 m$) 지능형 반도체(249,217 m$) 중국, 6,963, 2.0% 한국, 6,924, 2.8% 중국, 6,119, 2.5% 유럽, 29,372, 8.6% 일본, 42,362, 12.3% 한국, 54,097, 15.8% 대만, 23,065, 6.7% 미국, 186,702, 54.4% 대만, 16,594, 6.7% 유럽, 26,609, 10.7% 일본, 31,137, 12.5% 미국, 161,381, 64.8% 출처 : Gartner(2015.4), 당부 재구성 33) 전체 반도체 매출액에서 메모리 반도체 매출액(800억 달러)과 LED 칩 매출액(135억 달러) 차감 34) 이 중 삼성전자가 80%를 차지 - 59 -
미국, 일본, 유럽 등 선진국의 반도체 산업은 지능형 반도체 위주로 구 성되어 있어 시장에서 안정적인 지위 확보 14년 지능형 반도체 시장은 전년 대비 5.5% 성장하였으며, 16.6%의 성 장률을 보인 메모리 반도체 시장과는 대조적 - 지능형 반도체 시장은 이미 성숙기에 진입했음을 시사 - 이는 성장이 정체되었다기 보다는 메모리 반도체 시장보다 4배 큰 시장 규모와 광범위한 제품 적용 분야에 따른 것임 세부 응용 분야별로는 산업용, 차량용 반도체의 성장세가 두드러지며 통신 부문에서도 지속적으로 성장률 높음 - 데이터 처리 부문은 전통적으로 지능형 반도체의 주된 매출처가 되고 있으나 성장률은 둔화 - 소비자 가전 부문은 성장 정체 - IP 시장 규모는 약 27억 달러로서 크지 않지만, 제품 생산 비용이 없어 높은 이익률 유지 [표 25] 지능형 반도체 응용 분야별 시장 규모 및 성장률(단위 : 백만달러) 응용 분야 2013년 2014년 성장률 전체 236,310 100% 249,217 100% 5.5% 데이터 처리 83,797 35% 86,603 35% 3.3% 통신용 72,872 31% 78,681 32% 8.0% 소비자 가전 27,659 12% 27,481 11% -0.6% 차량용 24,628 10% 26,768 11% 8.7% 산업용 22,027 9% 24,030 10% 9.1% 기타(군수/항공/IP) 5,327 2% 5,654 2% 6.1% 출처 : Gartner(2015.4), 당부 재구성 - 60 -
기능별로는 모든 종류의 반도체가 골고루 성장하고 있는 가운데, 아날 로그 집적 회로와 전력 소자 부문에서 평균을 상회하는 성장세 주문형 반도체의 대부분은 연산 및 제어의 직접적인 지능형 기능을 수 행한다는 점에서 마이크로컴포넌트와 유사하며, 두 부문을 합치면 전체 지능형 반도체 시장의 70%에 육박 [표 26] 지능형 반도체 기능별 시장 규모 및 성장률(단위 : 백만달러) 기능 2013년 2014년 성장률 전체 236,310 100% 249,217 100% 5.5% 주문형 반도체 107,632 46% 112,253 45% 4.3% 마이크로컴포넌트 59,967 25% 63,734 26% 6.3% 아날로그 집적 회로 19,382 8% 20,849 8% 7.6% 센서류 19,235 8% 20,409 8% 6.1% 전력 소자 외 17,818 8% 19,124 8% 7.3% 디지털 집적 회로 12,276 5% 12,848 5% 4.7% 출처 : Gartner(2015.4), 당부 재구성 - 61 -
2. 국내외 주요 기업 현황 가. 해외 선도기업 현황 Intel, Qualcomm 등 미국 중심 글로벌 대기업이 세계시장을 대부분 점 유하고 있으며, 국내 기업의 점유율은 미미한 수준 - 미국은 Intel, Qualcomm, Texas Instruments, Broadcom 등이 월등한 원 천기술을 보유하고 시장 표준 주도 및 높은 영업이익 지속 - 일본은 차량용 MCU, 광학기반 이미지 처리기술, 전력 반도체 등에서 우수한 원천기술 보유 - 유럽은 IMEC, Infineon, STMicro 등을 중심으로 자동차, 통신, 등의 전 통적 주력분야 뿐 아니라 신규 응용분야에서 활발한 연구개발 진행 중 - 대만은 TSMC 등 파운드리와 MediaTek 등 팹리스들이 긴밀한 협력관 계를 형성하여 중저가 시장에서 저가의 차별화된 솔루션을 제공 중국은 아직 기술력 및 시장 점유율 측면에서 한국보다 열세이나, 미국, 일본, 유럽 업체의 생산거점으로서 기술 도입 및 정부/모기업의 지원으 로 급성장 중 - 62 -
[표 27] 선두 기업 현황 순위 업체명35) (국가) 2014년 매출액 m$ (점유율) 주요 제품 특징 및 최근 동향 - 전체 반도체 시장 23년 연속 독보 적인 1위 유지 - 태블릿 프로세서 진출 1 Intel (미국) 53,134 (21.3%) PC 및 서버용 MPU - 자체 개발 및 M&A를 통해 Wifi, Bluetooth, GPS, NFC, LTE 등 무 선통신 칩셋 라인업 완성 - '15년 6월 FPGA 2위 업체인 Altera 인수 - 중국 정부와 특허 로열티 관련 합 의 후 중국향 중저가형 라인업 확대 2 Qualcomm (미국) 19.291 (7.7%) 모바일 AP, LTE 통신 모뎀 - 고가형 제품에서는 삼성전자, 저 가형 제품군에서는 Intel, Mediatek 등으로부터 경쟁 직면 - 핵심 통신칩 뿐만 아니라 부수적 인 기능의 통신칩 개발 - 이동통신 칩 사업 철수 - 스마트워치를 출시하며 사물인터넷 분야 진출 3 Broadcom (미국) 11,642 36) (4.7%) 유, 무선 광대역 통신용 칩 - 최근 기간망 분야 크게 성장 - 적극적인 M&A 전략을 통해 기술력 확보 및 폭넓은 제품 포트폴리오 보유 - '15년 5월 Avago Technologies에 피인수, 사명은 Broadcom으로 유지 - 개인용, 산업용, 차량용, 의료용 등 거의 모든 분야의 전자장치에 4 Texas Instruments (미국) 11,538 (4.6%) 수 만( 萬 ) 종류의 아날로그 IC 및 임베디드 프로세서 필수적으로 장착되는 폭넓은 제품 포트폴리오를 보유하여 안정적인 성장 - 지속적인 설비 투자 및 연구개발 투자로 업계 선두 유지 5 NXP Semiconductors 9,922 37) (4.0%) 차량용 통신칩/MCU, NFC칩, - 15년 3월 MCU 부문 세계 2위인 Freescale (미국)을 인수하여 순 - 63 -
위권으로 도약 - 차량용, 통신용, 사물인터넷 등 (유럽, 미국) ID카드용 보안칩 폭넓은 역량을 보유한 NXP가 고성능 제품 위주의 Freescale과 만나, 기술의 범위와 깊이를 동시에 달성 - LCD driver, 모바일 칩 사업 등 6 Renesas Electronics (일본) 7,148 (2.9%) 차량용, 산업용 MCU, 아날로그 IC 에서 철수, 수익성이 높은 차량 용, 산업용 제품에 집중 - MCU 부문 세계 1위 - 차량용 반도체 부문에서 NXP(Freescale),Infineon과 경쟁 차량용, 산업용 STMicroelect 7,137 MCU, 전력 소자, 7 ronics (2.9%) 센서, 방송용 (유럽) 디지털/아날로그 칩 모바일 AP, 3G/4G MediaTek 7,033 8 모뎀칩, 디지털 TV (대만) (2.8%) 프로세서 Infineon 5,561 차량용, 산업용 9 Technologies (2.2%) MCU, 전력 소자 (독일) 삼성전자 5,535 모바일 AP, 이미지 10 (한국) (2.2%) 센서, DDI 출처 : Gartner(2015.4), 각 사 사업보고서, 당부 재구성 - 공정기술, 소자기술, 회로설계 기 술 등 다방면의 기술 보유 - 중국, 한국 자동차 회사들과의 전 략적 제휴를 통해 자동차 반도체 시장에서의 성장을 꾀함 - 차량용, 산업용 이외의 분야에서 는 하향세 - 중국 스마트폰 시장의 급성장에 힘입어 매출 50% 이상 증가 - 사물인터넷, 착용형 기기용 무선 통신 칩으로 다각화 추진 - 전력 반도체 부문 세계 1위 - 최근 세계 6위 전력 반도체 업체 International Rectifier를 인수 하여 시장 지위 확고화 - 14년 모바일 AP 매출이 크게 하 락하며 MediaTek과 대조 - 15년 신제품 출시로 회복세 - 이미지 센서 부문에서는 세계 시 장 13%를 점유하며 Sony(43%), Omnivision(14%) 에 이어 3위 유지 35) Italic체는 팹리스 업체 36) 2014년 Broadcom 매출 : 8,216m$, 2014년 Avago 매출 : 3,426m$ 37) 2014년 NXP 매출 : 5,337m$, 2014년 Freescale 매출 : 4,585m$ - 64 -
나. 국내 기업 현황 국내 기업들은 모바일 AP, 무선통신 칩, 전력관리 칩 등 일부 지능형반 도체의 국산화에 성공하였으나, 프로세서, 차량용 반도체, 전력 소자 등 은 대부분 수입에 의존 - 국내 기업들의 주력 품목은 모바일 AP, DDI, CMOS 이미지 센서, 전력 관리 칩 등 몇 가지에 불과하며, 응용분야도 휴대폰과 디스플레이 등에 주력 상대적으로 열악한 국내 팹리스들은 회로설계 능력부족, 중국 팹리스의 급속한 성장 등으로 어려운 상황 - 최근 팹리스들은 차량용 반도체, 아날로그 IC 등 상대적으로 진입장벽 이 높은 분야에 진입하고 있으나, 수요개척에 어려움 호소 - 사물인터넷 분야에서 새로운 활로를 찾기 위해 노력 현재 프로세서 코어는 거의 대부분 수입에 의존하고 있으나, 이를 국산 화하기 위한 기술개발 추진 중 - ETRI, KETI, KAIST 등은 다양한 구조 성능의 프로세서 코어 기술을 개 발하고 이를 상용화로 진입시키기 위한 노력 진행 중 - 에이디칩스는 자체 기술을 기반으로 프로세서 코어의 IP사업 추진 중 바이오 의료분야의 반도체는 일부 상용화에 이른 것도 있으나, 대부분 은 연구개발 단계 - 삼성, LG, 인포피아, 아이소텍, 바이오메드랩 등에서 DNA칩, 레이저 채 혈 측정기, 혈색소 측정장비 등 의료기기용 반도체개발 진행 - 65 -
2014년 국내 순위 업체명 매출액 (백만원) 1 삼성전자 5,828,355 2 매그나칩 반도체 423,306 3 실리콘웍스 348,543 주요 제품 모바일 AP, 이미지 센서, DDI 모바일용 DDI, 기타 아날로그 소자 DDI, Timing Controller [표 28] 국내 기업 현황 특징 및 최근 동향 - 14년 모바일 AP 매출이 크게 하락하 며 MediaTek과 대조 - 15년 신제품 출시로 회복세 - 이미지 센서 부문에서는 세계 시장 13% 를 점유하며 Sony(43%), Omnivision (14%)에 이어 3위 유지 - 뉴욕 증시 상장 - 파운드리 사업도 같이 영위 - 차량용 DDI 진출 - 2014년 LG그룹으로 편입 - 중대형 TFT-LCD 패널 기준 세계시 장점유율 14.5%(2014년) - Display 시스템 반도체 핵심 부품 을 Total Solution으로 제공 4 SK하이닉스 237,978 이미지 센서 - 모바일 기기용 이미지 센서에 집중 5 케이이씨 208,494 모바일용 다이오드, 전력 소자 6 픽셀플러스 122,566 이미지 센서 7 아나패스 121,362 DDI, Timing Controller 8 실리콘화일 111,346 이미지 센서 9 10 실리콘 마이터스 102,681 디스플레이 전력관리 칩 어보브 반도체 88,539 MCU 출처 : Gartenr(2015.4), 각 사 사업보고서, 당부 재구성 - 저전력 다이오드, 저전력 트랜지스터 에 집중 - 차량 오디오용 소자 진출 - 나스닥 상장 및 상장폐지 이력이 있으 며 현재 코스닥 상장 추진 - 중국향 CCTV용 이미지 센서 사업 - 현지 경쟁사와의 원가 경쟁 직면 - TV 및 PC모니터ㆍ노트북에 적용되 는 Timing Controller 제품 양산 - LG전자와 모바일 AP 공동 개발 중 - SK하이닉스와 합병 - 팹리스 이미지 센서 업체 - 해외 휴대폰 모듈업체에 공급 - 국내 최초의 전력관리 칩 전문 업체 - 비상장 - 모바일 전력관리 칩을 개발 완료하고 양산 준비 중 - 소비자 가전, 모바일용 MCU 등 400 여가지의 전자제품에 MCU를 공급 - LCD, LED Driver IC 개발 - MCU 설계 핵심 기술인 CPU 코어, SRAM, 플래시 메모리 및 주변부의 자체 설계 능력 보유 - 66 -
국내 지능형 반도체 산업의 SWOT 분석 - 한국은 세계적 수준의 모바일, 가전, 자동차 완성품 제조국으로, 세계 최고 수준의 네트워크 인프라와 메모리 반도체 산업에서 비롯된 세계 최고의 반도체 생산기반을 갖추었으나, 영세한 팹리스 기업과 파운드리 간 생태계가 미흡하고 지능형 반도체 핵심 기술 취약 - 새로운 미디어 기술이 보급되고 친환경, 절전형 부품 시장 및 사물인터 넷, 스마트카 등 신규 시장이 개화되고 있으며 특히 세계 최대의 반도 체 수요국이자 급성장중인 중국 시장이 인접해 있다는 사실은 국내 기 업들에게 기회 요인 - 정부의 전폭적인 지원이 이루어지는 중국과 파운드리 생태계가 잘 정착 된 대만의 지능형 반도체 산업이 급성장 중인 가운데, 추격을 견제하고 선도 업체들과의 기술 격차를 해소하기 위해 유망 품목을 중심으로 한 지능형 반도체 산업의 육성 필요 [표 29] 국내 지능형 반도체 산업 SWOT 분석 Strength - 세계적 수준의 모바일, 가전, 자동차 완성품 업체 - 세계 최고 수준의 네트워크 인프라 - 세계 최고 반도체 미세공정 기술 - 세계 최고 메모리 반도체 설계, 생산기술 Opportunity - 인접한 중국 시장의 지속 확대 - 친환경, 절전형 부품 시장 급성장 - UHD TV, 보안카메라, 스마트폰 등 신규 미디어 기술 보급 - 사물인터넷, 착용형 기기, 스마트카 등 신규 시장 개화 Weakness - 영세한 팹리스 기업 - CPU, GPU 코어, 전력 반도체 등 핵심기술 취약 - 시스템 소프트웨어 및 SoC-소프트웨어 융합기술 취약 - 미흡한 팹리스-파운드리 생태계 Threat - 중국, 대만 지능형 반도체 산업의 급성장 - 핵심 기술 인력 부족 - 기술의 융합화 및 초미세공정 개발에 따른 개발비 급상승 출처 : 한국산업기술평가관리원(2015) - 67 -
IV. 전망 및 시사점 1. 전망 반도체는 이를 사용하는 응용제품의 스마트화 요구가 증가함에 따라 지 능형으로 발전 전망 스마트기기의 지능형 서비스를 위해 핵심엔진인 반도체가 지능화 기술 로 발전되고 있으며, 향후 지속적인 성능 향상 기대 스마트 자동차, 사물인터넷, 착용형 기기 등 다양한 융합제품들은 지능 형 반도체 장착을 통해 고부가가치화 전망 - 기존 제품의 지능화 촉진을 통한 신기술 신제품 신서비스 창출 가능 세계적 반도체 기업들은 고유한 자체 기술 확보를 통해 지능형 반도체 의 차별화 및 경쟁력 강화 촉진 전망 - 스마트 융합제품의 경쟁력 강화를 위해 지능형 반도체의 차별화 및 지 능화 구현을 위한 기술개발에 국가 차원의 지원 필요 지능형 반도체 핵심 기술 확보를 위한 주요 국가별, 업체별 경쟁 심화 - 시장 주도권 확보를 위해 업체간 전략적 제휴 및 M&A 등이 활성화되 어 반도체 업계 내 합종연횡 가속화 지능형 반도체 시장은 성숙기 시장으로서 성장률이 점차 둔화되어 2018 년까지 연평균 4.5%로 성장할 전망 - 주된 성장 동인은 차량용, 산업용, 사물인터넷 통신기기가 될 것이며, 사물인터넷 제품의 확산에 따라 특히 센서 부문에서 성장률이 높을 전 망 - 68 -
[표 30] 비메모리 반도체 기능별 시장 전망, 2014-2018 (단위 : 십억달러) 기능 2014 2015 2016 2017 2018 CAGR (%) 전체 262.6 275.1 289.5 302.4 313.5 4.5 주문형 반도체 112.2 119.1 124.2 129.5 133.7 4.5 마이크로 컴포넌트 63.7 62.5 65.0 66.8 68.2 1.7 아날로그 집적 회로 20.8 22.4 23.4 24.0 25.0 4.6 센서류 38) 33.9 36.2 40.3 44.1 47.2 8.6 전력 소자 외 19.1 20.5 21.1 21.4 22.1 3.7 디지털 집적 회로 12.8 14.4 15.5 16.6 17.3 6.4 출처 : Gartner(2015.1), 당부 재구성 2. 시사점 지능형 반도체의 주된 수요처인 모바일, 소비자 가전, 자동차 완성품을 제조하는 세계적 대기업들이 국내에 소재하는 점을 충분히 활용, 최종 수요 대기업에 납품 중 또는 예정인 업체들을 우선 지원하여 안정적 수익 도모 - 일반적으로 초기 단계 업체의 경우 제품 설계부터 시제품 제작까지 평 균 2년 6개월~3년이 소요되며 39) 수십억 원의 개발비가 투입되어야 하 므로 해당 업체의 정확한 개발 단계 파악 필요 - 장기적인 관점에서 대기업에만 의존하기 보다는 다양한 납품처 확보 필 요 38) 전망 데이터에 한해 LED 칩 포함 39) 수요 기업의 테스트 단계는 제외한 기간이며, 수요 기업의 승인을 거쳐 실제 양산에 진입하기까지는 기간이 더 소요될 수 있음 - 69 -
국내 대기업뿐만 아니라 중국 등 성장세가 높은 해외 신흥시장에 먼저 진출한 업체도 긍정적 검토 - 최종 제품이 저가형일지라도 내부 반도체 부품의 성능까지 반드시 열위 한 것은 아님에 유의 저전력, 칩 면적 등 저가형 제품이 요구하는 성능을 만족시키기 위해서 는 높은 수준의 기술력을 필요로 하는 경우가 있음 - 당부 검토사례 : L 社 (터치스크린 컨트롤러) 부수적인 기능을 수행하여 대기업에서 관심을 가지지 않거나 개발 우선 순위가 낮은 반도체를 전략적으로 개발하는 업체 발굴 - 중소 벤처기업 입장에서 상대적으로 지능형 반도체 산업에 진입하기가 용이한 것은 사실이나, 인적 물적 자원이 풍부한 종합반도체기업(Intel, 삼성 등) 또는 팹리스 대기업(Qualcomm, MediaTek 등)과 경쟁하는 것 은 불가능 - CPU, 모바일 AP, 통신 모뎀칩 등과 같이 핵심 기능을 수행하며 주요 기업들의 주력 품목이 되는 반도체는 개발이 어려운 편이므로 금융지원 시 세심한 검토 필요 - 한편, 대기업의 관심도가 낮은 품목들은 시장 규모가 크지 않음을 유의 국책 연구과제와 연계하여 지원함으로써 리스크 저감 - 정부는 1998년부터 지능형 반도체( 舊 시스템 반도체) 산업 육성을 위해 연구개발비를 지원해 왔으며 40), 2011년부터는 창업 초기 팹리스 기업들 을 집중 지원 41) 현재 국내 대표 팹리스 업체들의 상당수는 초창기 정부의 지원을 통해 성장 발판 마련 - 국책 연구비 지원 대상으로 선정된 업체들은 1차적으로 기술성 및 사업 40) System IC 2010 사업 41) System IC 2015 사업(=스타팹리스 프로젝트) - 70 -
성 검증을 통과하였으며 연구비가 일부 확보된 상태이므로 사업 성공 가능성 증대 해당 과제가 연구 수준에 머무르지 않고 실제 제품화로 이어지는지 추 가 검증 필요 - 당부 검토사례 : R 社 (디지털TV 튜너칩), I 社 (오디오 신호처리칩), S 社 (터치스크린 컨트롤러) 지능형 반도체 시장은 이미 성숙기로 진입하여 성장률 보다는 점유율이 중요하며 신규업체 진입시 진입장벽 존재하므로 지원 검토시 유의 필요 - 국내 후발 업체가 해외 선발 업체의 제품보다 우수한 제품을 개발하여 점유율을 확대할 수 있을지가 관건 - 비교적 성장률이 높은 차량용 반도체 및 전력 반도체 분야와 본격적인 개화를 앞두고 있는 사물인터넷용 MCU, 센서 분야에서는 국내 업체들 에게도 추가적인 참여 기회가 있을 것 차량용 반도체 중 안전과 직결되는 파워트레인 및 샤시 부분의 반도체 는 매우 높은 수준의 품질과 신뢰성이 요구되는 점 감안 - 지능형 반도체 업체의 핵심 경쟁력은 우수한 기술인력에서 비롯되므로 대표이사를 포함한 주요 기술진의 양질의 기술 경험이 필수적 국내 외 대기업, 연구 기관의 IC 설계팀 또는 팹리스에서 최소 10년 이상의 IC 설계 경험 및 양산 경험 선호 - 71 -
집필진 분 야 담 당 자 총 괄 팀 장 이웅주 팀 장 박상철 착용형 스마트 기기 지능형 반도체 부부장 김인복 행 원 이종훈 본고의 내용은 집필진의 견해이며, 한국산업은행의 공식입장이 아닙니다.