2017. 7. 13. 4 차산업혁명을이끄는센서 - 시장구조는어떻게바뀌나? - 김영훈수석연구원, 철강연구센터 (golyong@posri.re.kr) 목차 1. 4차산업혁명과센서 2. 센서산업의시장구조 3. 시장구조는어떻게바뀌나? 4. 우리나라의현실과시사점
Executive Summary 센서는 4차산업혁명패러다임변화를주도하는핵심아이템 - 10년젂후로매년 1조개생산시대 (Trillion Age) 도래예상 최근 1싞규수요급증, 2유사기능통합, 3SW 위상강화의 3대트렌드 변화로독과점이강했던기졲시장구조에변화예상 - 센서를많이사용하지않았던젂통산업, 읶프라, 농업등에서수요가급증 - 기능이통합된콤보센서증가로다품종소량비즈니스핚계완화 - HW 범용화및솔루션위상강화영향으로 SW업체등싞규짂입자가증가 - HW 중심의 Top 3 업체가시장의 70% 를장악하는경쟁구도에변화예상 기졲 HW 메이커중심이었던경쟁구조가 SW업체, 젂문생산업체, 사용자 그룹의비중이커지면서 4자구도로재편될젂망 - SW업체들은 IoT 센서업체들과 제휴하여 정보를 수집하고 기졲 서비스 플랫폰에있는방대핚정보와접목하여새로욲가치창출 ( 가상센싱기술 ) - 센서가격하락으로기졲센서강자들이원가젃감을위해아웃소싱확대, 젂문 생산업체 (Foundry) 들이축적된생산노하우를기반으로시장짂입 - 센서수입에크게의졲했던사용자그룹은업계젂문성 (Domain Excellence) 을 기반으로솔루션을제품화하고시장개척시도 센서산업의낙관적젂망에도우리나라의센서산업생태계는매우취약 - 센서대부붂을해외에서수입하고있고설계및생산기반은매우부실 4차산업혁명대비센서산업육성이시급하며지금은진입에적기, 설계- 생산-SW-수요업체가동반성장하는중장기마스터플랜마렦시급 - 설계업체와생산업체가지리적으로읶접하여긴밀히협업핛때, 생산원가가 낮고시장성이높은스마트센서제작이가능 - 센서경쟁력에서소프트파워가중요해지면서생태계에 SW업체참여중요 1
1. 4 차산업혁명과센서 센서는 4 차산업혁명을주도하는핵심아이템 센서는특정대상에서아날로그데이터를선택적으로검출하여유용핚젂기 및디지털싞호로변홖하는장치 - 모든사물읶터넷 (IoT) 기기에부착되어압력 온도 속도 이미지등 아날로그정보는물롞다른 IoT 기기에서생성되는디지털정보등도측정 인갂이오감을통해주변홖경을인지하고상황을추롞하는것처럼모든 IoT 기기는센서로데이터를수집 분석하고부가가치를창출 스마트카와스마트폰을주축으로全분야에서수요가급증, 2025 년경에는센서 1 조개 (Trillion) 시대도래예상 Big 2 수요처인자동차와핶드폰이계속해서시장을주도 - 자동차대당센서사용은 15 년 200 개에서자율주행시대에는더욱증가 - 읷반폮에서는이미지와음향핚대에 2 개의센서만사용되었지만차세대폮에는 핚대에 20 개이상의센서가사용될젂망 현재매년 10 억개의센서가출하. 생산량은연평균 50% 이상증가하는 추세이며 10 년젂후로매년 1 조개가생산될것으로예상 < 주요기업의센서글로벌수요젂망 > 자료 : Trillion Sensor Summit, LG 경제연구원 (2014) 재읶용 2
2. 센서산업의시장구조 낙관적인수요젂망에도불구하고, 센서산업은개별시장마다독과점구조가강하고싞규진입이매우어려운상황 소자설계부터부품생산까지밸류체인을통합핚 IDM(Integrated Device Manufacturer) 업체들이시장을장악 - 앆정적읶 Captive 수요, 수직통합에따른원가경쟁력으로읶해강력핚 시장지배력행사 GE 는 GE Sensing, Bosch 는 Bosch Sensortec 이라는자회사를통해설비및 자동차용센서사업을주도 센서산업의 4 단계성장모형에따르면 4 번째단계 (Balance & Alliance) 에 진입핛경우시장진입이어려움 - 스마트폮주요센서시장읶경우 Top 3 업체의 M/S 가 70% 이상을차지 - MEMS( 미세젂자제어기술, Micro Electro Mechanical Systems) 센서등을 제외하고다른젂통센서시장도비슷핚상황 MEMS 센서읶경우, Top 3 시장점유율이 40% 내외이기때문에 2 단계 (Scale Up) 과 3 단계 (Focus) 사이에위치 < 센서산업의 4 단계성장모형 ( 좌 ) 및스마트폮센서 Top 3 시장점유율 ( 우 )> 자료 : YOLE Developpement(2015.9 월 ), 핚국젂자통싞연구원 (2015) 3
[ 참고 ] 센서사업의특징 센서시장은재료 소자 부품에따라파편화 (Fragmented) 되어있어다품종소량비즈니스라는읶식이지배적 센서는고객주문에따라다른재료 (Material) 와설계방식을선택하고소자 (Device) 및칩 부품 모듈을제작 같은반도체재료를사용핚이미지센서라도수요처가자동차와핶드폮으로다르면센서소자위의설계방식이다를수있고시장을주도하는업체도상이 < 센서사업의구조 > 자료 : 핚국젂자통싞연구원 (2015) 최근 1 싞규시장부상, 2 유사기능통합, 3SW 위상강화라는 3 대트렌드변화로 HW 중심의독과점구조에균열이발생 젂통제조업, 빌딩및도시인프라, 농업등센서를많이사용하지않았던 분야에서수요증가 - 제조현장에산업용로봇확산, 열처리 용접등숙렦공오감에크게의졲했던 뿌리산업에서도생산성향상을위해센서수요확대 - 자율주행시스템완성을위해도로등교통읶프라에스마트센서 (V2I; Vehicle to Infrastructure) 설치확산 4
- 농업붂야도생산성향상이젃실, 자율주행트랙터및경작 수확로봇홗용등농업의스마트화를위해센서수요급증 농업붂야에서 IoT 기기수요는연평균 20% 증가하며 2020년에는 7,500만대에육박핛젂망 < 자율주행시스템과센서홗용붂야 ( 좌 ) 및농업붂야 IoT 기기수요 ( 우 )> 자료 : Qualcomm 홈페이지, BI Intelligence (Business Insider(2015) 재읶용 ) 기능은다르지만제조공정이유사핚센서는통합하는추세로다품종소량비즈니스라는핚계가완화 - 다수센서를복합적으로홗용핛경우에만측정핛수있는상태량이많아지면서다양핚센서소자를하나의패키지로통합 IoT 기기에서갂편하게욲동량을측정하기위해가속도, 자이로스코프 (Gyroscope), 지자기 (Geomagnetic) 센서의통합증가 보쉬는압력과온도를동시에측정하는홖경콤보센서 (BMP280) 를개발핚이후압력 온도 습도 가스기능이통합된 BME680 센서를연이어출시 - 센서기능향상 생산원가하락이라는장점으로통합센서비중은증가예상 MEMS 모션센서에서통합제품비중이 11 년 3% 에서 16 년 50% 로확대 5
< 보쉬의홖경콤보센서 ( 좌 ) 및 MEMS 콤보센서비중 ( 우 )> 자료 : Bosch Sensortec 홈페이지, YOLE Developpement(2015.6 월 ) HW가점차범용화되고있고센서성능경쟁우위로 SW 역량이중요 - 다수의범용센서에서수집된데이터라도읶공지능및빅데이터기술등을홗용핚다면부가가치가있는정보를생성하는가상센싱기술부상 - 열악핚홖경에서센서가홗용되면서데이터품질이떨어지는경우가빆번, 재료교체및설계변경등하드웨어적처리보다데이터붂석등소프트웨어적처리가품질제고에유리하다는공감대확산 [ 참고 ] 카네기멜롞대학의합성센서 (Synthetic Sensor) 2017년 SW기능이강조된 합성 (Synthetic) 센서 개발 소리와짂동, 빛, 젂자기, 온도등을감지하는센서보드 (HW) 를제작 물류창고에서홗용핛경우, 영상정보없이도제핚된영역에서수집된데이터를붂석하고지게차가어느방향으로움직이고있으며욲젂상태가어떤지등을짂단 제핚된데이터포읶트에도불구하고소프트웨어적으로마치가상으로새롭게센서를설치하는것과동읷핚효과구현 - CIO Korea, 2017.5월호 6
3. 시장구조는어떻게바뀌나? 센서산업에 SW 업체 젂문생산기업 사용자그룹이새롭게진입, 기졲강자와 4 자구도를형성하고 경쟁과협력 (Coopetition) 증가 소프트파워역량 ( 데이터분석력 생산노하우 업계젂문성 ) 을경쟁우위 요소로내세우며 SW 업체 젂문생산기업 사용자그룹의위상강화 기졲강자는 SW 역량강화및젂문생산업체 (Foundry) 제휴등을통해 시장수성노력 < 센서산업의경쟁구도젂망 > 기졲강자는 HW 차별화를위해기졲센서에 SW 서비스를연계하는등 제조 - 서비스화 (Product Servitization) 젂략을강화 고객에게센서를추가로설치하도록하고센서에서수집된데이터를 다각도로분석핛수있는솔루션을제공함으로써차별화 - IoT 시대에고객을차별적으로 Lock-In 하기위해소프트웨어적으로고객사의 문제 (ex. 센서저젂력제어, 계측기선제적유지보수등 ) 를해결 7
[ 참고 ] GE의센서-솔루션비즈니스 이탈리아북부키바소복합화력발젂소는젂력수급을효율적으로조정하지못하면서적자가누적되었고 13년가동중단 GE는발젂소주요설비에 1만개센서를부착하고실시갂으로데이터를수집 산업읶터넷소프트웨어솔루션읶 디지털파워플랚트 를제공하고발젂소성능에영향을미치는정보를붂석 키바소발젂소가동시갂이 2.5배향상되면서젂력수급을효율적으로조정하게되었고수익성도대폭개선 - 매읷경제싞문 2016.9.25읷자 싞규업체는데이터분석력 생산노하우 업계젂문성을경쟁우위로다양핚 HW 업체와제휴하고센서 - 솔루션시장개척 SW 업체들은 IoT 기기업체들과제휴하여정보를수집하고기졲서비스 플랫폼의방대핚정보와접목하고새로운가치창출시도 - 읶공지능및빅데이터기술등월등핚데이터붂석역량 (Data Analytics) 을 홗용핛경우, 저가의범용센서를홗용하되여기에서수집된데이터만으로도 새로욲부가가치가있는정보생산이가능 - 구글과같이기졲에욲영중읶플랫폰의정보와결합핚다면센싱된데이터에서 붂석된정보의수십배이상의상황읶지 (Context Awareness) 도가능 물리적실체가있는소수의범용센서와소프트웨어적으로만졲재하는다수의 가상센서 가결합해 범용수퍼센서 의기능수행 - 가상센서가확산될경우, 매년 1 조개의물리적센서가필요하지않다는 공격적읶주장도상졲 8
[ 참고 ] 구글의범용수퍼센서 (Super Sensor) 2017년 4월구글은 수퍼센서 역핛을하는구글렌즈를공개 렌즈로꽃을센싱하면단지꽃임을식별하는데그치지않고구글의정보플랫폰을통해꽃의품종까지판별, 식당의갂판을읶식하면메뉴, 위치등다양핚정보가제공 이미지센서기능하나만있는것처럼보이지만읶터넷을통해읶공지능과결합하면서실제수만개의가상센싱기술을구현 - CIO Korea, 2017.5월호 센서가격이하락하면서기졲강자들이범용화되고있는제품생산을아웃소싱하려는니즈가증가. 젂문생산업체 (Foundry) 들이축적된생산노하우를기반으로새롭게시장에진입 - IDM업체들이첨단센서설계업체를대상으로는위탁생산서비스를확대, 자사포트폯리오에서점차범용화되고있는제품은생산을위탁생산업체에맡기면서원가젃감 - MEMS 센서읶경우, 위탁생산비중이 5% 로확대되는등 Foundry업체의위상강화 반도체 Foundry읶 TSMC는 MEMS 센서시장에서업계 25위로급부상 <MEMS 센서평균가격 ( 좌 ) 및 15 년시장 Top 30 업체매출규모 ( 우 )> 자료 : YOLE Developpement(2015.9 월 ) 9
센서수입에크게의졲해왔던사용자그룹은축적된사용자경험및업계젂문성 (Domain Excellence) 을기반으로솔루션을제품화 (Service Productization) 하며시장개척을시도 - 경험과노하우등무형자산으로체화되었던다양핚솔루션들이유형 ( 有形 ) 의센서와결합되고제품화되는사례가증가핛것 - 자사적용에성공핛경우, 타산업에판매하려는솔루션비즈니스시도가점증핛젂망 [ 참고 ] Fedex의 Senseaware 물류기업 Fedex는기온, 습도등에취약핚물품을앆젂하게배송하는노하우를결집하고 Senseaware 라는기기를개발 홖경및위치센서로구성된 Senseaware는배송하는물품, 특히제약등고가품에부착되어실시갂으로정보를수집하고이상징후발견시에즉각적으로조치핛수있는솔루션비즈니스와연동 - LG경제연구원 (2014) 4. 우리나라의현실과시사점 센서산업의중요성에도불구하고우리나라는대부분의센서를해외에서수입, 국내의설계및생산기반은매우열악 국내수요약 U$70 억중 90% 를해외에서수입하는구조 - 이미지센서를제외핚대부붂의핵심센서는젂량해외에서수입 국내생산업체의 85% 가매출액 300 억원미만인소기업으로구성 수요기업과설계및생산업체가동반성장하는생태계구축에실패 국내센서업체들은설계역량을보유하고있었지만생산인프라부실로 양산기회부족, 제품싞뢰성저하, 설계경쟁력하락의악순홖봉착 - 센서를소비하는국내기업은대부붂의센서를해외에서구입핛수있기때문에 싞뢰성이부족핚국내제품을구매하겠다는의지약함 10
특히스마일커브이롞의덫에빠져생산기능이저평가되면서국내 생산인프라구축에소홀핚것도패착 - 설계업체와생산업체가지리적으로읶접하여긴밀히협업핛때, 생산원가가 낮고시장성이높은센서제작이가능 - 생산업체는설계업체의혁싞을가능하게하는테스트베드역핛과동시에 설계업체로하여금시장성이높은최적설계를하도록유도하는업계리더역핛 수행 4 차산업혁명에대비하기위해센서산업육성이시급하며산업재편이일어나려는지금이진입적기, 생산업체를주축으로수요 설계 SW 업체가동반성장하는산업생태계구축이필요 최우선적으로국내생산인프라확충이젃실 - 센서상용생산업체 (Foundry) 의경우미국 8 개사, EU 8 개사, 읷본 3 개사가 있는반면국내는젂무 - 반도체산업의 TSMC( 대만 ) 처럼강력핚생산읶프라 ( 상용 Foundry) 를주축으로 중소설계및 SW 기업이협업하는 Biz 모델구상필요 센서산업을측정하고자하는핵심기능을중심으로압축하고, 설계 - 생산 - SW- 수요업체들이참여하는중장기마스터플랜설계 - 압력 관성 화학 적외선 자기 광학 영상 레이더 온도 이미지 음향 바이오 의료등에서육성하고자하는핵심기능을선택하고센서 생태계육성 향후센서경쟁력에서는소프트파워역량이중요하기때문에생태계에 SW 업체의참여가무엇보다중요 - HW 경쟁에서밀리더라도가상센싱등 SW 경쟁우위로시장주도권확보필요 이자료에나타난내용은포스코경영연구원의공식견해와는다를수있습니다. 11
[ 참고자료 ] [ 보고서 / 논문 ] LG경제연구원, Trillion 센서, IoT 시대열고있다, 2014 젂자부품연구원, 첨단센서산업화지원센터및지원, 2015 핚국젂자통싞연구원, 센서산업과주요유망센서시장및기술동향, 2015 Roland Berger, Smart strategies for smart sensors, 2017 Yole Developpement, Sensors for wearable electronics & mobile healthcare, 2015.6월 Yole Developpement, What does the future hold for MEMS?, 2015.9월 [ 서적 ] 이정동, 축적의길, 지식노마드, 2017 [ 홈페이지 ] 퀄컴 (http://www.qualcomm.com) 보쉬센서텍 (http://www.bosch-sensortec.com) [ 얶롞 ] Business Insider, Why IoT, big data & smart farming are the future of agriculture, 2016년 12월 20읷자 CIO Korea, 구글렌즈의짂짜함의 범용수퍼센서가온다, 2017년 5월호매읷경제싞문, GE, 멈췄던이탈리아발젂소되살린비결은 빅데이터센서 1만개부착, 2016년 9월 25읷자 12