엔카

과거 일부 최고급 수입 외제차들은 흔히 '돈 주고도 못 사는 차'라고 통했습니다. 현지에서 차를 배에 싣어 한국으로 들여오기까지 오랜 시간이 걸려 경우에 따라 차량 구매계약을 하고 차량을 인도받기까지 최소 몇달, 길게는 1년 넘게도 기다려야 하는 경우가 흔했죠.

하지만 2022년 현재에 와서는 거의 대부분의 차가 '귀하신 몸'이 됐습니다. 차량용 반도체 수급난이 끝날 기미가 보이지 않으면서 국산 신차 출고대기기간이 1년 6개월까지 달하는 기현상이 벌어지고 있습니다.그런데 우리는 여기서 한 가지 궁금증을 갖게 됩니다. 분명히 '삼성'이 세계 1위 반도체 생산 기업이라고 하는데, 왜 우리나라에서 차량용 반도체를 구하기가 그렇게 어렵다는 걸까?

정답은 간단했습니다. 삼성이 1위 자리를 지키고 있는 '반도체'는 '메모리 반도체' 입니다. 하지만 '차량용 반도체'는 별개의 기술영역이고, 시장 상황도 전혀 다르기 때문입니다.삼성이 세계 1위 자리를 차지하고 있는 '메모리 반도체'는 쉽게 말해 정보를 '저장'하는 반도체입니다.

하지만 차량에 탑재되는 '차량용 메모리'는 정보를 저장하는 용도의 '메모리 반도체'도 필요하지만, 연산과 추론 등 정보를 '처리'하여 어떠한 역할을 수행하는 '비(非)메모리 반도체'도 필요하기 때문입니다. 쉽게 비유하자면 메모리 반도체가 '신문'이라면, 비메모리 반도체는 그 신문을 읽는 '사람'인 셈이죠.

차량의 파워트레인, 샤시, 바디, 자율주행, 인포테인먼트, 전동화 기술들이 발전하면서 전기장치부품의 비중이 점점 증가하고 있습니다. 전기장치부품(이하 전장품)의 구성은 크게 3가지로 구분할 수 있습니다.

(1) 센서 : 시스템의 물리량 (온도, 위치, 각도, 압력, 가속도, 농도)을 전기적 신호로 변환하는 센서가 있습니다.
(2) 제어기 : 센서로부터 받은 신호를 처리하여 판단하는 제어부가 있습니다.
(3) 액추에이터 : 제어기로부터 받은 지령을 물리적인 출력 (직선운동, 회전운동, 열, 빛 등)으로 변환하는 액추에이터가 있습니다.?

여기서 제어부는 다시 3가지로 구분해 볼 수 있습니다.

(1) 하드웨어 : 마이크로컨트롤러를 포함한 전자회로 장치 및 반도체
(2) 네트워크 : 데이터를 송수신 (와이어)
(3) 소프트웨어 : 제어기를 동작 및 운영하기 위한 프로그램?

이번 포스트는 차량용 전장 부품의 핵심 부품, 반도체에 대해 간략히 알아보고자 합니다. 반도체는 크게 메모리 반도체와 비메모리 반도체로 구분할 수 있습니다. 메모리 반도체는 이름과 같이 정보의 저장 기능을 수행합니다. 그리고 그 밖의 비메모리 반도체는 디지털 반도체, 아날로그 반도체, 전력 반도체 등이 있습니다.

디지털 반도체는 연산 및 논리 기능을 수행하며 주로 MCU (Micro Controller Unit), FPGA (Field Programmable Gate Array), 논리연산 소자 등을 포함합니다. 아날로그 반도체는 아날로그 신호를 다루는 반도체부터 전원 IC, 신호처리 반도체, op-amp 등을 포함합니다. 전력 반도체는 최근 전기차 시장이 성장하면서 인버터, 컨버터의 전력변환용으로 사용되는 MOSFET, IGBT 등이 있습니다.?차량용 반도체는 외부 환경에 노출되고, 내구에 강해야 하며, 신뢰도가 높아야 한다는 특성 때문에 수명 및 내구 조건이 까다롭습니다. 차량용 반도체는 AEC Q-100이라는 차량용 반도체 시험 규격이 따로 있을 정도로 엄격하게 관리되고 있습니다.?

차량용 반도체는 비메모리 반도체가 월등히 높으며, 마이크로프로세서와 파워/전력 반도체 위주로 급격하게 성장하고 있습니다. 바로 자율주행 기술과 전기차 보급의 확대 때문이라고 볼 수 있습니다. 또한, 차량용 반도체 회사는 대부분 독일, 일본, 미국계 회사가 시장을 장악하고 있습니다.?

차량용 반도체는 반도체 회사에서 설계 및 제작을 하고, 부품 공급사로 납품을 합니다. 자동차 부품 공급사에서는 반도체를 이용하여 제어기, 인포테인먼트 시스템, 전기차 인버터, 컨버터 등을 설계하여 자동차 회사로 납품하게 됩니다.

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▶ 최근 차량용 반도체는 SoC (System on Chip), SIP (System In Package)를 많이 적용하려는 추세입니다. SoC는 하나의 칩 안에 여러 기능을 구현한 것을 의미하고, SIP는 하나의 패키지 안에 목적과 기능에 맞는 여러 개의 칩과 소자를 집적시키는 기술을 의미합니다. 시스템을 소형화, 경량화할 수 있고 단거리 접속 경로를 통해 노이즈 문제 저감 및 고성능 시스템을 구현하는데 최적화할 수 있습니다.

?자율주행 시스템 및 커넥티드 카의 발전으로 고성능 CPU와 GPU의 필요성이 확대되고 있습니다. 고성능 CPU와 GPU 역시 SoC로 활용이 확대될 전망입니다.?▶ 차량 제어기는 기능별로 독립적인 제어기가 존재하고, 이들 사이에 통신을 하는 구조입니다. 하지만 향후 중앙 집중형의 통합 제어기 및 OS 중심의 아키텍처 변화가 일어날 것으로 예상하고 있습니다.