‘반도체 업계, 디지털화로 인해 성장가도(Return to outsize growth for the semiconductor industry)’ 주제로 발표

지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어(지멘스 EDA 사업부)가 국내 대표적인 연례 EDA 행사인 ‘Siemens EDA Forum 2022’는 올해 코로나19 대유행으로 인해, 3월 22일 오후 1시부터 5시까지 온라인으로 진행했다.
‘지멘스 EDA 포럼 2022’는 반도체/전자 설계/검증 엔지니어를 위한 가장 최신의 설계 방법론과 기술 트렌드를 소개하는 EDA 분야 최고의 기술 컨퍼런스다. 이번 행사에서는 격변하고 있는 디지털화된 시장과 반도체 설계의 모든 영역에서 꼭 필요한 최신 기술을 소개했다.
조셉 사위키(Joseph Sawicki) 지멘스 EDA 수석부사장은 ‘반도체 업계, 디지털화로 인해서 성장가도(Return to outsize growth for the semiconductor industry)’라는 주제로 기조연설에 나서, 지멘스의 기술 리더십을 발표했다.
조셉 사위키 수석부사장은 오늘날의 디지털화가 가져온 반도체 시장에 작용하고 있는 모든 역학 관계를 분석하고, EDA 업계의 기회와 당면 과제를 소개했다.

지멘스 EDA 포럼 - 기조연설 주요 내용
불과 1년 만에 10년치에 해당되는 디지털화가 모든 산업 전반에 걸쳐 일어났다.
이는 반도체 산업의 혁신에 힘입은 것이다. 클라우드의 사용에 있어서 극적인 성장이 이루어져 어디에서나 작업할 수 있게 되었으며, 원격의료 분야도 급격히 성장했다. 온라인 협업 툴의 사용률은 무려 4,000%나 증가했다.
이 모든 인상적인 추세에도 불구하고 반도체 산업의 대대적인 활성화는 이제 막 시작되었을 뿐이다. 새로이 부상하고 있는 컴퓨팅 및 통신 인프라는 사물인터넷(IoT)이 오랫동안 기대되던 가치를 제공하기 시작함에 따라 인공지능과 같은 신기술과 함께 업계의 경쟁 판도를 무서운 속도로 재편하고 있다. 무역전쟁에 대한 우려가 있는 것은 사실이지만, 반도체 시장이 다시 한번 극적인 성장 가도에 들어섰음은 의심의 여지가 없다.
조셉 사위키(Joseph Sawicki) 지멘스 EDA 수석부사장은 “EDA 업계는 기술 확장에 계속 집중하면서 새로운 공정 노드와 3D 패키징에 대한 기대에 부응해야 한다. 또한 설계 확장을 가능케 함으로써 디자이너가 전례 없는 규모와 기능의 새로운 SoC를 자신 있게 보다 단축된 일정 내에 개발할 수 있도록 해야 한다”고 말했다.
또한 그는 “EDA 업계는 IP에서 소프트웨어 및 시스템에 이르기까지 진정한 시스템 확장의 실현을 요구받고 있다. 시스템의 복잡성이 증가함에 따라 검증 및 시스템 타당성 검증이 필요해지고 있으며, 궁극적으로는 디지털 트윈이 요구되고 있다”고 강조했다.

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발표 요약
디지털화로 더 스마트한 시스템을 구축할 수 있게 되었다. 이러한 시스템은 즉석에서 재구성이 가능하며, 전례 없는 사용자 경험을 제공할 수 있다.
현장의 온 프레미스 작업 환경을 전 세계에 분산되어 있는 직원들과 함께 일하는 작업 환경으로 옮겨갈 수 있게 되었다.
전자 분야에서 반도체의 매출 추세를 살펴보면, 1950년대 중반부터 전반적인 전자제품에서 반도체 분야의 수치는 약 16%로서 상당히 일정한 수준을 유지했다.
하지만 전반적으로 보다 뛰어난 기능을 갖춘 새로운 스마트 시스템의 출시가 늘어남에 따라 2026년경에는 전자제품의 25%가 반도체를 통해 실현되는 추세로 가고 있음을 알 수 있다. 이 같은 증가 추세는 기업들에게는 진정한 기회가 아닐 수 없다.
또한 반도체가 시스템 업체에 있어서 얼마나 중요한 지도 알 수 있다. 시스템 업체가 IC 설계 기업까지 겸하는 경우가 늘어나고 있다는 점에서 확인할 수 있다.
이러한 추세가 처음 시작된 것은 스마트폰과 같은 분야로 애플, 구글을 비롯한 주요 기업들이 독자적인 설계에 나서는 추세다. 통신 및 자동차 관련 기업들도 반도체 소비자가 아닌 설계자가 되고 있다.
시스템 기업이 파운드리의 매출에서 차지하는 비율이 10년 전에는 크지 않았지만, 내년에 21.3% 정도로 예상될 만큼 증가했다. 거의 27%에 달하는 연평균 성장률로서 다른 두 분야보다 상당히 높은 수치다. 이러한 추세 중 상당 부분은 애플의 아이폰과 같은 분야에서 확연히 드러났으며, 갈수록 더 보편화되고 있다.
이는 시스템 업체들이 아키텍처에 대한 통제력을 보다 강화하고, 자신들의 전반적인 애플리케이션 스택에서 고객에게 보다 나은 경험을 제공할 수 있는 역량을 갖추려 하고 있기 때문이다.

시스템 업체가 IC 설계에 직접 나서는 추세로부터 분명하게 드러나는 네 가지 동향이 있다.
•센서 : 실제 세상을 디지털화하여 컴퓨팅 인프라로 가져옴으로써 새로운 유형의 애플리케이션을 내놓을 수 있도록 돕는다.
•엣지 컴퓨팅 : 갈수록 더 많은 디바이스를 보다 작은 공간에 통합하고, 머신러닝과 AI 같은 기술을 칩 안에 탑재할 수 있게 되면서 에지에서 더 많은 컴퓨팅을 보다 효과적으로 수행할 수 있다.
•5G : 5G는 기존의 인프라 및 무선통신 분야에서 향후 수년간 약 18%의 성장률을 보일 것으로 예상되는 강력한 성장 기회다. 또한 5G가 소비자나 자동차, 산업 등의 IoT 분야에 적용되는 추세가 한층 더 큰 기회를 가져오는 견인차가 될 것이다. 
•데이터센터 : 데이터센터 자체에서도 상당한 성장 기회가 나타나고 있음을 알 수 있다. 컴퓨팅 및 데이터센터의 주요 아키텍처 소스가 되기 위해 치열한 경쟁이 빈번히 일어나고 있다. 또 코로나로 인해
가상화 업무 환경으로 전환하는 추세로 인해, 향후 5~6년간 대규모 시장의 연평균 성장률(CAGR)은 11%에 이를 것으로 예측되며, 2020년대 말에 이르기까지 수년간 14%로 상승할 것이라 전망된다.
2030년경에 반도체 시장규모가 1조 달러에 이를 것으로 예상되며, 시장의 절반가량을 AI 기능을 갖춘 칩이 차지하게 될 것으로 보인다. 대표적인 예가 휴대폰용 애플리케이션 프로세서 같은 제품으로서, 이들은 안면인식과 같은 기능을 수행하는 AI 엔진을 탑재하고 있다.
2009년에는 금융위기로 인해 반도체 콘텐츠에 소비되는 연간 금액이 평균 10억 달러 이하로 추락했다. 이 수치는 2013년까지 계속 하락해 5억 달러까지 떨어졌다. 당시의 많은 기사들은 대형 칩 기업에 투자하는 시대는 끝났으며, 유일하게 남은 투자 기회는 IP나 소형 아날로그 칩 같은 것뿐이라는 예측했다. 하지만 다들 알고 있듯이 추세는 역전되었으며, 2021년에는 100억 달러에 가까운 투자금이 반도체 분야의 스타트업으로 유입되었다. 이러한 추세는 전 세계로 확장되고 있다.
설계 활동면에서 각국에 어떤 일이 일어나고 있는지 지난 10년간을 살펴보면, 전 세계 EDA 산업의 매출 규모는 약 9%의 연평균 성장률을 보였다. 반면에 한국은 12%의 성장률을 보이고 있으며, 이는 한국의 설계 활동이 점점 더 증가하고 있음을 나타내는 것으로 향후 산업 발전을 위한 좋은 토대를 제공한다.   

디지털화와 애플리케이션에 AI 적용 확대라는 추세에 맞춰 지멘스 EDA의 주요 공략 분야는 다음과 같다.
첫째는 기술 스케일링(Technology scaling)이다. 디지털화의 구현에 따른 기본적인 이점 중 하나는 무어의 법칙, 즉 스케일링 기술이 계속 가능해지고, 시간이 지남에 따라 동일한 비용으로 더 많은 기능을 제공할 수 있으므로 이를 통해 변혁을 실현해 매우 긍정적인 미래를 달성할 수 있다.
둘째는 설계 스케일링(Design scaling)이다. 무어의 법칙에 따르면, 2년마다 두 배 더 많은 트랜지스터를 다이에 집적할 수 있지만, 그 대신 2년마다 두 배 더 많은 트랜지스터를 설계해야 한다. 따라서, 기하급수적인 비용 증가 없이 이를 가능케 해줄 새로운 방법론을 도입해야 한다. 기존의 방법을 고수한다면 결국에는 전 세계시장을 위해 생산해야 하는 칩 물량에 따른 초기 개발 비용(N RE) 증가를 정당화하기가 매우 어려워질 것이다.
마지막 셋째는 시스템 스케일링(System scaling)이다. 갈수록 센서를 통해 에지 컴퓨팅이 이루어지고, 5G를 통해 데이터센터로 보내지는 환경에서는 애플리케이션을 반도체가 생산되기도 전부터 반도체 전반에 걸쳐 인증해야 한다. 그래야만 전반적으로 애플리케이션이 반도체의 파라미터에 부합되고, 사용자는 기대 성능을 경험할 수 있다.
이러한 현상은 EDA 툴 부문에서도 일어날 것이다. 이를 클라우드 인프라에서 제공할 수 있다면, 유연한 컴퓨팅 환경을 기반으로 설계 작업에 제약이 사라질 것이다.
EDA는 설계 및 제조 테스트에 도움을 줄 뿐 아니라 칩의 수명주기 전반에 있어서 매우 중요한 부분이다. 지멘스 EDA는 ATPG 구조를 디바이스에 탑재해 제조 테스트를 수행하고, 인시스템 테스트를 수행하여 칩이 중요한 안전 중심의 애플리케이션에서 신뢰성을 갖는지 확인하는 일에서부터 분석 기능을 칩에 탑재하여 신뢰성, 시간 경과에 따른 노후화와 같은 사항에 대한 데이터를 측정, 인증 및 수집할 수 있도록 하고, 보안 침입과 같은 사항을 모니터링하며, 시간 경과에 따른 기능 안전성의 보장까지 지원한다.
EDA 분야는 전자산업 분야뿐 아니라 세계경제 전반에 있어서도 갈수록 더 중요한 부분이 되고 있다. 시장규모가 커지면서 시장의 투자 및 새로운 설계 활동이 고무되는 추세다.