「레이와(令和)의 미소동」 반도체 부족으로 밝혀진 일본 자동차 업계의 과제

[お持て成し]

「레이와(令和)의 미소동」 반도체 부족으로 밝혀진 일본 자동차 업계의 과제 / 1/23(월) / 일간자동차신문

새해 미국 라스베이거스에서 개최된 세계 최대의 IT 박람회 'CES2023'에서 새로운 브랜드 '아피라'와 개발 중인 전기차(EV) 프로토타입을 공개한 소니 혼다 연합은 반도체 대기업 퀄컴과 제휴, 신형 EV에 고성능 반도체를 공급한다고 발표했다. 퀄컴은 르노가 분사화해 발족할 예정인 EV전문회사 ‘암페어’에 대한 출자도 결정하고 있다. 이번 CES에서는 NVIDIA(엔비디아)가 메르세데스 벤츠, 현대자동차, 비아배(BYD), 홍해과기 집단(홍하이)과의 새로운 분야에서 제휴할 것을 발표했다.

존재감 높아지는 반도체 메이커

한때 반도체 메이커는, 티어2(2차 부품 메이커)나 티어3(3차 부품 메이커)의 취급이었다. 지금은 자동차 메이커가 신형차 개발로 반도체 메이커와 직접 협상할 정도로 그 존재감과 중요성은 높아지고 있다. '산업의 쌀' 이라고 불리는 반도체는 '자동차의 쌀' 이 되고 있다.

그 자동차의 쌀 부족은 여전히 심각하다. 2020년 말부터 시작된 차재용 반도체 부족은 ‘최악기는 벗어났다’ 며 회복세에 있지만 현재도 자동차 업체들은 감산 등 생산조정을 강요당하고 있다. ‘반도체 부족은 23년 계속된다’(미쓰비시 자동차·가토 타카오 사장)로 보는 자동차 메이커가 많아 신차 공급 지연이 해소될 것같지 않다.

자동차용 반도체 부족의 문제는 당초 신형코로나 바이러스 감염 확대로 자동차 수요가 급감한 영향을 받아 차량용 반도체의 주문이 취소된 것이 발단이다. 그 후 코로나에 의한 단절로 민생용 수요가 급증했고, 거기에 자동차 수요가 급회복했기 때문에 반도체 수급이 급박해 자동차 생산을 할 수 없게 되었다. 그 후도 미국 상무성에 의한 화위기술(화웨이)용 반도체 출하 정지 제재의 영향으로 화웨이가 시장에서 반도체를 대량 구입해 반도체 부족이 장기간에 걸쳐 계속됐다.

반도체 메이커 각사가 생산 능력을 대폭 증강한 작년 여름경부터는, PC나 스마트폰 등의 수요도 순환해, 민생용 반도체 수요의 감소로 재고도 쌓여 있다. 그럼에도 불구하고 차재용 부족이 해소되지 않는 이유는 자동차에는 40나노미터(나노는 10억분의 1) 이상의 레거시 반도체라고 불리는 구세대 제품을 많이 사용하고 있기 때문이다. 안전기술이나 환경대응기술을 실현하는데 사용되는 차재용 반도체는 「사람의 생명」에 관여하기 때문에 높은 품질이 요구된다. 게다가 자동차는 모델 체인지까지의 기간이 민생품에 비해 길고, 보수 부품용으로도 필요하기 때문에, 기술적으로 성숙한 것을 중시한다. 또한 자동차 관련 부품은 비용이 엄격하다.

이에 대해 스마트폰이나 데이터센터, 통신기기용으로는 선폭이 5~16나노미터의 첨단 반도체가 많이 사용되고 있으며, 반도체 메이커는 이 분야에 대한 투자를 늘려왔다. 수급이 긴박하고 있다고는 해도 반도체 전체에서 차지하는 점유율이 10% 전후밖에 없고, 이익률도 낮은 차재용 레거시 반도체에 새롭게 투자하는 반도체 메이커는 존재하지 않는다. 결과적으로, 민생용 반도체의 재고가 쌓이는 가운데, 차재용의 수급 핍박이 계속되고 있다.

차재용으로 부족한 반도체의 종류는 현재, 「ASIC」라고 불리는 자동차의 특정 용도용의 반도체나, 단일 기능용의 디스크리트 반도체라고 하는 저성능의 것이 중심. 이들 반도체에 대한 투자는 점차 감소 경향이 있다.

자동차 메이커 각사는 대책으로서, 범용 반도체에서의 대체나, 재고 쌓아 올려, 반도체 메이커와 캔슬 없는 장기 계약 체결, 조달처의 확대 등으로 대응해 왔다. 반도체의 제조 기간은 16~18주간 필요하며, 급한 발주 변경에는 대응할 수 없다. 이 때문에, 우선 「양」의 확보를 최우선으로 하고 있다. 반도체나 그것을 탑재하고 있는 차재 디바이스에 관해서는, 필요한 것을, 필요할 때에, 필요한 양을 조달해 낭비를 방지하는 「저스트 인 타임」(JIT)의 적용을 사실상, 제외하고 있다.

선진운전지원기술(ADAS)·자동운전기술의 진화, 시장 확대가 예상되는 EV의 항속거리를 늘리는 데 반도체가 하는 역할은 크다. 자동차 메이커는 통신으로 차재 소프트웨어를 업데이트해 새로운 기능을 추가하는 OTA(오버지 에어) 대응도 진행하고 있지만, 여기서도 소프트웨어, 하드웨어의 성능을 결정하는 것은 반도체다. 이들을 고려하면, 고성능인 차재 반도체가 차세대 차량에는 필수 불가결하며, 이것이 각 모델의 경쟁력을 크게 좌우한다.

반도체는, 선폭이 미세화할수록, 퍼포먼스가 향상되고, 소형화할 수 있고, 소비 전력도 저감할 수 있다. "반도체 회로의 집적 밀도는 1년 반부터 2년으로 2배가 된다"는 무어의 법칙에 거의 따라 미세화가 진행되었다. 그리고 고도의 ADAS나 자율주행, OTA를 실현하기 위해 자동차용으로 선폭이 1자리대의 로직 반도체로 세대 교체가 진행된다.

이러한 차세대 차량용 로직 반도체의 국내 조달 환경은 단계적으로 정비가 진행된다. 반도체 수탁제조 세계 톱의 대만적체전로제조(TSMC)는 소니그룹, 덴소와 공동으로 구마모토현 기쿠요초에 반도체를 제조하는 공장을 건설 중이며 24년에 가동한다. 투자액은 약 8천억엔으로 정부는 보조금으로 약 4700억엔 지원할 예정으로 국가가 전면적으로 백업한다. 신공장에서는 12/16나노미터와 22/28나노미터의 로직 반도체를 제조해 자동차 등에 공급한다.


첨단 반도체 채용에 신중한 자동차 제조업체

보다 고성능인 차세대 반도체를 국내에서 조달할 준비도 진행된다. 경제산업성이 주도해 도요타자동차나 NTT, 덴소 등 국내 주요 기업 8개사가 출자하는 라피다스다. 1980년대 후반에는 50% 갖고 있던 일본 반도체 산업의 점유율은 이미 10%를 차지하고 있다. 라피다스는 일본 반도체 산업을 재흥하기 위해 세계에서 싸울 수 있는 첨단 반도체를 국내에서 위탁 제조하는 업체가 되는 것을 목표로 발족했다. 2나노미터의 첨단 반도체 개발에 성공한 미국의 IBM과 라이센스 계약을 맺어 2020년대 후반에 2나노미터 공정의 양산 기술 확립을 목표로 하고 있다.

미래 자동차 경쟁력을 좌우하는 고성능 로직 반도체를 국내에서 조달할 수 있는 환경이 정비되는 한편, 과제가 되는 것이 일본 자동차 메이커 반도체의 조달 전략이다. 이미 해외 자동차 메이커의 일부는 5나노미터나 7나노미터 등 스마트폰 수준의 반도체의 차세대 차량에 탑재하기로 결정했다. 자동차 기술의 고도화로 차재용 반도체의 탑재수는 증가하여 시스템이 복잡해지고 있다. 이를 피하기 위해, ECU(전자 제어 유닛) 등의 통합이 진행되지만, 이를 위해서는 처리 능력이 높은 고성능 반도체가 필요하게 된다.

그러나, 일본의 자동차 메이커는, 신뢰성이나 코스트 등의 면으로부터, 첨단 반도체의 채용에 신중한 자세를 무너뜨리고 있지 않다. 품질·비용·공급 체제를 중시하는 종래의 조달 전략에서는 '신시대'의 자동차로 시프트하는데 늦을 우려가 있다. OTA를 활용해 소프트웨어를 무선통신으로 업그레이드하고, 기판차에 새로운 기능을 추가하는 비즈니스를 전개하기 위해서는, 미리 오버스펙의 반도체를 탑재해 두는 것이 필요한 경우도 있다.

부품 조달의 관습도 중요하다. 덴소의 카토요분 경영임원·CTO(최고기술책임자)는 “반도체와 자동차는 상습관이 다르다. 이를 바꿀 필요가 있다”고 지적한다. 자동차의 경우 한 번 채용한 반도체는 보수품을 포함해 10~20년간 필요하며, 이것이 레거시 반도체를 다용하게 이어지는 면이 있다. 반도체의 세대 교체가 2년 정도로 진행되는 것을 생각하면, 지금의 본연의 자세는 공급자에의 부담이 크다. 같은 성능을 낼 수 있다면, 그 디바이스에 탑재하고 있는 반도체의 세대 교체를 자동차 메이커가 유연하게 인정하면 차재 반도체의 세대 교체도 진행되기 쉬워진다.

게다가 이것이 실현되면, 현재의 반도체 부족 문제의 해소에 도움이 된다. 자동차 메이커 각사가 반도체 부족 등으로 여전히 감산하고 있는 가운데 많은 차재 반도체를 탑재하는 EV전업 테슬라의 22년 판매 대수는 전년 대비 40% 증가한 131만대로 과거 최고를 경신했다. 테슬라는 차재 반도체를 자사에서 설계하고 있으며, 부족한 반도체가 있어도 단기간에 범용품을 사용하여 대체할  수 있는 능력을 가지고 있는 것이 주효했다. 반도체에 관한 노하우를 가진 테슬라는 타사에 선행하여 선폭 1자리대의 고성능 반도체를 채용하고 있는 것도 반도체 부족의 영향을 최소한으로 유지하고 있는 이유다.

퀄컴이 르노의 EV 전용 회사에 출자를 결정하고 선진적인 EV 개발을 목표로 하는 소니 혼다 모빌리티와도 제휴하는 등 자동차 메이커 측도 반도체가 차세대 차의 차별화에 있어서의 키가 된다는 것은 이해하고, 티어 1(1차 부품 메이커) 수준과 관계를 깊게 하고 있다. 일본 국내에서는 첨단 반도체를 조달하는 환경도 정비된다. 향후 세대교체의 간격도 설계·개발, 제조 리드타임도 다른 반도체를 어떻게 자동차에 활용해 나갈지가 자동차 메이커 경쟁의 축이 될 가능성이 있다. JIT를 강력하게 성장해 온 일본의 자동차 메이커이지만, 반도체의 조달 전략의 대담한 재검토를 강요당한다.

(편집 위원 노모토 마사히로)

https://news.yahoo.co.jp/articles/86a30877c5d6a0c96ff01039fa1489aaad9a7a0e?page=1 

「令和の米騒動」半導体不足で明らかになった日本の自動車業界の課題　大幅な見直し迫られ

「令和の米騒動」半導体不足で明らかになった日本の自動車業界の課題　大幅な見直し迫られる調達戦略
1/23(月) 8:16配信


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日刊自動車新聞
ラピダスは日本の半導体産業を再興するため、世界で戦える先端半導体メーカーを目指す

　年明けの米国ラスベガスで開催された世界最大のIT見本市「CES2023」で、新しいブランド「アフィーラ」と、開発中の電気自動車（EV）のプロトタイプを公開したソニー・ホンダ連合は、半導体大手クアルコムと提携、新型EVに高性能半導体を供給すると発表した。クアルコムは、ルノーが分社化して発足する予定のEV専門会社「アンペア」への出資も決めている。今回のCESでは、NVIDIA（エヌビディア）がメルセデス・ベンツ、現代自動車、比亜迪（BYD）、鴻海科技集団（ホンハイ）との新しい分野で提携することを発表した。

存在感高まる半導体メーカー
　かつて半導体メーカーは、ティア2（2次部品メーカー）やティア3（3次部品メーカー）の扱いだった。今は自動車メーカーが新型車開発で、半導体メーカーと直接交渉するほど、その存在感と重要性は高まっている。「産業のコメ」と呼ばれた半導体は「自動車のコメ」となっている。

　その自動車のコメ不足は依然として深刻だ。2020年末から始まった車載用半導体不足は「最悪期は脱した」と、回復傾向にあるものの、現在も自動車メーカーは減産などの生産調整を強いられている。「半導体不足は23年いっぱいは続く」（三菱自動車・加藤隆雄社長）と見る自動車メーカーが多く、新車供給遅れが解消するめどはたっていない。

　車載用半導体不足の問題は当初、新型コロナウイルス感染拡大で、自動車需要が急減したのを受けて、車載用半導体の注文がキャンセルされたことに端を発する。その後、コロナ禍による巣ごもり需要で民生用の需要が急増、そこに自動車の需要が急回復したことから、半導体需給がひっ迫し、自動車生産ができなくなった。その後も米商務省による華為技術（ファーウェイ）向け半導体出荷停止の制裁の影響で、ファーウェイが市場から半導体を大量購入し、半導体不足が長期間にわたって続いた。

　半導体メーカー各社が生産能力を大幅に増強した昨年夏ごろからは、パソコンやスマートフォン（スマホ）などの需要も一巡し、民生用半導体需要の減少で在庫も積み上がっている。にも関わらず車載用の不足が解消されないのは、自動車には40ナノメートル（ナノは10億分の1）以上のレガシー半導体と呼ばれる旧世代の製品を多用しているからだ。安全技術や環境対応技術を実現するのに使用される車載用半導体は「人の命」に関わることから高い品質が求められる。しかも自動車はモデルチェンジするまでの期間が民生品と比べて長く、補修部品向けにも必要なため、技術的に成熟したものを重視する。さらに自動車関連部品はコストに厳しい。

　これに対してスマホやデータセンター、通信機器向けは、線幅が5～16ナノメートルの先端半導体が多く使用されており、半導体メーカーはこの分野への投資を増やしてきた。需給がひっ迫しているとはいえ、半導体全体に占めるシェアが1割前後しかなく、利益率も低い車載向けのレガシー半導体に新たに投資する半導体メーカーは存在しない。結果的に、民生向け半導体の在庫が積み上がる中で、車載向けの需給ひっ迫が続いている。

　車載向けに不足している半導体の種類は現在、「ASIC」と呼ばれる自動車の特定用途向けの半導体や、単一機能向けのディスクリート半導体といった低性能のものが中心。これらの半導体への投資は漸減傾向にある。

　自動車メーカー各社は対策として、汎用半導体での代替や、在庫積み増し、半導体メーカーとキャンセルなしの長期契約締結、調達先の拡大などで対応してきた。半導体の製造期間は16～18週間必要で、急な発注の変更には対応できない。このため、とりあえず「量」の確保を最優先にしている。半導体やそれを搭載している車載デバイスに関しては、必要なものを、必要な時に、必要な量を調達して無駄を省く「ジャスト・イン・タイム」（JIT）の適用を事実上、除外している。

　先進運転支援技術（ADAS）・自動運転技術の進化、市場拡大が見込まれるEVの航続距離を伸ばすことに半導体が果たす役割は大きい。自動車メーカーは通信で車載ソフトウエアをアップデートして、新たな機能を追加するOTA（オーバー・ジ・エア）対応も進めているが、ここでもソフトウエア、ハードウエアの性能を決めるのは半導体だ。これらを考慮すると、高性能な車載半導体が次世代車には必要不可欠で、これが各モデルの競争力を大きく左右する。

　半導体は、線幅が微細化すればするほど、パフォーマンスが向上し、小型化でき、消費電力も低減できる。「半導体回路の集積密度は1年半から2年で2倍になる」というムーアの法則にほぼ沿って微細化が進んできた。そして高度なADASや自動運転、OTAを実現するため、自動車向けに線幅が1桁台のロジック半導体へ世代交代が進む。

　これら次世代車向けロジック半導体の国内での調達環境は段階的に整備が進む。半導体受託製造世界トップの台湾積体電路製造（TSMC）は、ソニーグループ、デンソーと共同で、熊本県菊陽町に半導体を製造する工場を建設中で、24年に稼働する。投資額は約8千億円で、政府は補助金として約4700億円支援する予定で、国が全面的にバックアップする。新工場では12/16ナノメートルと22/28ナノメートルのロジック半導体を製造して、自動車など向けに供給する。


先端半導体の採用に慎重な自動車メーカー
　より高性能な次世代半導体を国内で調達できる準備も進む。経済産業省が主導し、トヨタ自動車やNTT、デンソーなど国内主要企業8社が出資するラピダスだ。1980年代後半には50％持っていた日本の半導体産業のシェアはすでに1割を切っている。ラピダスは、日本の半導体産業を再興するため、世界で戦える先端半導体を国内で受託製造するメーカーとなることを目指して発足した。2ナノメートルの先端半導体の開発に成功した米国のIBMとライセンス契約を結び、2020年代後半に2ナノメートルプロセスの量産技術確立を目指している。

　将来の自動車の競争力を左右する高性能なロジック半導体を国内で調達できる環境が整備される一方で、課題になるのが日本の自動車メーカーの半導体の調達戦略だ。すでに海外の自動車メーカーの一部は5ナノメートルや7ナノメートルといった、スマホ並みの半導体の次世代車への搭載を決めている。自動車技術の高度化で車載用半導体の搭載数は増加してシステムが複雑化している。これを避けるため、ECU（電子制御ユニット）などの統合が進むが、このためには処理能力の高い高性能半導体が必要になる。

　しかし、日本の自動車メーカーは、信頼性やコストなどの面から、先端半導体の採用に慎重な姿勢を崩していない。品質・コスト・供給体制を重視する従来の調達戦略では「新時代」の自動車へシフトするのに出遅れる懸念がある。OTAを活用してソフトウエアを無線通信でアップグレードし、既販車に新しい機能を追加するビジネスを展開するには、あらかじめオーバースペックの半導体を搭載しておくことが必要になるケースもある。

　部品調達の慣習もネックになる。デンソーの加藤良文経営役員・CTO（最高技術責任者）は「半導体と自動車は商習慣が異なる。これを変えていく必要がある」と指摘する。自動車の場合、一度採用した半導体は補修品を含めて10～20年間必要で、これがレガシー半導体を多用することにつながっている面がある。半導体の世代交代が2年程度で進むことを考えると、今のあり方はサプライヤーへの負担が大きい。同じ性能を生み出せるなら、そのデバイスに搭載している半導体の世代交代を自動車メーカーが柔軟に認めれば、車載半導体の世代交代も進みやすくなる。

　さらに、これが実現すれば、現在の半導体不足問題の解消の助けにもなる。自動車メーカー各社が半導体不足などで依然として減産している中、多くの車載半導体を搭載するEV専業のテスラの22年の販売台数は前年比40％増の131万台と過去最高を更新した。テスラは車載半導体を自社で設計しており、不足している半導体があっても、短期間で汎用品を使って代替できる能力を持っていることが奏功した。半導体に関するノウハウを持つテスラは、他社に先行して線幅1桁台の高性能半導体を採用していることも半導体不足の影響を最小限にとどめている理由だ。

　クアルコムがルノーのEV専用会社への出資を決め、先進的なEV開発を目指しているソニー・ホンダモビリティとも提携するなど、自動車メーカー側も半導体が次世代車の差別化する上でのキーになることは理解し、ティア1（1次部品メーカー）並みに関係を深めている。日本国内では先端半導体を調達する環境も整備される。今後、世代交代の間隔も設計・開発、製造のリードタイムも異なる半導体を、どう自動車に生かしていくのかが、自動車メーカーの競争の軸になる可能性がある。JITを強みに成長してきた日本の自動車メーカーだが、半導体の調達戦略の大胆な見直しを迫られる。

（編集委員　野元政宏）