[산업분석] 차세대 반도체 유망 분야별 기술개발 동향과 시장 전망

[이윤배]

차세대 반도체 유망 분야별 기술개발 동향과 시장 전망

♣ 주식회사 리서치컴퍼니  ( https://researchcompany.co.kr )   

미국과 중국의 경제 패권을 둘러싼 경쟁이 글로벌 공급망으로 확대되면서 첨단 기술의 핵심인 반도체 산업으로 이어져, 세계 반도체 산업은 커다란 변혁기에 들어선 것으로 보인다. 미국의 중국 제재 방향은 무역제재에서 기술제재, 첨단산업 생태계 제재로 확대되면서 제재 수위가 높아지고 있어 우리기업들은 이에 대한 지속적인 모니터링이 필요하고, 대응 방안 마련이 요구되고 있다.

반도체산업은 국내기업인 삼성전자와 SK하이닉스를 중심으로 글로벌 중심국가의 위치를 점하고 있으나, 최근 글로벌 경기 침체 등으로 실적 부진을 겪고 있는 와중에 미중 경쟁의 불확실성까지 증가하고 있는 것이다.

오랫동안 세계 반도체 산업은 글로벌 분업구조로 미국이 설계·장비, 일본이 소재·장비를 담당하고 제조는 대만과 한국이 담당하는 등 공급망이 안정화 되어 왔으나, 미국의 제제로 중국은 반도체 공급망을 독자적으로 구축해야하는 매우 도전적인 상황에 처했으며, 급변하는 시장환경에 따라 과거 반도체시장의 강자였던 일본뿐만 아니라 유럽 주요국도 반도체 산업 투자 강화와 육성에 나서면서 새로운 시장 환경이 조성되고 있다.

우리나라는 메모리반도체 강국으로 첨단공정 파운드리 경쟁력을 보유하고 있으나 반도체 공급망 재편과정에서 파운드리 부문 경쟁 심화가 예상되어 관련 생태계 강화가 더욱 필요해지고 있으며, 시스템반도체 생태계 강화, 차세대 반도체 육성 등과 함께 팹리스, 소부장, 패키징 부문에도 더욱 힘을 써야 할 것으로 지적되고 있다.

이처럼 어려운 여건속에서도 2023년은 초거대 AI의 등장으로 반도체 시장의 불황을 타개할 기대주로 AI반도체가 시장의 주목을 받고 있으며, 가트너는 AI반도체 시장이 2022년 444억 달러에서 2027년 1,116억 달러로 연평균 20% 성장할 것으로 전망하기도 하였다.

또한, 자율주행기술 고도화로 확대되고 있는 차량용 반도체는 국내 반도체 기업의 유망 시장이 되고 있으며, 이외에도 전기차, 신재생에너지 등의 확산으로 성장성이 높으나 성장 초기 단계로 아직 지배적인 사업자가 없는 것으로 평가되는 차세대 전력반도체(화합물 반도체) 시장도 국내 기업의 미래 성장 동력으로 분석되어, 기업과 정부의 연구개발 지원이 강화되고 있다.

이에 급변하는 반도체산업의 공급망 재편과 격화되는 반도체 선진국의 경쟁속에서 새로운 사업 기회를 모색하기 위해 최근의 글로벌 반도체산업 동향과 이슈, 유망시장에 대한 분석을 담아 본서를 출간하게 되었다.

모쪼록 본서가 반도체산업 관련분야 종사자와 관심을 갖고 계신 모든 분께 조금이나마 도움이 되길 바란다.

[목차]

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Ⅰ. 공급망 재편으로 급변하는 글로벌 반도체 시장 동향과 전망

1. 글로벌 반도체 시장 동향과 전망
  1-1. 글로벌 반도체 시장 동향과 전망
    1) 2023년 반도체 시장 동향과 전망
      (1) 반도체 분야별 시장 전망
      (2) 국내 반도체산업 수출동향
    2) 글로벌 반도체시장 주요 이슈
      (1) 챗GPT 이후 AI 반도체 및 데이터센터용 메모리(HBM) 시장 확대
      (2) 삼성전자와 TSMC, 인텔 등 반도체 메이저 기업의 대응 동향
      (3) 미국·한·중·일·대만 등 글로벌 반도체 패권 경쟁 심화
    3) 미중 반도체 전쟁에 따른 공급망 재편 및 전망
      (1) 미국의 대중 통제
      (2) 미국의 제재에 대한 중국의 대응
      (3) 미국의 반도체산업 재편 방향
      (4) 국내 반도체산업 영향 평가
    4) 반도체 공급망 재편 주요국 대응 전략
      (1) 미국
      (2) 중국
      (3) 대만
      (4) 일본
      (5) 유럽
  1-2. 글로벌 반도체 마켓 데이터
    1) 글로벌 반도체 시장
    2) 주요 지역/국가별 반도체 시장
    3) 반도체 소재 시장
    4) 반도체 분야별 시장
    5) 반도체 주요 기업 실적
  1-3. 국내 반도체산업 현황과 과제
    1) 국내 반도체 산업과 경쟁력
      (1) 반도체 산업의 국내경제 기여
      (2) 글로벌 반도체 공급망 내 경쟁력
      (3) 국내 반도체 산업경쟁력 평가
    2) 글로벌 반도체 장비 업계 국내 진출 현황
    3) 국내 반도체 산업 과제
      (1) 메모리 편중구조 해소
      (2) 반도체 산업 투자 지원
      (3) 전문인력 적기 공급
      (4) 중소 반도체 업체 리쇼어링 지원
  1-4. 시스템 반도체 개요와 기술, 시장 동향과 전망
    1) 반도체 개요
      (1) 반도체 분류
      (2) 반도체 분류별 특성
    2) 시스템반도체 개요와 동향
      (1) 시스템 반도체 정의와 분류
      (2) 시스템 반도체 산업 구조 및 시장 동향
    3) 시스템반도체 시장 전망
      (1) 시장전망
      (2) 주요국 첨단 반도체 지원 정책동향
    4) 국내 반도체 산업 경쟁력 확보 방안
      (1) 글로벌 반도체 산업 환경
      (2) 기술경쟁력 확보
      (3) 수요자 중심 반도체 인재 양성

2. 국내외 주요국 반도체 시장 및 정책 동향
  2-1. 해외
    1) 미국 반도체 시장과 정책동향
      (1) 미국의 반도체산업
      (2) 미국 주요 반도체 기업 동향
      (3) 미국의 반도체 수입시장
      (4) 미국의 반도체 정책 동향
    2) 일본 반도체 시장과 정책동향
      (1) 일본의 반도체산업과 수입시장
      (2) 일본 반도체 주요기업 동향
      (3) 일본 반도체 정책 동향
      (4) 일본의 반도체 수출 통제 강화
    3) 대만 반도체 시장과 정책 동향
      (1) 대만의 반도체산업
      (2) 대만의 반도체 정책 동향
      (3) 대만의 주요 반도체 기업 동향
    4) 중국 반도체 시장과 정책동향
      (1) 중국의 반도체산업
      (2) 중국의 차량용 MCU 시장 동향
      (3) 중국의 반도체 패키징 시장 동향
      (4) 반도체 규제에 대응한 중국의 대응
    5) 유럽 및 독일 반도체 시장과 정책동향
      (1) 유럽 및 독일 반도체 시장 동향
      (2) 독일의 주요 반도체 연구개발 동향
      (3) 유럽 및 독일의 주요 반도체 정책동향
    6) 인도 반도체 시장과 정책 동향
      (1) 인도의 반도체 시장
      (2) 인도의 주요 반도체 정책 동향
  2-2. 국내 반도체 초격차 R&D 전략과 반도체 미래기술 로드맵
    1) 개요
      (1) 수립 배경
      (2) 현황 분석
      (3) 국내외 정책/R&D 동향
      (4) 시사점
      (5) 비전‧목표 및 추진전략
    2) 세부 추진전략
      (1) 미래 유망 소자 연구를 통한 기술 선점
      (2) 유망 분야 설계 기술 확보를 통한 신시장 개척‧선점
      (3) 선도공정 기술 개발을 통한 파운드리 경쟁력 강화
    3) 향후 계획

Ⅱ. 차세대 반도체 유망 분야별 기술, 시장 동향과 전망

1. 초거대 생성형AI에 대응하는 AI반도체의 기술, 시장 동향과 전망
  1-1. 초거대 생성형AI 대응 관련 산업 기술, 시장 동향과 전망
    1) 초거대 AI의 등장과 파급효과
      (1) 알파고에서 챗GPT로 진화하는 AI
      (2) 국내외 빅테크 생성형 AI 대응 동향
      (3) 국내외 주요국 AI 정책 동향
    2) 국내외 AI 시장 전망
      (1) 국내 AI 시장 전망
      (2) 글로벌 AI 시장 전망
      (3) 생성형 AI 시장 전망
    3) AI관련 기술별 시장 전망
      (1) 설명 가능한 AI 시장 전망
      (2) 대화형 AI 시장전망
      (3) 텍스트 생성형 AI 시장전망
      (4) 자연어 처리시장 전망
    4) 클라우드, 빅데이터, IDC 시장 전망
      (1) 클라우드 시장 전망
      (2) 빅데이터 시장전망
      (3) 데이터센터(IDC) 시장전망
  1-2. 초거대 생성형AI 대응 AI반도체 기술, 시장동향과 전망
    1) AI 반도체 개요와 기술동향
      (1) AI 반도체 개념과 발전
      (2) AI 반도체 기술 발전 동향
      (3) AI 반도체 기술 표준화 현황
    2) 초거대 AI 대응 고성능 저전력 AI반도체
      (1) 초거대 AI 구현을 위한 핵심 인프라, ‘AI 반도체’ 
      (2) 주요 기관별 AI반도체 시장 전망
      (3) 국내외 기업, AI 반도체 개발동향
      (4) 고대역 메모리(HBM : High Bandwidth Memory) 시장 확대
      (5) 글로벌 주요국 AI 반도체 지원 정책
    3) 국내 AI반도체, 클라우드 지원정책 동향
      (1) 주요 AI 반도체 정책 추진 경과
      (2) K-클라우드 추진방안
      (3) 인공지능 일상화 및 산업 고도화 계획

2. 미래차 대응 차량용 반도체 기술, 시장 동향과 전망
  2-1. 미래차 대응 관련 기술, 시장동향과 전망
    1) 미래차(스마트, 커넥티드카) 기술, 시장 동향과 전망
      (1) 스마트, 커넥티트카 개념과 시장 동향
      (2) 자율주행차 개념과 시장 동향
    2) 미래차(전동, 자율차) 대응 시스템반도체 기술, 시장 동향과 전망
      (1) 자율주행의 발전과 차량용 시스템반도체 적용 확대
      (2) 미래차 구현을 위한 차량용 AI반도체, AI플랫폼 기술 동향
    3) SW중심 자동차(SDV)와 차량용 반도체 기술, 시장동향
      (1) SDV의 개념과 E/E 아키텍처의 변화
      (2) HW-SW 디커플링과 Supply Chain 변화
      (3) 차량용 반도체와 시스템 SW의 역할
    4) 국내 차량용 반도체 경쟁력 현황
      (1) 국내 차량용 반도체 산업 경쟁력
      (2) 국내 차량용 반도체 산업 경쟁력 확보 과제
  2-2. 미래차(전동화･자율차) 대응 차량용 반도체 기술, 시장동향과 전망
    1) 차량용 반도체 개념과 기술 동향
      (1) 차량용 반도체 정의와 분류
      (2) 차량용 컨트롤러 부품의 구성 및 동향
      (3) 차량용 반도체 기술개발 동향
    2) 차량용 반도체 기능안전 기술 동향
      (1) 차량용 반도체 기능안전 기술 개요
      (2) 차량용 반도체에 ISO 26262 적용 가이드
      (3) 차량용 지능형 반도체의 하드웨어 엘리먼트 평가
    3) 차량용 반도체 시장 동향 및 전망
      (1) 차량용 반도체 수급 동향
      (2) 차량용 반도체 시장 동향
      (3) 자율주행차 반도체 시장 동향
      (4) 차세대 모빌리티 트렌드와 차량용 반도체 시장 전망
    4) 차량용 반도체 마켓 데이터
      (1) 차량용 반도체
      (2) 차량용 직접회로(IC)

3. 주요 반도체 소재ㆍ장비의 기술, 시장 동향과 전망
  3-1. 주요 반도체 소재 관련 기술, 시장 동향과 전망
    1) 반도체용 실리콘웨이퍼(Silicon Wafer) 기술, 시장동향
      (1) 개요
      (2) 기술, 시장동향
      (3) 주요 실리콘웨이퍼 제조기업 동향
    2) 반도체 제조용 포토레지스트(Photo Resist) 기술, 시장 동향
      (1) 개요
      (2) 주요 기술 및 시장 동향
      (3) 주요 포토레지스트 제조기업 동향
    3) EUV 블랭크마스크 기술, 시장 동향
      (1) 개요
      (2) 주요 기술 및 시장 동향
      (3) 주요 EUV 블랭크마스크 제조기업 동향
  3-2. 주요 반도체 관련 장비 기술, 시장 동향과 전망
    1) 반도체 설계기술, 전자설계자동화(EDA) 기술, 시장 동향
      (1) 개요
      (2) 주요 기술 및 시장 동향
      (3) 주요 EDA 기업 동향
    2) 반도체 제조장치 기술, 시장 동향과 전망
      (1) 개요
      (2) 주요 기술 및 시장 동향
      (3) 반도체장비 주요기업 동향

Ⅲ. 첨단 반도체 기술개발 연구과제 현황 

1. 첨단 반도체 기술개발 연구과제
  1-1. 2023년 AI반도체 기술
    1) 상용 엣지 AI SoC 반도체 SW 개발 플랫폼 기술개발
    2) 개방형 엣지 AI 반도체 설계 및 SW 플랫폼 기술개발
    3) 엣지 AI 반도체의 통합 품질평가시험(BMT) 지원 툴 기술개발
    4) (총괄/세부1) 거대인공신경망 처리 PIM-NPU 지원 시스템 SW 기술개발
    5) (세부2) 거대인공신경망 처리 PIM-NPU 기반 플랫폼 기술개발
    6) NPU 기반 시계열 빅데이터의 인공지능 처리 통합 SW 패키지 개발
    7) 자가지도학습형 AI 기반 프로세서 및 컴파일러 개발
    8) 인공지능 반도체용 고속 초정밀 EDA 소프트웨어 개발
    9) 다이나믹 재구성형 인공지능 프로세서 컴파일러 기술 개발
    10) AI 프로세서의 데이터 특성과 데이터 접근 특성에 최적화한 휘발성/비휘발성 PIM용 메 모듈 및 메모리 컴파일러 개발
    11) 플래시를 이해하는 계산형 스토로지 특화 프로세서 코어 설계 및 하드웨어 자동화
    12) IoT Intelligence용 eFlash 파운드리 공정 기반 MPU/connectivity/경량 신경망 통합  반도체 개발
    13) e-MRAM에 기반한 고신뢰성 저전력 인증 하드웨어 개발
    14) 실시간 추론이 가능한 RRAM 기반 고속 동작 및 저전력 뉴로모픽 프로세서 개발
    15) 1T-SRAM 셀과 용량 확장 가능한 1T-SRAM IP 모듈 및 SRAM PIM 반도체 개발
    16) Near Memory Computing 형태의 PIM 반도체를 위한 3D-IC 설계 자동화 및 최적화 기술
    17) (총괄/세부1) 칩렛 이종집적 초고성능 AI반도체 개발
    18) (세부2) 칩렛 AI반도체의 발열 분석 및 제어와 방열 기법 개발
    19) 이종접합을 위한 칩렛 초고속 인터페이스 및 그 특성을 반영하는 시뮬레이션 플랫폼 기술개발
    20) 이종접합 PIM 반도체용 AI기능 통합 HBM4-PIM의 컨트롤러 및 PHY 개발
    21) CMOS로직과 수직 적층 시냅스 소자를 3D집적한 고밀도 인공지능 반도체 기술개발
  1-2. 2023년 차세대 지능형반도체 기술(시스템반도체 상용화 설계)
    1) 차량용 터치·포스·햅틱 통합 인터페이스 반도체
    2) 적응형 노이즈 제거 기능을 가진 1mA급 지능형 보청기용 SoC 개발
    3) 파운데이션 라이브러리 PPA 성능 향상 기술 개발
    4) 의료용 단말 기기의 양방향 고속 네트워킹 SoC
    5) 사물인터넷을 위한 초저전력·장거리 지원 Sub-GHz 대역 Wi-Fi SoC 기술 개발
    6) 인공지능 기반 전고체 배터리 대응 배터리 제어 반도체
    7) Wake-up 송수신 기술을 이용하여 장기 운용 가능한 저지연 초연결 무선 네트워킹 반도체
    8) 차량용 시트 통합 제어 반도체
    9) 결함 검출이 가능한 칩렛 인터페이스 기술 개발
    10) 실시간 로봇 환경에서 auto-calibration이 가능한 토크센서 모듈용 SoC 개발
    11) 신축성 패치 형태의 포도당/크레아티닌 센서 시스템 개발
    12) 인휠 모터 구동 SoC 및 무인운반 모빌리티용 인휠모터 실증 기술개발
    13) 액체 생검용 초정밀 일회용 분자진단 반도체 센서 SoC
  1-3. 2023년 시스템반도체 기술개발
    1) 타액을 이용한 무채혈·비침습 방식의 당뇨 센서와 시스템 반도체가 내장된 측정기 개발
    2) 스마트홈용 Batteryless BLE기반 AI SoC 및 SW 기술 개발
    3) 수소자동차 수소 공급 압력 측정용 디지털 반도체 융합 센서 모듈 기술 개발
    4) 차세대 전력반도체기반 전력변환장치 개발
    5) 첨단 모빌리티 구동시스템의 고장진단 및 예지를 위한 SoC 기술개발
    6) 6G 통신용 RF SoC를 위한 핵심 IP 개발
    7) CMOS 기반 6G용 무선 통신을 위한 10GHz 미만 광대역 주파수 합성기 핵심 IP 개발
    8) 차량용 반도체 설계를 위한 IVN(In-Vehicle Network) 인터페이스 IP 세트
    9) 에너지 공급 및 전력 생성/운영 지원 WLC IP 기술 개발

2. 반도체 제조공정, 장비 기술개발 연구과제
  2-1. 2023년 차세대 지능형 반도체 기술(반도체 제조공정 장비)
    1) E-beam plasma를 이용한 ALE(Atomic Layer Etching) 장비 개발
    2) 반도체 구조 결함 개선용 중수소 고압 Annealing 장비 개발
    3) 1x nm급의 반도체 제조공정 기반 영상출력장치 구동용 Driver IC 시스템 반도체 테스트 장비 개발
    4) Cu-CMP공정 금속두께 측정용 인라인 X-ray 장비기술개발
    5) 반도체 공정 가스 실시간 연속 모니터링 장비 개발
    6) FOWLP/PLP를 위한 대형기판용 Plasma 전처리 기반 PR Coating 장비개발
    7) 고집적 반도체 검사용 마이크로 반도체 소켓
    8) 제습모듈을 포함하는 웨이퍼 이송장치 기술 개발
    9) 공정내 불순물 농도를 실시간 분석 가능한 일체형 저전력 고성능 극저온 고진공 배기장치 개발
    10) (총괄) 공정 데이터 기반 반도체 장비 지능화 통합 패키지 기술 개발
    11) (1세부) 이상 감지 및 성능 향상을 위한 지능형 원자층 증착 공정장비 기술개발
    12) (2세부) 고선택비 하드마스크용 지능형 물리기상증착 공정장비 기술개발
    13) (3세부) 반도체 장비 지능화를 위한 공정 데이터 플랫폼 기술 개발
    14) (총괄) 600W급 EUV 펠리클 양산용 금속성 탄화물소재 기반 제조장비 및 검사기 개발
    15) (1세부) 600W급 EUV 펠리클 제조를 위한 금속성 탄화물소재 기반 박막 증착 및 열처리장비 개발
    16) (2세부) 600W급 EUV 펠리클 멤브레인 제조를 위한 고균일도 습식 식각 및 세정장비 개발
    17) (3세부) EUV 펠리클 품질평가를 위한 멤브레인 표면결함 검사용 고속 가변초점 검사장비 개발
  2-2. 2023년 탄소중립산업 핵심기술개발 사업(반도체분야)
    1) 식각·증착·세정활용 공정가스 사용 최적화를 위한 배출가스 모니터링 및 온실가스 배출량의분석 기술 개발
    2) 반도체·디스플레이 산업 탄소중립 협력단
    3) (총괄) 반도체 식각공정용 GWP 150 이하 carbon-rich PFC 대체가스 및 공정기술개발
    4) (1세부) 반도체 식각공정용 GWP 150 이하 carbon-rich PFC 대체가스 개발
    5) (2세부) 반도체 식각공정용 GWP 150 이하 carbon-rich PFC 대체가스 공정기술개발
    6) (총괄) HFC 가스 대체 저 GWP 반도체 공정가스 개발 및 공정 기술 개발
    7) (1세부) HFC 가스 대체 용도의 저 GWP 반도체 공정가스 개발
    8) (2세부) 저 GWP HFC 계열 가스를 이용한 플라즈마 식각 공정기술 개발
    9) (3세부) 반도체 식각공정 온실가스의 공정모니터링 및 분석기술 개발