연평균 2.9% 성장하여 2027년에 487억 달러 전망

“AI·전력·센서 등 유망분야의 스타 팹리스를 선정하고, 기업주도형 전용 R&D와 설계툴-IP-개발-시제품-판로 등을 일괄 지원하여 글로벌 기업으로 집중 육성하겠다.”
 
최근, 정부가 시스템반도체 선도국 도약을 위한 ‘시스템반도체 생태계 강화 이행전략’을 발표한 가운데, 차세대 전력반도체 육성에 더욱 관심이 커지고 있다. 산업부와 삼성전자, 라온텍, 반도체산업협회 등 정부, 기업, 관계기관 등이 참석한 전략회의에서는 시스템반도체 경쟁력 강화를 위한 과제에 대해 집중 논의하였다.

주요 수출 품목인 메모리반도체의 제품 가격이 크게 하락하고 있지만 신규 CPU 본격 확대에 따른 DDR5 수요와, 인공지능 시장 성장에 따른 고용량·고성능 제품 수요 증가 등으로 하반기부터 업황이 회복될 가능성이 높다고 전망하고 있기 때문이다. 특히 AI 반도체 등 차세대 반도체 분야에서 우리 기업의 경쟁력을 강화할 필요가 있다고 입을 모았다.

이에 전력, 차량, AI 등 시장 확대가 예상되는 3대 유망 반도체 기술 분야에 대규모 R&D(3.2조 원)을 기획·추진한다. 이중 전력반도체는 2024년~2030년간 4,420억 원을 투자해 모듈·IC·소재·소자 등 전주기 개발, 상용화를 목표로 하고 있다. 정부는 글로벌 대기업, 공기업과 팹리스가 계획 수립부터 구매 조건부로 반도체를 개발하는 대규모 수요연계 프로젝트를 신규 지원할 계획이다.

최근 악화된 투자환경을 고려하여 이미 조성된 팹리스 펀드(’20~)를 조속히 집중 투자하고, 소진과 동시에 신규 조성하여 지원을 확대한다. 이를 통해, 전력반도체도 설계 분야 중기, 스타트업의 기술개발, 상용화, 마케팅, 인수합병(M&A) 등에 집중 투자할 예정이다.
왜 전력반도체인가

리서치앤마켓은 지난 2월 발표한 세계 전력반도체 전략 시장 보고서에서, 전력반도체 시장 규모가 2027년에 487억 달러를 기록할 것으로 예상했다. 코로나19 이후 변화된 비즈니스 환경에서 2020년 399억 달러로 추정되는 세계 전력반도체 시장은 2020년부터 연평균 2.9%씩 성장하여 2027년에 487억 달러를 기록할 것으로 예상된다.

보고서는, 실리콘-게르마늄(SiGe)은 연평균 성장률 3.4%를 기록하며 2027년에 209억 달러, 팬데믹 이후 지속적인 회복세를 고려할 때 실리콘카바이드(SiC) 부문은 조사 기간 7년 동안 2.6%의 연평균 성장률을 기록할 것으로 예상했다. 미국의 전력반도체 시장은 2020년에 109억 달러로 추정된다. 세계에서 두 번째로 큰 경제 규모를 자랑하는 중국은 2020년부터 2027년까지 분석기간 동안 5.1%의 연평균 성장률을 기록하며 2027년에 95억 달러를 기록할 것으로 예상된다.

주목할 만한 다른 지역 시장인 일본과 캐나다는 같은 기간 동안 각각 1.4%와 2.1%의 성장률을 기록할 것으로 예상된다. 유럽 내에서는 독일이 약 1.9%의 연평균 성장률을 기록할 것으로 예상된다. 한국이 포함된 아시아-태평양 시장은 2027년에 63억 달러를 기록할 것으로 예상된다.

질화갈륨(GaN) 부문에서는 미국, 캐나다, 일본, 중국, 유럽이 2.2%의 연평균 성장률을 기록하며 시장을 주도할 것으로 예상된다. 2020년에 총 시장 규모 60억 달러를 기록한 이들 지역 시장은 2027년에 69억 달러를 기록할 것으로 예상된다. 중국은 이 지역 시장 클러스터에서 가장 빠르게 성장하는 국가 중 하나가 될 전망이다. 남미는 분석 기간 동안 2.4%의 연평균 성장률을 기록할 것으로 예상된다.

SiC, 41.4%로 성장해

글로벌 시장조사 회사인 TrendForce는 최신 화합물 반도체 시장 조사에서 전 세계 SiC 전력반도체 시장이 전년 대비 41.4% 성장하여 22억 8,000만 달러에 이를 것으로 전망했다.

칩 제조업체인 온세미와 인피니언은 각각 자동차 제조업체 및 에너지 솔루션 개발업체와 협력 관계를 구축하여 가장 큰 두 가지 애플리케이션 부문인 전기자동차(2022년 10억 9,000만 달러, 시장의 67.4% 차지)와 재생에너지(2022년 2억 1,000만 달러, 시장의 13.1% 차지)에 집중하고 있다고 강조한다.
 
미국에 기반을 둔 온세미는 폭스바겐의 메인 트랙션 인버터에 자사의 EliteSiC 1200V 전력 모듈을 공급하는 전략적 계약을 체결했다. 기아도 최신 전기 소형 크로스오버 SUV인 EV6 GT에 EliteSiC 시리즈를 채택했다. 또한, 미국에 본사를 둔 Wolfspeed는 주요 자동차 제조업체인 메르세데스-벤츠와 파트너십을 강화하여 전기자동차용 SiC 전원장치 공급 계약을 체결했다.

재생에너지 분야에서 온세미는 Ampt와 협력하여 태양광발전 및 에너지 저장 시스템용 전력반도체 소자를 제공하고 있다. Ampt는 DC 스트링 옵티마이저에 온세미의 SiC MOSFET을 채택할 예정이다. 대만에 본사를 둔 델타 일렉트로닉스는 태양광발전, 에너지 저장, 전기자동차 충전의 통합을 위한 하이브리드 3-in-1 시스템으로 사용할 수 있는 양방향 인버터에 인피니언의 CoolSiC 소자를 채택했다. 또한, 미국의 수소 플랫폼 개발업체인 블룸 에너지(Bloom Energy)는 연료전지 시스템과 전해조 효율을 더욱 개선하기 위해 CoolSiC 소자를 채택했다.

SiC 기판은 SiC 전력 소자 비용의 최대 49%를 차지할 뿐만 아니라 제품의 품질을 결정한다. 현재 Wolfspeed는 SiC 기판 시장의 60% 이상을 차지하고 있다. 최근 일본의 Resonac(구 쇼와덴코, Showa Denko)은 인피니언과 장기 계약을 체결하고 우선 6인치 SiC 소재를 공급한 후, 인피니언이 8인치 SiC로 전환할 수 있도록 지원하기로 했다. 또한, 프랑스에 본사를 둔 Soitec은 ST마이크로일렉트로닉스(ST)와 협력을 확대했으며, ST는 Soitec의 SmartSiC 기술을 사용하여 8인치 SiC 기판을 제조할 예정이다.

SiC 기판 생산 능력의 증가와 관련하여 Wolfspeed는 현재 8인치 SiC 기판 생산 공장을 보유하고 있으며, 독일에 8인치 기판의 SiC 전력 소자를 위한 두 번째 팹을 건설할 계획이다. 자동차 전장 부품 제조업체인 ZF 그룹이 공동 투자자로 수억 달러를 투입했다.

SiC 주력 시장은

현재 전 세계 반도체 기업들은 SiC 기판 직경에 큰 관심을 기울이고 있다. Wolfspeed가 최초로 8인치 SiC 기판 생산을 시작함에 따라 다른 공급업체도 공급망의 업스트림 및 다운스트림 플레이어들과 협업을 추진할 것으로 예상된다.

시장 조사 기관은 2026년 글로벌 SiC 전력 소자 시장이 약 53억 3,000만 달러에 이를 것으로 예측했다. 여기서 가장 큰 두 가지 애플리케이션 분야는 전기자동차(2023년부터 약 38%의 연평균 증가율로 2026년 39억 8,000만 달러)와 재생에너지 시스템(2023년부터 약 19%의 연평균 증가율로 2026년 4억 1,000만 달러)이 될 것이라고 TrendForce는 결론지었다.

특히 SiC 제품은 전체 시장 가치의 약 80%를 차지한다. SiC는 고전압과 고전류가 필요한 애플리케이션에 적합하다. 따라서 SiC 전력 소자를 채택하면 전기자동차 및 재생에너지 시스템의 효율성이 더욱 향상된다.