"글로벌 반도체 칩 부족, 해답은 중국 생산량 확대"

최근 골드만삭스는 글로벌 반도체 부족으로 인해 철강 제품, 콘크리트 생산, 비누 제작, 에어컨 제조, 장난감 생산에 이르기까지 전 세계 169개 산업이 칩 부족으로 부정적 영향을 받고 있다고 주장했다.

테슬라의 창업자 머스크도 최근 트위터를 통해 “칩 고갈에 대한 두려움으로 인해 모든 회사가 제품을 주문하고 있는데 그 규모가 엄청나다”고 말했다.
반도체 소비가 가장 큰 시장인 중국의 경우 칩 생산 능력에 대한 공급과 수요의 격차가 2년 이상 지속될 것이라는 조사도 있다.

칩의 부족은 화웨이에 대한 미국 제재의 나비 효과다. 화웨이가 미국의 제재를 받았을 때 비즈니스 연속성을 확보하기 위해 재고 주기를 기존 한 달에서 연간 단위로 확장했다. 화웨이의 시장 수요가 크게 증가하게 되었다. 화웨이는 모든 종류의 칩 사들이기에 몰두했다. 그 규모는 글로벌 시장 수요 부족을 초래하는 원인이 되었다.

◇중저가 칩에 대한 수요 증가: MCU, 와이파이 및 블루투스 등

현재 글로벌 주요 제조업체들은 전자제품에 들어가는 칩 가격이 거의 매일 변해 골칫거리를 겪고 있다. 제조 산업에서 산업용 로봇에 대한 수요가 증가함에 따라 칩이 많이 사용되기 때문이다.

동남아시아에서 코로나인 발병이 통제 불능상태가 된 후 많은 저가형 제조 산업이 인도와 동남아에서 코로나 회복이 빠른 중국 본토로 이동했다. 하지만 노동력의 부족, 높은 인건비 등 새로운 상황에 직면했다.

이에 중국은 2021년 3월 산업용 로봇 생산량은 전년 동기 대비 80.8% 증가했다. 지난 해 12월에는 32.4%에 불과했으나 급격한 로봇 생산량 증가로 말미암아 칩 수요가 증가했다. 산업용 로봇에는 MCU(마이크로컨트롤러 칩), DSP(디지털 신호 처리 칩)와 같은 칩이 반드시 필요하다.
현재 반도체 수급의 경우 핵심 칩은 물론 보조 지원 칩도 부족하다. 어느 하나라도 없으면 전제제품은 작동하지 않는다.

이러한 칩의 부족 원인은 첫째, 예측 실수다. 많은 에이전트가 공급 업체 재고에 작년의 계획에 근거했다. 반면 수요급증으로 재고 부족이 이를 감당하지 못하고 있다. 산업용 로봇 외에 사물인터넷, 자율주행 대중화로 인한 블루투스, 와이파이 등 칩 소비도 빠르게 늘고 있다.

시장분석 기관인 IDC에 따르면 전 세계 와이파이 칩 출하량은 2022년까지 49억 개까지 증가할 것으로 예상된다. TSMC의 2021년 1분기 실적에 따르면 자율주행 사업의 성장률은 31%로 가장 높으며, 고성능 컴퓨팅이 11% 증가했고 그 뒤를 이어 사물인터넷이 10% 증가했다.

제조사들은 칩 구매에 혈안이 되어 있다. 블루투스, 와이파이 및 전력 관리 칩에 대한 수요가 빠르게 증가하는 가운데 심지어 선불은 물론 웃돈까지도 지불하려는 경향이 나타나고 있다.

현재 부족현상이 심한 MCU의 경우 가격이 10배나 뛰었음에도 물건을 구하기가 힘든 실정이다. MCU는 주로 인피니언, NXP, 텍사스 인스트루먼트 등이 생산한다.

MCU는 마이크로 제어장치 칩으로, 마이크로 컨트롤러라고도 한다. 현재 시장에는 8비트와 32비트가 있다. 사물인터넷 장치 및 포트에 모두 필요한 칩이다.

사물인터넷 발전으로 모든 사물인터넷 장치와 포트에는 하나 이상이 필요하다.

산업용 로봇의 단일 로봇 팔에 있는 내부 컨트롤러는 평균 약 8개의 MCU 칩이 들어간다.

MCU가 부족한 가장 큰 이유는 낮은 이익 때문이다. 글로벌 칩 파운드리 공장이 생산 확대를 꺼리는 이유다. 글로벌 반도체 수급 불균형 상황에서 칩 제조사들은 휴대 전화, 이동통신 장치 칩 등과 같은 수익성이 높은 칩 생산을 우선시한다.

시장 조사기관인 IC 인싸이트에 따르면 2019년 전 세계 MCU는 주로 자동차 전자 제품에 소비되고, 산업 제어/의료, 컴퓨터 및 소비자 가전 등의 순이다.


시장 조사기관들은 글로벌 칩 부족 원인에 대해 한편으로는 실제 수요가 증가하고 다른 한편으로는 인위적인 재고 증가에 기인하는 것으로 보고 있다. 재고는 많은 수의 가짜 수요를 야기하고 가격 인상의 주요 원인이 된다.

현장에서 일하는 책임자들은 재해 등 갑작스런 추가 공급 부족이나 예측할 수없는 국제정치 상황 때문에 공급이 부족할 수 있다는 우려를 하고 있다. 그래서 조금 더 비싼 가격을 기꺼이 지불하고도 재고를 확보하려 한다.

일반적으로 칩 산업의 연간 성장률은 15% 이내다. 기본적으로 산업 체인의 정상적인 범위에 따른 수치이다. 조사 분석기관인 IBS에 따르면 2018-2030년까지 전 세계 집적회로 산업의 연간 성장률은 10% 이내다. 글로벌 웨이퍼 파운드리 생산 능력은 증가하고 있으며 수요 증가보다 부족하지 않다.

소비자 가전의 경우 정상적인 재고 주기는 한 달이지만, 최근 많은 기업들이 연간 단위로 비축하고 있다. 데이터 조사 기관 카운터 포인트에 따르면 2019년 화웨이 휴대 전화는 전 세계 휴대전화 출하량의 16%를 차지해 화웨이가 칩 재고를 10배 확대하면 글로벌 휴대 전화 칩 공급망에 차질이 발생할 수밖에 없는 구조다.

기업이 자신의 수요를 확보하기 위해 제고를 비축하는 것 외에도 에이전트의 추가 물량 확보 역시 변수다. 인피니언, ST 같은 대형 공장은 에이전트를 통해 제품을 판매한다. 따라서 에이전트 관리자들은 다음 년도 수요 계획 및 용량 계획을 알 수 있으며, 수요가 계획보다 크다는 것을 알게 되면 재고를 비축한 다음 적시에 상품을 배송하려 든다. 시장 가격은 그 과정에서 변경된다.


관련 장비가 부족하고 부품도 부족하다. 지난 수십 년 동안 일부 기업들이 독점적으로 주요 특정 부품을 생산했다. 하나 또는 두 개의 회사만이 할 수 있다. 칩이 품절되어 이러한 부품 제조업체가 갑자기 제품을 확장하면 거의 불가능하다.

가장 부족한 MCU의 칩은 주로 8인치 웨이퍼다.

8인치 웨이퍼 파운드리 공장은 인피니언, TI, ST와 같은 일부 기업들만 생산한다. 대만에서는 TSMC 같은 파운드리 공장이 8인치 웨이퍼를 생산한다. TSMC의 생산 능력 중 고급 공정이 약 절반을 차지하며, 초과 용량을 가지고 있지 않다.

확장의 경우, 장비 수요도 증가한다. 국제반도체산업협회에 따르면 북미 반도체 장비 매출은 5개월 연속 기록적인 성장세를 기록했다. 반도체 장비 매출은 2021년 4월 전년 동기 대비 49.5% 증가해 지난 5개월 만에 가장 높았다.

2012년부터 2019년까지 전 세계 8인치 웨이퍼 장비에 대한 지출은 20억 달러에서 30억 달러로 증가했으며, 2020년에는 30억 달러를 넘어섰다.

올해 상하이 국제반도체 전시회에서 8인치 중고 장비의 가격이 두 배로 증가했다. 하지만 장비를 구하기 힘들었다.

데이터 기관인 설플러스 글로벌에 따르면 현재 약 700대 정도 중고 8인치 웨이퍼 제조 장비가 판매 중이지만 최소 1000대 이상이 필요하다.

그러나 8인치 라인의 확장 가능성은 높지 않다. 비용, 이익 및 장비로 인해 8인치 생산 라인을 확장하려는 칩 파운드리도 거의 없다. 더 많은 생산 장비를 생산하는 것은 더 많은 위험이 도사리고 있다. 장비 기업이 돈을 벌 수 있을 만큼 큰 양을 하지 않는 한, 장비 기업은 8인치 생산 라인을 생산하는데 필요한 장비를 생산할 의향이 없다.

당장 공급 부족을 충족시키려고 공장을 확장하는 것은 현실적 해결책이 아니다.


보스턴 컨설팅에 따르면 중국 시장의 최종 소비는 전 세계 칩 제품의 24%를 차지하며, 이는 가장 큰 수요측인 미국 시장과 거의 동일 규모다. 중국이 구입한 칩을 제품으로 만들어 전 세계에 수출하는 시장 규모는 35%에 이른다.

칩에 대한 중국의 수요 증가도 세계 최고다. 이에 전문가들은 글로벌 칩에 대한 안정적 수급 균형을 이루려면 중국 본토에서 일정 수준으로 반도체 칩 전체 산업 체인을 구축해야 한다는 주장이다.

국제 반도체 산업 협회에 따르면, 전 세계 8인치 웨이퍼 생산 능력은 중국 본토가 18%를 차지하며, 일본과 대만이 각각 16%를 차지하고 있다.

중국은 또한 가장 큰 수요국이다. 세계 반도체 무역 통계 기구에 따르면, 2020년 세계 반도체 시장 매출은 4390억 달러이고 중국 관세청에 따르면 중국의 집적 회로 수입은 2020년 약 3873억 달러다. 이는 전 세계 매출의 약 88%다.

중국 현지 전문가들은 글로벌 칩 부족 현상을 극복하려면 가장 소비가 많은 중국이 수요가 많은 칩을 자체 생산할 수 있는 능력을 갖추는 것이 가장 빠른 해결책이 될 수 있다는 주장을 하고 있다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com