"미래 자동차 핵심은 반도체"...중국 車업체들 앞다퉈 자체 개발

[베이징=뉴스핌] 조용성 특파원 = 글로벌 완성차 업체들과 달리 중국의 자동차 업계에는 반도체를 자체 개발하는 업체가 다수 존재한다. 중국의 전기차 1위 업체인 비야디(比亞迪, BYD)는 일찌감치 2011년에 반도체 자회사를 설립해 반도체를 직접 개발하고 생산해 사용해 오고 있다. 지리(吉利)자동차 역시 2018년부터 반도체를 자체 개발하고 있다. 이에 더해 니오(웨이라이, 蔚來), 샤오펑(小鵬), 리오토(리샹, 理想) 등의 신흥 전기차 업체들도 자체적으로 반도체를 개발하고 있다.

이들 업체는 반도체 조달 비용을 낮추고, 공급망에서 더욱 강한 장악력을 갖추기 위한 차원에서 반도체 자체 개발을 시작했다. 여기에 더해 반도체 자립에 사활을 걸고 있는 중국 정부로부터 반도체 개발 관련 보조금을 받을 수 있다는 메리트도 작용했다.

하지만 이제는 AI(인공지능) 시대가 성큼 다가오면서 중국 내에서는 자동차 업체의 자체 반도체 개발은 필수적이라는 인식이 퍼지고 있다.

자동차의 스마트 드라이빙 시스템을 위한 반도체는 센서 데이터 처리, 이미지 식별, 시나리오별 실시간 반응 등의 작업에 최적화되어야 한다. 자동차 전용 반도체가 아닌 범용 반도체를 자동차용으로 사용하면, 자동차용 반도체가 필요로 하는 성능을 효과적으로 구현해 내지 못할 수 있다.

반면 스마트카가 필요로 하는 기능에 특화된 반도체를 개발한다면, 이 반도체는 범용 반도체에 비해 성능이 더욱 우수하고 에너지 효율이 높아진다.

게다가 향후 스마트카를 넘어서 자율 주행차의 시대가 다가온다면, 차량용 반도체는 더욱 고도화되어야 한다. 중국에서는 '반도체를 장악하는 업체가 미래 자동차 시장을 장악하게 될 것'이라는 말이 나오고 있다.

때문에 자동차 업체들은 미래 경쟁에서 기술적인 우세를 점하겠다는, 보다 전략적인 차원에서 반도체를 자체 개발하고 있다.

◆정부 지원과 미국 제재 공포감도 자체 개발 동력

중국을 비롯해 글로벌 자동차 업체들이 스마트 드라이빙 칩으로 주로 엔비디아의 제품을 사용하고 있다는 점도 중국 업체들을 자체개발의 길로 내몰고 있다. 엔비디아 칩은 원가가 상당히 높다. 이에 더해 중국 업체들에게는 미국이 언제라도 제재를 강화해 엔비디아 칩의 중국 판매를 금지할 수 있다는 불안감이 존재한다.

반도체 개발은 난이도가 높으며 상당한 수준의 R&D 비용을 소요한다는 차원에서 어려움이 많다. 업계에서는 28나노 칩의 개발비는 5130만 달러이며, 16나노 칩은 1억 달러로 높아지며, 7나노 칩은 2억 9700만 달러, 5나노는 5억 4000만 달러선인 것으로 알려져 있다.

험난한 과정을 이겨내고 반도체 제작에 성공했더라도, 그에 상응하는 소프트웨어가 없다면 해당 반도체는 무용지물이다.

때문에 자동차 업체들은 소프트웨어까지를 동시에 개발해 내야 한다. 연관된 소프트웨어 개발에도 천문학적인 자금이 소요된다.

그럼에도 불구하고 중국의 자동차 업체들은 글로벌 정상급 전기차 업체로 도약하겠다는 비전하에 반도체를 자체 개발하고 있다.

니오가 개발한 5나노 공정 스마트 드라이빙 칩인 NX9031의 소개 이미지 [사진=니오]

◆니오, 5나노 차량용 반도체 개발 충격

최근 니오가 5나노 공정의 스마트 드라이빙 전용 칩셋을 개발해냈다고 발표해 중국 자동차 업계에 충격을 던졌다. 니오는 7월 27일 상하이에서 개최한 '니오 이노베이션 대회'에서 스마트 드라이빙 칩인 NX9031을 공개했다.

니오의 창업자이자 CEO인 리빈(李斌)은 "5나노 공정의 NX9031을 개발해 최근 파운드리(반도체 외주 제작) 업체에 테이프아웃(반도체 설계도를 전송)했다"고 발언했다. NX9031은 테이프아웃 성공 후 제품 테스트 작업을 거치게 된다. 이어 내년 1분기 양산될 예정이며, 니오의 플래그십 세단인 ET9에 장착한다는 방침이다.

테이프아웃 대상 파운드리는 발표되지 않았지만, 삼성전자 혹은 대만의 TSMC가 유력한 것으로 분석되고 있다. 중국의 최대 파운드리인 SMIC(중신궈지, 中芯國際)는 5나노 공정을 수행해 낼 역량을 갖추지 않고 있다.

니오의 소개에 따르면, NX9031은 500억 개 이상의 트랜지스터를 장착하고 있으며, 높은 성능의 32코어 CPU(중앙처리장치)를 포함하고 있다. 칩에는 자체 개발한 이미지처리장치(ISP)가 탑재돼 있다. 해당 ISP는 6.5G Pixel/s의 처리 능력을 지니고 있다. 처리 지연 시간은 5ms(밀리초) 미만이다. 특히 NPU(뉴럴 프로세싱 유닛)도 칩에 포함돼 있어서 대규모 데이터의 빠른 처리가 가능하다.

리빈 니오 CEO가 7월 개최한 니오 이노베이션데이에서 발언자로 나서서 5나노 스마트 드라이빙 칩셋을 개발했음을 발표하고 있다. [사진=니오]

◆연산력 1000Tops급으로 AI칩에 비견

리빈 CEO는 "자체 개발한 칩 하나로 현재 업계 주력인 스마트 드라이빙 칩 4개의 성능을 구현하는 것이 목표"라고 밝혔다. 이는 니오 칩셋이 연산력 1000Tops(Tera Operations Per Second)가 넘는 칩을 경쟁 대상으로 하고 있음을 의미한다.

이와 함께 니오는 자체 개발한 전기차 운영체제인 스카이OS를 함께 공개했다. 리빈 CEO는 "스카이OS는 4년에 걸친 연구개발 끝에 완성됐으며, 고대역폭, 저지연, 높은 컴퓨팅 능력, 이종 하드웨어, 교차 영역 융합, 고신뢰성, 정보 보안 등의 기능을 갖췄다."

리빈 CEO는 "스마트카의 핵심인 운영체제와 칩을 자체 개발한 만큼, 향후 스마트카 분야에서 선도적인 기술력을 갖춰 나가겠다."라고 말했다.

니오는 이미 2020년에 800명이 넘는 규모의 반도체 설계 조직을 꾸렸다. 지난해 9월에는 NX6031이라는 이름의 레이저 라이다 메인 칩셋을 발표한 바 있다. 리빈 CEO는 "NX6031은 업계 최고 사양은 아니지만, 수준급의 성능을 갖췄다"며 "현재 NX6031을 통해 상당한 원가절감 효과를 누리고 있다"고 설명했다.

◆샤오펑 역시 스마트카 칩셋 개발 완료

중국의 전기차 업체인 샤오펑과 리오토 역시 반도체를 자체 개발하고 있다. 샤오펑은 니오와 비슷한 시기인 2020년에 반도체 사업부를 조직했다. 샤오펑이 자체 개발한 스마트 드라이빙 칩셋 역시 최근 파운드리에 테이프아웃된 것으로 알려졌다. 샤오펑이 개발한 칩셋은 스마트 콕핏과 스마트 드라이빙 관련 연산 수요를 동시에 충족시킬 수 있는 것으로 전해졌다.

리오토는 니오와 샤오펑보다는 늦은 지난해 자체 반도체 개발을 시작했다. 현재 개발팀 인원은 약 200명이다. 리오토는 '슈마허'라는 프로젝트명으로 드라이빙 칩셋을 개발하고 있으며, 첫번째 칩을 올해 내에 테이프아웃할 것으로 전해지고 있다. 리오토가 개발중인 반도체는 칩렛(Chiplet, 여러 칩을 하나로 묶는 후공정 기술)을 적용해 컴퓨팅 역량을 높이는 방식을 채택한 것으로 전해졌다.

지리자동차의 반도체 계열사인 신칭커지가 2022년 자동차용 반도체 제품 발표회를 진행하고 있다. [사진=바이두 캡처]

◆지리차는 ARM과 함께 반도체 개발

지리자동차는 2018년 계열사인 신칭(芯擎)커지를 설립해 반도체를 직접 개발하고 있다. 신칭커지는 스마트카 솔루션 업체인 이카엑스(亿咖通科技, ECARX)가 ARM 차이나와 공동으로 설립한 반도체 업체다. 이카엑스는 리수푸(李書福) 회장이 2017년 설립한 차량용 스마트 솔루션 업체다.

신칭커지는 2022년 말 7나노 공정의 '룽잉(龍鷹)1호(SE1000)'라는 이름의 차량용 반도체를 출시했다. 이어 신칭커지는 올해 연말에 7나노급 고급 스마트 드라이빙 칩셋인 AD1000을 출시할 예정이다. AD1000에 장착된 NPU의 컴퓨팅 능력은 256TOPS다. 여러 칩들이 동시에 구동하면 최고 1024TOPS의 컴퓨팅 능력을 구현해 낼 수 있는 것으로 알려졌다. 해당 칩은 L4급 자율 주행까지 커버할 수 있다는 설명이다.

신칭커지 측은 7나노급 반도체에 주력하고 있으며, 향후 칩렛 방식을 사용해 제품의 수율을 높이고 제조비용을 절감해 나갈 것이라고 밝혔다.

왕촨푸 비야디 회장이 지난 3월 실적발표회에서 지난해 R&D 투자액이 한화로 약 7조3000억원을 기록했다고 발표했다. [사진=바이두 캡처]

◆비야디는 2011년부터 반도체 사업

비야디는 자회사인 비야디마이크로일렉트로닉스를 통해 2011년부터 자체적으로 전력반도체인 IGBT(절연게이트양극성트랜지스터)을 개발하는 프로젝트를 시작했다. 해당 업체는 2017년 완제품을 출시했다. 현재 비야디는 배터리 보호 칩, 전원 관리 칩, CMOS(상보성 금속 산화막 반도체) 이미지 칩 등을 생산하고 있다.

비야디는 이와 함께 자율 주행 칩도 개발 중이다. 다만 비야디의 자율 주행 칩은 컴퓨팅 능력 8TOPS가량의 저사양 칩을 주로 개발하고 있다. 이 같은 칩은 특정한 분야의 컴퓨팅에 사용될 수 있다. 품질이 좋으면서 가격이 저렴하다. 비야디의 주력 모델인 10만 위안~20만 위안의 차종에 적용될 예정이다.

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