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영상보안 분야 SoC칩 대란, 다양한 해결책을 모색하다

  |  입력 : 2021-03-30 18:11
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하이실리콘 대체 기업으로 노바텍·아이닉스·암바렐라 부상
칩 수급, 영상보안 업계의 가장 큰 고민
정부, 시스템 반도체 분야에 2,400억원 연구개발 지원


[보안뉴스 엄호식 기자] 시장조사업체 IHS마킷 보고서에 따르면 2023년까지 전세계 SoC 산업의 매출이 매년 두 배씩 증가하고 시스템온칩 솔루션의 절반 가량에 AI 기능이 포함될 것이라고 전망했다. 이어 이런 흐름에 따라 AI를 응용하거나 사용하는 프로세서 시장의 글로벌 매출이 2018년 99억달러(약 11조원)에서 2023년 371억달러(약 43조원)로 약 3.7배 늘어날 것이라고 예측했다.

[이미지 = utoimage]


우리 정부도 지난 2월 ‘제3차 혁신성장 BIG 3 추진회의’에서 글로벌 K-팹리스 육성을 위한 ‘시스템 반도체 기술혁신 지원 방안’을 발표하고 전력 반도체와 차세대 센서, 인공지능 반도체 등 시스템 반도체 유망 분야 집중 육성을 위해 총 2,400억원 규모의 연구개발을 지원한다고 밝혔다.

하지만 영상보안 업계는 미중 무역 갈등으로 인한 하이실리콘 칩 생산 중단으로 곤경에 처했다. 이러한 상황을 대처하기 위해 하이실리콘 칩 확보에 나서는 한편, 대체품을 찾은 기업도 있지만, 중소기업의 경우 빠르게 대처하지 못해 폐업을 해야 할지도 모르는 상황에 놓였다는 소식도 전해지고 있다.

시스템온칩이 쓰이는 가장 보편적인 사용처는 바로 우리가 사용하고 있는 스마트폰과 태블릿 PC를 들 수 있다. 이외에도 TV와 노트북, 셋톱박스, 카메라 모듈, CCTV, 자동차 블랙박스 등 산업 전반에 사용되고 있으며 첨단 정보기술(IT) 및 자율주행자동차 등의 기술 발전과 함께 전 세계 산업의 변화를 뒷받침하는 핵심 부품으로 자리 잡고 있다.

▲시스템온칩의 종류와 용도[자료=노바텍 웹사이트]


시스템온칩(SoC : System on Chip)은 여러 가지 기능을 가진 시스템을 하나의 칩으로 구현한 기술이 집중된 반도체로 마이크로프로세서, 메모리반도체, 디지털 신호처리칩 등 개별 반도체를 동전보다 작은 하나의 칩에 통합한 것을 의미한다. 즉, 여러 개의 반도체 칩으로 구현되는 시스템이 한 개의 칩으로 집중돼 연산 기능, 데이터 저장 기능, 아날로그와 디지털 신호의 변화 등을 보다 간단하게 해결하는 것이다. 시스템온칩은 프로세서, 멀티미디어, 그래픽, 인터페이스, 보안 등 다양한 기능을 모두 흡수하며 더욱 복잡한 시스템으로 발전하고 있다.

그 중에서도 ‘영상처리 시스템온칩’은 하나의 칩에 여러 시스템을 집적시킨 단일 칩 시스템 반도체로 영상데이터 신호처리와 압축, 통신, 암호화 등 CCTV 핵심기능을 담당하며 CCTV 카메라는 물론 네트워크 영상저장장치(NVR: Network Video Recorder)와 디지털 영상저장장치(DVR: Digital Video Recorder)의 핵심 부품으로 사용되고 있다.

하지만 지난해 미국과 중국의 무역분쟁으로 촉발된 대만 파운드리 TSMC의 공급 제한으로 대부분의 CCTV 기기 제조사는 화웨이(Huawei)의 자회사인 하이실리콘(Hisilicon) 칩을 쓸 수 없는 상황에 놓여 생산에 큰 어려움을 겪고 있다. 영상처리 SoC 회사는 우리나라의 아이닉스(Eyenix)를 비롯해 미국의 암바렐라(Ambarella)와 퀄컴(Qualcomm), 인텔(Intel), 중국의 하이실리콘(Hisilicon)과 시그마스타(Signaster), 풀한(Fullhan), 락칩(RockChip), 대만의 노바텍(Novatek), 일본의 소시오넥스트(SocioNext), 네덜란드의 NXP 등이 있다.

이 중 영상보안 업계가 가장 많이 사용한 것이 중국의 하이실리콘 SoC였다. 하이실리콘 SoC는 영상보안 업계가 필요로 하는 다양한 라인업을 갖추었을 뿐만 아니라 가격대비 성능까지도 만족할 만큼 가성비가 높았기 때문이다. 하지만 미중무역 분쟁으로 인해 2019년 5월 화웨이에 반도체를 공급하는 미국 업체는 미국 당국의 허가를 받아야 한다는 1차 제재가 가해졌다. 그리고 2020년 5월 화웨이가 설계한 반도체에 미국의 기술이 사용되면 안 된다는 2차 제재에 이어 2020년 9월에는 미국의 장비와 설계 소프트웨어를 사용한 모든 반도체를 화웨이와 그 계열사에 공급할 경우, 미국 정부의 승인을 받아야 한다는 3차 제재까지 시작됐다. 그리고 화웨이의 자회사인 하이실리콘의 칩을 위탁생산하던 대만의 TSMC가 미국 제재 이후 마지막 생산량을 납품하고 나서는 더 이상 하이실리콘 칩을 생산하지 않겠다고 공표했다.

[이미지 = utoimage]


이러한 흐름을 감지해서였는지 전 세계 보안시장 1위 기업인 중국의 하이크비전(Hikvision)은 오래 전부터 대만 SoC 업체 노바텍과 독점 계약을 체결하고 AI 솔루션 중 상당 부분의 제품에 노바텍 SoC를 탑재했다. 업계에서는 하이크비전의 이러한 선택은 미국의 화웨이 제재에 대한 대비도 있었지만 하이실리콘의 모회사인 화웨이의 보안시장 진출에 대한 견제의 의미도 담겨있다는 분석이다.

그런가하면 유니뷰(Uniview)는 5년전부터 대만의 엠스타 세미컨덕터(Mstar Semiconductor)와 손을 잡고 제품을 생산하고 있으며, 다후아(Dahua)도 엠스타 세미컨덕터 칩을 사용하고 있는 것으로 알려졌다.

저가 라인업에 사용할 수 있는 솔루션으로는 중국의 시그마스타와 풀한을 꼽을 수 있다. 시그마스타는 자동차부품 애프터마켓 시장의 블랙박스(DVRS)와 어라운드 뷰 모니터링 시스템(AVM), 그리고 버스 등에 주로 장착되는 MDVR 시장을 중심으로 활약하고 있었다. 하지만 하이실리콘 사태 이후 보안 업체들이 DVR 등에 시그마스타의 제품을 도입하고 있는 것으로 알려졌다. 안개감지와 노이즈제거, 조도조절 등 영상처리에 최적화된 칩인 ISP((Image Signal Processor) 사업에 주력하던 풀한 역시 SoC 사업에 투자하고 있는 것으로 전해지고 있다.

하이실리콘을 대체할 대표기업
국내 영상기업들 역시 하이실리콘 칩의 보유를 위해 노력하는 한편, 하이실리콘 칩의 대체품을 찾기 위해 동분서주했고 국내에서는 하이실리콘을 대신 암바렐라 칩을 사용해 왔던 세연테크를 비롯해 아이디스와 씨프로 등 대표 영상보안기업들이 하이실리콘을 대신할 대체품에 대해 선제 대응했다. 국내 영상기업들이 하이실리콘을 대체하고 있는 업체는 대만의 노바텍과 우리나라의 아이닉스, 그리고 미국 암바렐라가 대표적이다.

노바텍
1997년 설립된 노바텍(Novatek)은 대만의 팹리스 반도체 개발 업체다. 노바텍은 하이실리콘을 대체할 대표적인 업체로 떠오르고 있다. 그 이유는 IP 카메라는 하이실리콘을 대체할 브랜드가 있지만 DVR과 NVR은 노바텍 밖에 대안이 없기 때문이다. 노바텍의 강점은 AI 기술이 뛰어나다는 것인데, 노바텍은 오래 전부터 AI 성능에 있어서는 하이실리콘보다 더 뛰어나다는 평가를 받기도 했다. 물론, 제품라인업이 다양하지 못한 아쉬움이 있었지만 하이실리콘의 대체품이 아니라 대세로 자리 잡은 노바텍은 제품의 라인업도 빠르게 업데이트 하고 있는 것으로 알려졌다.

▲노바텍 IP SoC 사양[자료=엔텍디바이스]


아쉬운 것은 노바텍 SoC의 수급도 녹록지만은 않은 실정이라는 점이다. 노바텍은 이미 중국업체에 제공하는 것만으로도 양산 일정이 꽉 차있어 기존에 수급 받던 국내 업체가 아니라면 오랜 시간을 기다려야만 한다. 이에 노바텍의 국내 총판을 담당하고 있는 엔텍디바이스는 “한 업체가 발주를 하기보다 노바텍 SoC를 필요로 하는 여러 업체가 모여 대량으로 발주를 하면 조금 더 빠르게 제품을 수급받을 수도 있다”며 제품 공급에 대한 팁을 전하기도 했다.

아이닉스
아이닉스는 영상처리 기술을 기반으로 영상보안에 필요한 반도체를 독자 기술로 개발해 온 반도체 팹리스 회사다. 아이닉스의 강점은 화질에 강하며, 다양한 고객사를 만족시킬 수 있는 커스터마이징에 능하다는 것이다. 또, 자체 CPU를 사용해 해외로 지불되는 로열티 없이 국내기술로 제품을 개발하고 생산하고 있다는 점과 기술지원 등에도 빠르게 대응한다는 점도 눈에 띈다.

▲아이닉스 IP SoC 사양[자료=아이닉스]


아이닉스는 지난 3월 고화질 영상처리와 지능형 영상 정보 검출을 수행하는 보안용 네트워크 카메라 시스템온칩 EN675를 출시했다. EN675는 고성능 컨슈머 제품군 및 IP 카메라 솔루션을 제공한다. 고효율 H.264/H.265 Codec과 1.2TOPs의 NPU가 내장돼 있으며, ISP Smart DNR 기능은 저조도 노이즈 제거 및 코덱 압축 효율을 극대화한다. LINUX 플랫폼의 SDK를 제공하며, 시장 요구사항에 맞춰 Lo-End(X3/FHD), Middle(X2/5M), Hi-End(X1/4K) 3종의 제품으로 출시됐다. EN675를 탑재한 엣지컴퓨팅 카메라제품은 밝기 대비 차가 크거나 흔들림, 잡음 등의 악조건 환경하에서도 안정된 영상을 출력하며, 객체 트래킹 알고리즘을 기반으로 라인 크로싱, 침입탐지, 배회 탐지 등이 가능한 지능형 CCTV 관제시스템에 적용할 수 있다.

이외에도 자동차부품 에프터마켓(After-market Automotive) 시장의 레벨 2급 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS) 기능이 탑재된 차량용 영상기록장치를 적용하고 5G 및 광대역 인터넷 연결성(Internet Connectivity) 기반 무손실 전송기술 등을 이용한 클라우딩 시스템에 연결하는 IoT 응용에도 확대할 계획이다.

아이닉스는 2022년 상반기까지 약 400만개의 EN675 SoC를 출하할 계획이며, 제4세대 칩인 EN677의 개발에도 착수했다.

암바렐라
암바렐라 SoC의 가장 큰 장점은 다양한 제품 라인업을 보유하고 있다는 점과 미국을 대상으로 하는 비즈니스가 편하다는 것이다. 특히, 업계 관계자는 미국에 제품 공급 시 대놓고 암바렐라 SoC를 사용하는지 묻는 경우도 있다고 전하기도 했다. 하지만 암바렐라의 경우, 제품 공급 시 업체선별이 까다롭고 하이실리콘 SoC 대체품으로 떠오르며 가격이 높아져 암바렐라 SoC를 쓰고 싶어도 쓰지 못하는 경우가 많다.

여기에 자연재해로 인한 제품 수급의 문제까지 발생해 업계는 더욱 난감한 상황에 놓였다. 올해 초, 평균기온이 영상 10도가 넘는 미국 텍사스에 2주간 영하 17도의 한파가 닥쳤다. 한파와 폭설 등으로 인해 재난을 당한 텍사스는 일주일이 넘게 전기가 끊기고 파이프라인이 모두 얼어 물조차 끊기는 상황에 놓였다. 지속된 폭설과 혹한으로 대규모 정전이 발생했고, 시민 안전을 위해 산업용 전력 공급을 일시 중단하는 지경에 이르렀다. 그리고 텍사스주에 있는 삼성전자 반도체 공장을 비롯해 현지에 반도체 공장을 보유한 NXP, 인피니온 등 유럽기업들은 물론 암바렐라 역시 공장 가동을 멈출 수밖에 없었다. 이로 인해 제품 수급에도 차질이 생겨 짧게는 수개월에서 1년 이상을 기다려야 제품을 받을 수 있는 것으로 전해지고 있다.

반도체 산업 육성을 위한 정부의 노력
과학기술정보통신부는 올해 인공지능 반도체 분야 13개 지원사업에 지난해보다 약 75% 증가한 총 1,253억원의 투자를 확정하고 사업공모 등을 본격적으로 사업을 추진하고 있다. 인공지능 반도체(NPU: Neural Processing Unit)는 학습·추론 등 인공지능 구현에 특화된 고성능·저전력 시스템반도체로 모바일과 자동차·가전·영상보안 등 다양한 산업분야와 융합해 새로운 시장을 창출할 것으로 전망되며 디지털 댐 등 디지털 뉴딜의 핵심 인프라로 자리매김하고 있다.

이에 정부는 아직 초기단계인 인공지능 반도체 세계시장 선점을 위해 2030년 세계 시장의 20%를 점유해 ‘제2의 DRAM’으로 육성하는 것을 목표로 지난해부터 관계부처 합동 중장기 발전전략 수립 등 적극적인 정책적 노력을 기울이고 있다.

올해에는 △핵심기술 연구개발 지원 △혁신기업 육성 △산업기반 조성 등 3대 분야 13개 사업으로 구성했으며, 미래 반도체 패러다임을 바꿀 수 있는 신개념 PIM 반도체 개발을 비롯해 소프트웨어 역량 강화, 국산 반도체 실증 지원, 혁신기업 육성 등 4개 사업을 새롭게 추진한다.

그런가하면 정부는 지난 2월 제5차 혁신성장 BIG3 추진회의를 개최하고, 시스템반도체 산업의 지속적인 성장 생태계 조성을 위한 ‘시스템반도체 분야 민간 투자 실행 가속화 및 투자·보증 강화 방안’을 발표했다. 이를 통해 정부는 국내 반도체 제조 인프라 확대를 위해 대규모 민간 투자의 차질없는 이행을 지원하고 다양한 펀드와 정책금융 프로그램을 활용해 시스템반도체 경쟁력을 제고해 나간다는 계획이다.

먼저 국내 주요 기업의 대규모 민간 투자 프로젝트와 관련된 행정 절차 이행·규제 완화 등을 조속히 추진해, 변화하는 반도체 시장에 적기 대응할 수 있도록 지원한다. 이를 위해 현재 추진 중인 △시스템반도체 133조원 투자 △용인 반도체 클러스터 조성 등 대규모 민간 투자 추진 과정에서 발생하는 애로사항은 관계 부처 간 협의를 통해 조기에 해소하고, 최근 소부장 특화단지로 지정된 용인 반도체 클러스터는 올해 연말까지 착공할 수 있도록 관련 절차를 조속히 이행할 예정이며, 향후 기반시설(용수, 전력 등)의 적기 구축을 지원한다.

아울러 시스템반도체 기업의 경쟁력 제고를 위해 민간을 중심으로 조성된 총 6,500억원의 펀드를 활용하고, 이 중 2,800억원은 기존 펀드의 후속펀드 및 신규펀드로 마련한다. 마지막으로 정책자금 대출 및 정책보증 프로그램을 활용해 시스템반도체 기업의 신규 투자를 활성화하고, 민간기업의 자생적인 성장 기반 조성을 지원한다.

[SoC 관련 용어 설명]
비메모리 반도체 : 비메모리는 한국에서만 사용하는 반도체 분류 용어로 ‘반도체=메모리 반도체’라는 인식이 퍼지면서 메모리 반도체 이외의 나머지를 모두 비메로리로 통칭하고 있다. 메모리 반도체는 저장의 기능을 수행한다면, 비메모리는 PC와 스마트폰 등 모든 전자기기에 사용되며 주로 연산작업을 한다.

시스템 반도체 : 시스템 반도체는 비메모리 반도체의 다른 표현으로 비메모리 반도체 중에서도 특히 기기의 ‘두뇌’ 역할이 강조된 표현이다. 중앙처리장치(CPU)와 같이 특수한 기능을 담당해 고도의 회로 설계 기술을 필요로 하며, 사람이 명령하지 않아도 다양한 기기에 내장돼 최적의 운영 조건을 유지·관리 한다.

팹리스(Fabless) : 팹리스는 반도체 설계를 전문으로 하는 업체로 공장이 없다는 뜻을 지니고 있다. 분업화가 특징인 비메모리 반도체 산업은 시스템 반도체를 설계하는 팹리스 기업들이 밸류 체인의 앞부분을 차지한다. 생산 시설에 대한 투자 부담을 지지 않는 대신 연구와 개발(R&D) 역량을 가져야 한다. 팹리스가 설계도를 그리면 제조는 전문 업체가 담당하게 된다. 대표적인 팹리스기업으로는 엔비디아(NVIDIA), 퀄컴(Qualcomm), 미디어텍(Media Tek), ADM 등이 있으며 국내기업으로는 실리콘웍스와 어보브반도체, 텔레칩스 등이 있다.

파운드리(Foundry) : 파운드리는 금속이나 유리는 녹여 물건을 만드는 공장을 이르는 말로, 반도체 설계 도면을 받아 생산을 담당하는 회사를 의미한다. 파운드리는 팹리스와 다르게 대규모 투자를 통해 공정 기술을 확보해야 한다. 특히, 휴대전화에 들어가는 애플리케이션 프로세서(AP)는 막대한 투자가 필요하다. 대표적인 파운드리 기업으로는 국내기업 삼성전자와 대만의 TSMC, 중국의 SMIC 등이 있다.

IDM(Integrated Device Manufacturer) : IDM은 설계와 제조를 모두 하는 종합 반도체 회사를 의미한다. 설계 및 개발을 하는 팹리스와 제작을 하는 파운드리의 역할을 모두 하기 때문에 웨이퍼 생산 시설인 팹을 갖추고 있다. 그리고 설계에서 제조, 웨이퍼가공(전공정), 패키징과 테스트(후공정), 판매까지 반도체 제품 생산의 모든 과정을 수행한다. 대표적인 IDM 기업으로는 미국의 인텔(Intel) 그리고 국내기업인 삼성전자와 SK하이닉스 등이 있다.

IP 기업(Intellectual Property) : IP기업은 팹리스와 같이 반도체 설계를 전문으로 하지만 지적 재산권을 뜻하는 IP를 달고 특정 설계 블록(셀 라이브러리)을 팹리스와 파운드리, IDM에 제공하고 설계 블록의 사용에 따라 라이선스료와 로열티를 받는다. 팹리스가 외부에 위탁해서 생산한 칩의 소유권과 영업권을 가지고 자사의 브랜드로 판매하는 반면, IP기업은 설계 라이선스를 판매하고 자신의 브랜드로 제품을 생산하지 않는다.

디자인하우스 : 디자인하우스는 팹리스와 파운드리의 연결다리로 팹리스에서 설계한 반도체 설계도면을 제조용 설계도면으로 디자인한다.
[엄호식 기자(eomhs@boannews.com)]

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