반도체 제조업체 관점에서 본 4차 산업혁명

  • 2018-01-03
  • 글 | 토마스 브랜드(Thomas Brand) 어플리케이션 엔지니어, 아나로그디바이스



‘4차 산업혁명’은 산업 가치 사슬과 그 제품의 디지털화 및 네트워크 구축을 향해 가는 세계적인 추세를 의미한다.

최근 독일에서는 흔히 ‘4차 산업혁명’이라고 불리는 패러다임의 전환이 일어나고 있다. 국제적으로 사용되고 있는 (산업용) 사물인터넷(IoT), 스마트 공장, 그리고 가상 물리 시스템(cyber physical (production) system) 같은 용어들은 서로 같은 의미로 사용된다. ‘4차 산업혁명’은 산업 가치 사슬과 그 제품의 디지털화 및 네트워크 구축을 향해 가는 세계적인 추세를 의미한다.

독일에서 ‘4차 산업혁명’이라는 용어는 비단 비즈니스 분야에서만 사용되는 것은 아니다. ‘4차 산업혁명’은 독일 제조업의 경쟁력 증진 등 경제에 미치는 영향으로 인해 정치에서도 많이 사용된다. 이러한 맥락에서 정치가와 관료들은 특히 산업 자동화 및 설비 관리 분야에서의 공급자 관점뿐 아니라 사용자 기업의 관점을 결합하는 투트랙 전략을 추진하고 있다. 이 과정에서 제조업체들은 자체 생산 공정에 최신 기술을 사용하는 동시에 이러한 기술과 제품을 시장에 선보이는 것이 중요해 지고 있다.

시장을 이끌어가는 공급업체의 관점에서 보면, 정보나 통신 기술, 그리고 기존의 높은 기술을 바탕으로 하는 접근 방식의 결합은 보통 생산 분야 및 기술 확장에 도움이 된다. 이러한 확장을 이루기 위해서는 시장의 역동성과 복잡성을 높이기 위한 전제 조건이 충족되어야 한다. 제조업체 관점에서 본다면 새로운 시장 개척을 위해 스마트 기술과 제품을 설계한 후 시장에 제품을 제공하는 것이 중요하다. 공급업체와 제조업체의 필요를 충족시키기 위해서 기업들은 두 가지 측면에 모두 작용하는 전략이 필요하다. 예를 들어 반도체 업체의 경우 이런 투트랙 전략을 채택하는 데 능숙하다.

아나로그디바이스와 같은 반도체 제조업체는 이러한 복잡한 개념을 사용해서 자체 생산 라인을 완전 자동화된 스마트 공장으로 바꿔 나가고 있다. 뿐만 아니라 이러한 제조업체들은 혁신적인 기술을 제조업 분야의 다른 기업들에게 제공, 제조 설비를 스마트 공장으로 탈바꿈시키도록 돕는다. 이를 통해 독일의 대부분(98% 이상)을 차지하고 있는 중소기업들이 중요한 역할을 담당하고 있다. 이러한 지원이 정확히 어떠한 모습을 하고 있는지, 반도체 제조업체들이 직면한 도전 과제는 대체 무엇인지, 또한 ‘4차 산업혁명’의 결과로 어떠한 기회가 생길지 등과 같은 의문들에 대해 다루고자 한다.

기업들은 제조 설비를 스마트 공장으로 전환하는 것이 의미 없는 노력인지, 아니면 실제로 생산성 증가로 인한 비용을 절감을 뜻하는지 판단해야 한다.

다음과 같은 중요한 질문들에 답하기 위해서 수많은 시장 조사 업체들에 의해 여러 연구가 실시되었는데 이 조사들은 모두 같은 결론에 도달했다. 바로 ‘4차 산업혁명’이 중소기업에 부가가치를 제공해 줄 것이고, 중소기업들은 자사의 성공을 공고히 하기 위해 이와 관련된 기회를 잡아야 한다는 것이다. 특히 반도체 제조업체의 경우 1) 신기술, 2) 신제품 제공, 3) 새로운 사업 모델 등 세 가지 분야로 나눌 수 있다.

이들 세 분야가 아우러진 내용은 센서 노드에서 시작해 클라우드 및 다운스트림 서비스로 이어지는 생산, 그리고 제품의 전체 가치 체인을 포함한다.

스마트 공장으로의 전환을 위해서는 전력 낭비를 줄이는 스마트 제품이나 기존의 생산 구조와 간단히 통합될 수 있는 완전 자동화 시스템(플러그 앤 플레이 등)에 대한 필요성이 반드시 존재해야 한다. 이들 시스템은 여러 반도체 장비와 센서로 구성되며, 이들은 아날로그 및 디지털 신호처리 IC와 결합되어 있다. 이 가치 체인은 이런 장치들에서부터 시작된다. 먼저, 센서가 실제 물리적 세계에서 데이터를 수집하는 역할을 담당하며, 이 후 디지털 영역에서 이 데이터를 변형 및 처리해야 한다[그림 1].


새로운 요건은 무엇인가?


가치 체인이 진화함에 따라 시장 요건도 변해야 하며 이는 반도체 제조업체들이 기업과 상품을 스마트 공장의 현실에 적응시켜야 하는 이유가 되기도 한다. 기술 트렌드는 전력 낭비를 줄여주는 스마트 제품뿐 아니라 통합 안전 및 보안 기능, 에너지 수확 능력을 향해 나아가고 있다. [그림 2]는 아나로그디바이스의 MEMS 기반 가속도계인 ADXL356를 예로 이러한 장치나 완전한 시스템이 어떠한 모습을 하게 될지 잘 보여주고 있다.

ADXL356은 저비용 및 저잡음의 3축 가속도계로, 측정 범위는 최대 ±40g(FSR)다. 이 부품은 극히 낮은 오프셋 드리프트와 낮은 전력 소비를 주요 특징으로 한다. ADXL356은 완전 밀폐 용기를 사용함으로써 극한 환경에서의 정밀한 기울기, 높은 해상도의 진동, 구조적 건강 상태 모니터링(Structural Health Monitoring, SHM), 자세 측정 장치(Attitude Heading Reference Systems, AHRS)과 같이 급작스럽고 과도한 힘을 받는 어플리케이션 등에 주로 사용되는 저전류 및 배터리 구동 센서 네트워크의 고성능 (장기) 측정에 특히 적합하다.

ADXL356은 시스템의 기반을 구성하며, 여기에 ADC, 마이크로컨트롤러, 이더넷, 다양한 아날로그/디지털 절연 및 6LpoWPAN, ADRadioNet 등의 통신 표준을 지원하는 무선 인터페이스 등을 통한 통합 신호 처리 기능을 추가해 확장시킬 수 있다. ADRadioNet은 아나로그디바이스에서 개발한 통신 표준으로, 자체 회복이 가능한 무선 다중 도약(multihop) 통신 규약과 뛰어난 확장성, 낮은 메모리 소비를 특징으로 한다. 또한 AES-128과 AES-256 같은 통합 암호화 방식은 사이버 공격에 대한 보안 성능을 높여 준다. 마지막으로 기능 안전성은 스마트 공장의 맥락에서도 중요하기 때문에 이러한 시스템의 개발 과정에 중요한 역할을 한다.

반도체 제조업체의 경우 센서와 반도체 장치의 범위를 확대하는 것만으로는 충분하지 않을 것이다. 시장에서 세계적인 참여 주체로서 반도체 제조업체들은 ‘4차 산업 혁명’의 모든 잠재력을 활용하기 위해 기존의 제품 범위를 통신 및 저전력 마이크로프로세서 기술로 확장시켜야 한다. 아나로그디바이스는 이를 염두에 두고 이미 제품군에 관련 솔루션을 갖추기 시작했다. 예를 들어 통신 분야의 경우 HART 모뎀을 사용한 여러 솔루션이 있다. 이러한 HART 솔루션은 새로운 절전 기술을 위해 기존의 인프라를 사용함으로써 트래픽이 과도하게 몰려 있는 기존의 통신 네트워크를 상당히 단순한 방식으로 향상시킬 수 있다(그림 2).



시장 조사에 따르면 중소기업은 신제품을 자체 시스템에 더 빠르고 효율적으로 접목시키기 위해 제조업체와 공급업체로부터 상당한 지원을 받기 원하고 있다. 이러한 지원을 통해 중소 기업들은 추가로 들여야 하는 노력은 줄일 수 있고 동시에 핵심 사업에는 지속적으로 집중할 수 있다. 특히 공급업체와 중소기업 간의 파트너십이나 협력이 이러한 지원의 한 유형으로 간주된다.

4차 산업혁명의 여러 이점들 때문에, 현재 많은 기업들이 자체 스마트 공장에 왜 투자하지 않는 것인지에 대한 의문이 제기되고 있다.

스마트 공장 투자에 대해 망설이는 이유

투자에 대한 주된 제약으로 언급되는 것은 스마트 공장이 그다지 이득이 되지 않는다는 인식과 시스템 전환에 필요한 비용이다. 예를 들어, 금전적인 평가 기준이 없기 때문에 투자 수익률을 계산하기가 여전히 까다롭다. 따라서 반도체 제조업체는 고객의 인식을 증진시키고 스마트 공장의 이점과 투자 시 얻을 수 있는 가치를 보여주는 교육 자료를 제공해야 한다.

그러나 투자는 설비를 스마트 공장으로 전환할 마음이 있는 중소기업만 하는 것이 아니다. 반도체 제조업체 같은 스마트 솔루션 공급업체는 자체 제품 공급뿐 아니라 자신들이 운영하는 여러 사업 분야에서 요구되는 구조조정에도 투자해야 한다. 투자는 새로운 기술과 비즈니스 모델뿐 아니라 마케팅 활동 개발 및 확대, 능력 측정, 판매 관리 등에도 이루어져야 한다.

생산 분야에서 전환이 일어나면서 데이터와 IT 보안 같은 분야에도 중요한 역할이 주어진다. 데이터와 IT 보안은 단순히 4차 산업혁명을 성공적으로 도입하기 위해서만 중요한 요건은 아니다. 이들은 수용과 성공을 위한 중요한 요인으로 지속적으로 디지털 시스템에 구현되어야 한다.



기업들은 초기에 4차 산업혁명 구현을 위한 기본적인 전략 경로를 설정하고 그에 해당하는 기술관련 경험을 쌓는 것이 중요하다. 그러나 여러 관련 기술들의 잠재력을 완전히 활용하기 위해서는 5~10년, 또는 그보다 더 오랜 시간이 걸릴 수 있기 때문에 인내가 요구된다. 4차 산업혁명을 구현하는 데 오랜 시간이 걸린다. 더욱이 정의가 명확하지 않기 때문에 4차 산업혁명이 완전히 구현되는 정확한 날짜라는 것은 없다. 즉, ‘산업혁명’이라고 하기보다 ‘산업진화’라는 용어를 사용하는 편이 의미가 더 적합할 수 있다.

생산 환경이 변화하면서 새로운 참여자와 경쟁자가 시장에 등장하거나 영향을 미칠 수 있다. 연합을 통해 생산의 이미지는 중요한 방식으로 형성될 것이다. 제조업에서 산업이나 기업의 미래를 결정하는 이들은 점점 줄어들 것이다. 소프트웨어와 서비스 분야 역시 중요한 역할을 하는데, 가상 세계와 실제 세계를 연결하고 결합함으로써 더 높은 생산 잠재력을 담보하기 때문이다.

기업들에게 현재의 개발 속도는 점점 빨라지고 있다는 것은 분명하며, 이들이 기회를 놓친다면 이를 따라잡기란 상당히 어려울 것이다.
기업들은 더 이상 ‘4차 산업혁명’이 일시적인 열풍이라고 생각하지 않는다. 그 동안 시장은 4차 산업혁명과 스마트 공장을 향해, 거스를 수 없는 방향으로 개발하고 있음이 분명하다. 표준과 보안, 지식 등의 부족에 대해 존재했던 큰 의문은 점점 줄어들고 있다. 생산 환경의 미래에 대한 혼란 역시 줄어들고 있다.

결론적으로 보자면, 스마트 공장으로의 전환을 뜻하는 ‘4차 산업혁명’과 이를 위해 필요한 기술은 반도체 제조업체와 그들의 성공에 상당한 잠재력을 제공한다고 볼 수 있다.
 

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