[이슈] 스마트 센서는 세상을 어떻게 변화시키나

2019-10-07
신윤오 기자, yoshin@elec4.co.kr

차세대 웨어러블, 자율주행차, 헬스케어 등 응용 분야 넓어

지 난 추석 연휴 직전에 성윤모 산업통상자원부 장관이 서울 소재 압전모듈 개발 및 생산기업을 방문하였다.

이번 방문은 소재 부품 장비 분야 경쟁력 강화를 위해 기술개발을 추진 중인 기업을 찾아 업계의 목소리를 경청하기 위함이었다. 성 장관이 찾아간 (주)센서텍은 20년 동안 센서를 전문으로 개발해 온 회사로 산업용 초음파센서모듈을 넘어 최근에는 IoT용, 드론용, 자율주행차용 센서까지 영역을 넓혀가고 있다. 지난해에만 400억 매출을 달성한 대표적 센서 전문기업이다.

이 회사 엄종학 대표는, 그 동안 정부 R&D 지원에 힘입어 센서가 필요한 다양한 산업영역에 진출할 수 있었다고 인사하며, 향후에도 소재 부품에 대한 정부의 지속적인 지원이 센서 산업의 경쟁력 확보에 큰 도움이 될 것이라고 강조했다.



이날 중요했던 장면은 또 하나 있었다. 업계와 정부가 강조해 왔던 수요-공급기업 간의 협력 강화를 나타내는 이벤트도 있었기 때문이다. 수요기업인 센서텍과 공급기업인 아모텍이 MOU를 체결한 것이다.

양 기업 간의 MOU는 수요기업이 공급기업에 R&D 방향을 제시하고 신뢰성 평가?양산테스트 등에 협조하는 동시에 기술개발의 성과가 실효성을 갖도록 적극 협력하자는 내용이 담겼다. 성 장관이 “이번 MOU가 기술개발에 있어 수요기업, 공급기업간 협력의 중요성을 나타내는 상징성을 갖기를 희망한다”고 밝힌 것도 이러한 맥락이다.



4차 산업혁명의 첨병, 센서


센서는 측정 대상물로부터 정보를 감지하여 전기적 신호로 변환하는 장치를 총칭한다. 센서는 빛, 전기, 열 등의 물리량을 전기적 신호로 변환하기 위한 소자 또는 복수의 소자로 구성되며 사람이 오감을 통해 정보를 수집하는 것과 같이 기기는 센서를 통해 주변 환경 정보를 수집한다. 이에 따라, 정보 데이터가 핵심인 4차 산업혁명, 사물인터넷 분야의 최전선에 위치하는 것이 센서라 하겠다.

그래서 센서도 진화하고 있다. 과거 신호를 감지하는 단순 측정기에서 소형화, 지능화된 스마트센서로 발전하고 있다. 센서는 1990년대에 반도체, 나노, MEMS(Micro Electromechanical System) 기술이 도입되면서 소형화됐으며 2012년 이후에는 MCU가 센서에 내장되면서 제어, 판단, 저장, 통신 기능을 갖춘 스마트 센서로 발전했다.

국내의 강점기술인 IT, NT 기술이 적용된 스마트 나노센서 시장은 2014년 1,310만 달러에서 2019년에 4.85억 달러로 성장할 것으로 보인다. 이러한 스마트 나노센서 수요의 증가는 산업적 수요뿐만 아니라, 고령화에 따른 사회문화적, 통상마찰에 따른 국가 안보 측면에서도 급속히 촉진될 것으로 기대된다. 센서산업은 기술과 시장의 다변화와 창의적인 아이디어만으로도 창업이 가능한 전형적인 중소기업형 산업으로서, 국내의 우수한 IT, NT기술이 결합된 스마트 나노센서는 국가 주도적으로 육성이 필요한 신산업분야이다.



국내의 기존 산업과 연계하여 차세대 웨어러블, 자율주행자동차, 스마트 헬스케어 산업에 필요한 스마트나노센서를 개발하여 대중소기업의 동반성장을 통해 급성장하고 있는 IoT시장에 대한 대응전략이 필요하다.

이처럼 센서는 전후방 연관효과가 큰 기술집약적 산업이며 전문 분야에서는 다품종 소량생산 구조로 진입장벽이 높아지기도 했다. 센서산업을 중심으로 전방산업은 스마트폰, 가전, 자동차 등 제조업 중심에서 헬스케어, 보험 등 서비스 분야로 확대되며 후방산업은 소재, 장비 산업 등으로 구성된다.

센서 산업, 연평균 12.8% 성장 가도

센서산업은 2017년 1,378억 달러에서 2023년 2,834억 달러로 연평균 12.8% 성장하여 메모리반도체 산업규모로 성장하고 있다.

센서의 제품별 시장규모는 이미지, 바이오, 화학센서가 센서산업의 약 40%를 차지하며 이미지센서가 2023년 센서산업의 15.9%로 가장 큰 시장규모를 형성하고 있다. 자동차산업(24%)과 장치산업(18%)이 가장 높은 비중을 차지하고 있으며, 모바일 등 소비재 산업(17%)과 의료산업(11%)에 적용되는 센서 비중이 높아지고 있다. 이외에도 기계 및 제조업, 건설산업, 항공기 및 선박건조 등 다양한 산업 분야에 센서 적용이 확대되고 있다.



좀더 분야별로 자세히 들여다 보자. 이미지센서 산업은 2017년 185억 달러에서 2022년 382억 달러로 연평균 15.6% 성장할 전망이다. 최대 수요처는 휴대폰으로 약 70%를 차지하나 스마트폰 산업 성숙, 자동차 및 산업용 수요 증가로 2020년에는 그 비중이 48%로 축소될 것으로 보인다. 자동차용 센서산업은 2016년 262.7억 달러에서 2021년 434.2억 달러로 연평균 10.6% 성장할 전망이다. 자동차 1대에는 센서 약 20~30여종, 200여개가 탑재되며 안전규제 강화, 운전자 편의성 제고를 위해 센서 탑재가 증가할 전망이다.

자율주행자동차의 상용화로 자동차용 센서 중 사람의 시각을 담당하는 카메라, 레이더, 라이다 센서의 성장성이 높다. 자동차용 카메라는 가격경쟁력이 높아 가장 먼저 탑재가 확대되면서 시장규모는 2015년 101억 달러에서 2020년 170억 달러로 연평균 11% 성장할 전망이다.

지역별 시장규모는 북미(30.3%)와 아시아·태평양(29.3%)이 가장 크며, 다음으로 유럽(27.4%) 순이다. 북미는 자동차, 유럽은 자동차와 환경, 에너지 효율화가 수요를 견인하며 아시아태평양은 글로벌 전자기기 생산기지로 IT 제품 등의 수요가 많다.





미국은 세계 최초로 무인자동차 허용법안 제정(‘12.10월), 원격의료법 시행(’09.1월) 등 법 제도 마련을 통한 신산업 집중 육성을 추진하고 있으며 유럽은 스마트센서 분야를 국가핵심 산업으로 집중 육성하기 위해 원천기술, 자본, 설비, 인력 등 성장 인프라에 대한 투자 지원정책을 추진하고 있다. 일본은 신성장동력 창출원으로서 인간 중심의 스마트센서 정책 전개 및 스마트센서를 통해 고령화 및 의료인력 부족에서 발생하는 각종 문제를 해결하기 위해 센서 산업에 집중하고 있다.

센서 산업의 특징

센서는 소자와 소재 기술 확보에 긴 시간이 소요되어 기업들은 M&A를 통해 기술력을 확보하고 모듈화하여 판매하는 전략을 선호한다. 센서가격이 빠르게 하락하고 있기 때문이다.

기업들은 다양한 센서 소자를 하나의 패키지로 통합하거나 소프트웨어 역량 강화를 통해 제한된 수의 센서가 수집한 데이터의 정확성을 제고하며 경쟁사와 차별화하고 있다.

국내 센서 생산액은 2012년 1.5조원에서 2017년 3.9조원으로 연평균 27% 성장했으며 국내 약 300개 기업이 센서산업에 참여하고 있다.

한국의 주력산업인 스마트폰, 자동차 등의 센서 탑재 증가로 CMOS이미지센서와 자동차용 센서가 성장을 견인하고 있다. 기업 규모별 기업수 비중은 대기업 3.6%, 중견기업 21.1%, 중소기업 75.3%를 차지하며 대기업은 시장 규모가 큰 이미지센서, 카메라모듈, 자동차용 센서 중심으로 사업을 영위하고 있다.



국내기업은 소자를 수입하여 모듈, 시스템으로 생산하는 비중이 높아 센서산업 가치사슬별 기업수 비중은 소자가 18.6%를 차지하나 모듈과 시스템은 각 34.5%, 42.8%를 차지한다.

문제는 2013년 기준 글로벌 센서시장에서 우리나라 점유율이 2.1% 수준으로 미국(31.8%), 일본(18.6%), 독일(12.2%)에 비해 낮고 중국(2.9%)에도 뒤처진 상태라는 점이다. 내수시장에서도 10.5%정도만 국산 센서가 사용되고, 센서 전문기업의 63%가 연간 매출액이 50억 원에도 미치지 못하는 영세기업이다. 센서 수요기업은 성능?신뢰성 등을 이유로 해외제품을 사용하고 국내 센서기업은 영세성과 기술력 부족 등으로 혁신을 회피하는 악순환이 되풀이되고 있다.

이처럼 센서 업계에서는 센서 수요기업과 공급기업과의 연계를 강조했고 정부도 센서산업 지원에 이를 반영하려 노력하고 있다. 산업부 장관이 센서 기업을 방문하여 수요기업과 협력기업의 협업을 강조한 일도 이의 연장선상에 있다.

또한 기술 개발에 그치지 않고 양산과 산업 클러스터 조성도 중요한 이슈다. 양산은 선도국 대비 약 70% 수준인데 이는 센서 개발에 성공하더라도 첨단센서 생산을 담당할 수 있는 MEMS 파운드리 기업이 소수라는 의미이다. 수요기업 맞춤형 제품 생산, 제품 개발기간 단축, 생산단가 하락을 유도할 수 있는 환경 조성을 위해서는 클러스터 조성이 필요하다. 수요 산업 인근에 센서산업 클러스터를 조성하고 소재, 설계, 장비, 생산, 소프트웨어기업의 협력 강화를 통해 수요산업 맞춤형 제품 개발, 제품개발 및 생산 기간 단축을 유도해야 한다는 게 업계의 목소리다.

그런 의미에서 나노종합기술원(NNFC)이 지난 7월 센서 산업의 활성화를 위해 기업의 사업화 현황과 발전방안을 논의하고 기업간 정보를 교류하는 자리인 ‘스마트센서 팹(Fab) 기업협의회’를 개최한 것은 매우 주목할만한 일이었다. 이 기업협의회는 센서기업, 센서학회, 센서인프라, 지자체가 함께 모여 한자리수의 시장점유율에 머물고 있는 국내 센서 산업의 현황을 공유하고 센서 산업 발전을 모색하기로 했다.

스마트센서팹 구축이 의미하는 것

이와 함께 나노종합기술원은 국내 유일의 센서전용 공용 Fab인 ‘스마트센서팹’을 구축했다.이 팹은 센서산업 지원을 위해 과학기술부 및 대전시와 협력해 약 900㎡의 클린룸과 27종의 장비를 신규로 구축했고 개발부터 시양산까지 지원할 수 있는 일괄지원체계 구축의 일환으로 오픈했다.

대전 카이스트 안 나노종합기술원 4층에 위치한 이 시설은, 총 450평으로 오픈 Fab 150평, 임대 Fab 300평으로 누구나 이용할 수 있는 공간이다. 나노종합기술원 측은 “오픈 Fab은 유저가 직접 자기의 입맛대로 장비를 운용하여 원하는 공정을 진행할 수 있으며, 구축된 분석 장비를 통해 공정 결과를 확인하고 측정할 수 있고 내가 모르는 장비라도 교육을 통해 장비를 배워 사용할 수 있다”고 밝혔다.

나노종합기술원 김희연 부장은 “부품산업의 특성상 공급망 사슬의 신뢰성이 매우 중요한데, 지속적인 소통을 통해 사업적 애로사항을 하나씩 해결해 나가야 사업화가 가능하다”며, “소자를 개발하는 기업은 테스팅과 패키징이 필요한데, 스마트센서팹 기업협의회에 관련기업이 다 참여하고 있어 사업화 속도가 그만큼 빨라지는 효과를 기대할 수 있다”고 밝혔다.
 

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