레이더와 위성통신 장비부터 드론과 지상무기까지 국방 반도체의 쓰임이 넓어지면서 한화그룹 핵심 계열사들이 자체 칩 개발에 속도를 내고 있다. 한화시스템은 레이더와 위성통신 장비에 쓰이는 초고주파 칩을 개발하고, 한화에어로스페이스는 반도체 설계업체들과 손잡고 드론과 지상무기에 탑재할 국방 인공지능(AI) 반도체 개발을 추진하고 있다. 개발 성과를 실제 무기 탑재로 이어가려면 생산시설과 양산 물량을 확보하고 개발비 부담을 낮춰야 한다. 이에 <IB토마토>는 한화그룹의 반도체 개발과 생산 전략을 짚고, 국방 AI 반도체의 개발 재원과 전력화 과제를 살펴본다.(편집자주)
[IB토마토 김규리 기자]
한화(000880)그룹이 지난 8월 인적분할을 통해 반도체 제조장비 사업을 김동선 사장이 이끄는 한화머시너리앤서비스홀딩스(한화M&S)로 옮긴 가운데, 김동관 수석부회장이 이끄는 방산 계열에서는 자체 장비에 탑재할 국방용 칩의 내재화를 추진하고 있다.
한화에어로스페이스(012450) 산하
한화시스템(272210)은 레이더와 위성통신 장비에 쓰이는 칩을 직접 만들기 위해 웨이퍼 가공시설(팹)을 갖추는 방안을 검토 중이다. 다만 장비별로 요구 성능이 달라 소량 다품종 생산이 이뤄지는 만큼, 설비 고정비를 감당할 연간 양산 물량을 확보할 수 있을지가 투자 판단의 관건으로 꼽힌다.
(사진=한화)
장비는 김동선, 칩은 김동관…인적분할 이후 두 갈래
11일 재계에 따르면 한화시스템은 레이더와 위성통신 장비용 국방 반도체를 직접 생산하기 위해 중장기적으로 웨이퍼 가공시설을 갖추는 방안을 검토 중인 것으로 파악됐다. 회로 설계와 패키지·모듈 개발, 성능 검증에 이어 웨이퍼에 회로를 구현하는 전공정까지 직접 맡는 방안이다.
그룹은 그동안
한화(000880)비전 산하 한화세미텍을 통해 반도체 제조사에 장비를 공급해 왔다. 제조된 칩을 접합하는 데 쓰이는 열압착 본더(TC 본더)가 대표적이다. 인적분할로 한화비전과 한화세미텍이 김동선 사장이 이끄는 신설 지주사 한화M&S 계열에 편입되면서 반도체 제조장비 사업도 이관된 상태다.
비슷한 시기 김동관 부회장이 맡은 방산 부문은 자체 장비에 들어갈 칩과 모듈 개발에서 나아가 개발한 칩을 직접 생산하는 단계까지 범위를 넓히는 중장기 전략에 돌입한 상황이다. 한화세미텍이 반도체 제조사를 상대로 장비를 파는 사업이라면 한화시스템은 레이더 출력과 위성 단말의 통신 특성에 맞춰 부품을 설계하고 장비 양산과 후속 정비에 필요한 물량을 안정적으로 확보하는 데 목적을 뒀다는 설명이다.
한화시스템은 자체 개발한 칩을 레이더와 위성통신 장비에 적용하기 위한 전문인력 확보에도 나섰다. 올해는 여러 화합물 반도체 칩을 하나의 부품으로 묶고 고출력에서 발생하는 열을 제어하는 패키지·모듈 설계 인력과 함께, 다수의 칩을 동일한 조건에서 반복 검증할 수 있도록 계측 환경을 구축하는 인력도 찾고 있다. 하반기에도 기반연구소를 중심으로 차세대 반도체 패키지·모듈 설계 인력 확보를 이어가고 있다.
한화시스템 내부 사정을 아는 한 관계자는 <IB토마토>에 "한화시스템이 국방 반도체 생산 역량을 강화하고 있으며, 중장기적으로 자체 생산시설을 갖추는 방안도 살펴보고 있다"면서 "최근 패키지 설계부터 양산까지 경험한 인력과 여러 칩의 성능을 반복 검증할 계측 환경을 구축할 인력을 찾는 등 자체 개발한 칩을 장비에 적용하는 데 필요한 직무를 구체화하는 단계로 알고 있다"고 설명했다.
설계에서 팹까지…시험생산·양산에 따라 투자 규모 갈려
한화시스템은 올해 대학과의 공동연구를 통해 장비별 칩 개발을 위해 단계별 단계를 밟고 있다. 지난 3월 서울대·성균관대와 국방 반도체 공동연구센터를 각각 세웠고, 이어 7월 레이더와 탐색기, 합성개구레이더(SAR) 위성, 위성·전술통신 등에 쓰이는 칩의 개발 계약을 맺었다. 성균관대와는 레이더용 초고주파 단일 집적회로(MMIC) 설계 기술을 확보하고, 서울대와는 위성과 지상 단말이 데이터를 주고받을 때 신호 왜곡을 줄이는 고선형 반도체를 개발한다. 위성 단말에는 2028년까지 해당 칩을 순차 적용하고, 이후 저궤도 위성통신 탑재체와 차세대 통신 기지국으로 적용 범위를 넓힐 계획이다.
공동개발 계획과 함께 양산을 위한 파운드리 공정 도입도 추진 중이다. 웨이퍼 가공 설비를 직접 갖출 경우 투자 규모는 시설의 용도에 따라 달라질 예정이다. 시험생산 라인은 설계 변경에 맞춰 시제품을 제작하고 공정 조건을 검증하는 데 쓰인다. 양산시설은 장비 납품 일정에 맞춰 일정한 품질의 칩을 반복 생산해야 한다. 기존 사업장에 설비를 들일 경우 공정 장비와 클린룸 개조 비용이 주요 투자 항목이 된다. 별도 시설을 짓는다면 부지와 건축비, 전력·용수 등 기반시설 비용도 더해질 전망이다.
한화시스템 측은 <IB토마토>에 "현재 국방 반도체의 대량 양산이 가능한 파운더리 공정 도입도 고려하고 있다"면서 "국방 반도체 독자기술 확보로 글로벌 수출까지 견인하겠다는 전략"이라고 설명했다.
소량 다품종 국방용 칩…팹 가동률이 수익성 가른다
본업 체력은 탄탄하다. 한화시스템의 3분기 말 방산 수주잔고는 8조 3956억원이다. 중동에 수출하는 천궁-II 다기능 레이더와 KF-21 레이더 양산 사업이 실적을 뒷받침하고 있다. 3분기 연결 기준 매출은 8316억원, 영업이익은 991억원으로 전년 동기 대비 각각 30.1%와 60.5% 늘었다.
또한 한화시스템은 남은 한화오션 지분 7.24%를 1조 3834억원에 넘기기로 결정했다. 앞서 4월 1조 7000억원 규모의 1차 매각에 이어 잔여 지분까지 처분하면서 한화오션 지분율은 0%가 됐다. 미국 종속회사가 보유한 한화필리조선소 지분 60%의 매각 예정액까지 더한다면 올해 자산 유동화로 3조원이 넘는 현금을 확보하게 된다.
다만 2028년까지 위성 단말에 칩을 순차 적용할 계획인 만큼, 초기 양산 물량은 연도별 단말 생산 대수와 단말 한 대당 탑재하는 칩 수에 따라 달라질 것으로 예상된다. 저궤도 위성통신 탑재체와 차세대 기지국에 들어가는 칩도 같은 공정으로 만들 수 있다면 한 생산라인에 물량을 모을 수 있다. 반면 장비별로 필요한 공정이 다르거나 납품 일정이 특정 시기에 몰리면 전체 칩 수요가 늘어도 라인 가동률을 일정하게 유지하기 어렵기 때문이다.
장거리 지대공유도무기체계(L-SAM) 다기능 레이더의 초도 양산에 들어가는 고출력증폭보드 등은 웨이비스에 발주한 바 있다. 향후 자체 개발 칩을 레이더 사업에 적용하려면 장비별 성능과 신뢰성 검증을 거쳐 적용 물량을 양산 계약에 반영해야 한다. 국방 반도체 국산화율을 1.1%로 제시한 지난달 국방반도체법 개정안도 품목별 생산량이 적고 전용 생산시설이 부족하다는 점을 국산화가 더딘 배경으로 꼽기도 했다.
결국 자체 팹의 경제성을 판단하는 기준은 외부 조달을 대체해 절감하는 비용으로 설비 감가상각비와 운영 인력 인건비 등 연간 고정비를 충당할 수 있느냐다. 초기 수율이 낮으면 같은 양의 웨이퍼를 투입해도 실제 탑재할 수 있는 칩이 줄어 개당 원가가 높아진다. 초도 양산 이후 후속 발주가 늦어져도 설비 유지비는 계속 발생한다. 위성 단말 적용 일정에 맞춰 필요한 칩을 어디서 생산하고, 이후 레이더와 위성통신 장비의 후속 물량을 얼마나 같은 라인에 배정할 수 있느냐에 따라 자체 팹의 투자 규모와 가동 시점이 달라질 전망이다.
관련업계 한 관계자는 <IB토마토>에 "국방용 칩은 초도 양산 물량을 확보해도 후속 발주까지 공백이 생기면 설비 유지비와 인건비를 계속 부담해야 한다"며 "위성 단말용 칩을 시작으로 레이더와 후속 통신 장비에 들어갈 칩까지 같은 공정에서 생산할 수 있는지, 그 물량이 해마다 얼마나 들어오는지가 자체 팹의 경제성을 가를 것"이라고 설명했다.
김규리 기자 kkr@etomato.com