대기업-중소기업, HW-SW업체 참여할 생태계 구축 지속적으로 논의돼야

미래의 센서는 극한환경에서 작동하고, 외부환경을 인식해야 하며 더 적은 전력으로 원하는 기능을 구현해야할 것이라는 전망이 나왔다.

포스코경영연구원 김영훈 수석연구원은 “2020년이 시장이 급변하는 시기가 될 것이다. 자율주행차가 본격화 되면서 센서 수요가 늘 것”이라며 “2025년 이후 도시화가 가속화 되면서 센서가 쓰이지 않던 농업 분야가 센서를 기반으로 스마트화 된다”며 새로운 시장이 열릴 것으로 내다 봤다.

센서 시장은 스마트폰이 확산되면서 급성장했다. 스마트폰으로 초소형, 저가 센서가 확산되었다면 스마트홈, 스마트카, 웨어러블의 영향으로 다품종 소량 생산에서 다품종 대량 생산으로 시장이 전개될 전망이다. 이어 2025년에는 팩토리, 에너지, 인프라 등 IoT 환경이 가속되면서 극한환경에서 사용되는 센서의 수요가 늘 것으로 예상된다.

현재 다품종 소량 생산 시장에서 센서의 기본 재료는 수천 가지 이상이다. 예를 들어 가스센서라고 하면 고온에서 특정 가스에만 반응하는 세라믹이 존재한다. 특정 감지를 위해서는 특정 재료를 써야하는 경우가 많아 시장이 파편화되어 있다.

김 연구원은 “IoT가 확산이 되면서 반도체 센서의 비중이 늘고 있다. 현재 40%이나 IoT 센서가 증가하고 가격이 내려가면서 50% 이상까지 확대될 것”이라고 말했다. IoT 센서는 메모리, 정보처리 등 모듈과 센서소자가 원칩(One-Chip)화 되어 있고 반도체와 공정 기술이 유사해 구성 요소 간 동반성장이 중요하다.

순수 실리콘 재료는 고온/고압/고전력 조건에서 물성이 취약하다. 300℃ 이상의 온도에서는 정상작동이 어렵다. 하지만 가스 터빈, 비행기 엔진 등 극한환경에서 사용하려면 600℃ 온도도 견딜 수 있어야 한다. 이에 실리콘 기반의 패키징을 변경할지, 재료를 변경할지가 이슈가 되고 있다.

전력반도체의 소재인 실리콘 카바이드(SiC)는 순수 실리콘보다 가격이 비싸고 기술 난제가 있지만 높은 경도와 고온에 강하기 때문에 극환환경 센서의 재료로 적합하다. 시장이 아직 열리지 않았지만 센서를 사용하지 않던 엔진, 항공우주, 제철소 등의 분야에서 사용될 수 있다.

김 연구원은 “스마트폰의 시장 점유율이 10%가 되고 센서 가격이 떨어졌다”며 “2025년에 전력반도체를 사용하는 전기차 점유율이 6~7% 될 것으로 예상된다. 이 시기가 되면 SiC의 가격도 떨어질 것”이라고 전망했다.

복합적 정보 획득 가능한 시각센서 중점

센서는 외부 환경을 인지하는 역할을 하다보니 오감을 보완하는 방향으로 발전하고 있다. 이 중에서도 시각에 초점을 두고 높은 해상도와 정밀도를 구현하는 이미지/영상 센서 개발이 앞으로도 지속될 것으로 보인다.

시각센서는 평균 개당 10달러 내외의 고부부가가치 시장을 형성하고 있다. 운동센서가 대당 1달러 내외, 환경센서가 1~2달러 내외이다. 환경센서는 청각과 후각을 더하거나 압력과 음향을 더하는 통합이 중요하지만 시각센서는 통합보다 단일 기능이 강화되는 추세이다. 특히 ADAS 시장이 2021년 370억 달러 규모로 성장할 것으로 예상되면서 고해상도가 요구되고 있다.

이 밖에도 제철소에서 미세진동과 외관의 변형을 파악하는데 통상적으로 사용되던 진동센서와 압력 센서 대신 시각적으로 보고 판단하는 사례가 늘고 있다. 서비스 업종에서도 스마트화를 위해 시각센서를 도입하는 추세이다. 예를 들어 보험사의 현장 손해 사정업무나 출입국 관리에 사용된다.

무인 마켓인 아마존고에도 단순 결제, 상품 인식이 중요했다면 RFID 기술만 활용했을 것이다. 하지만 천장에 시각과 음향센서를 달았다. 발소리가 나면 시각센서가 작동한다. 고객이 선택을 망설이는 소비패턴까지 해석한다. 이처럼 복합적인 정보를 획득하는데 용이하기 때문에 시각센서가 각광을 받고 있다.

센서 시장은 파편화되어 있어 센서의 종류별로 소수 업체가 대부분의 시장을 장악하고 있다. 수요가 증가하지만 가격이 하락하고 있어 센서 하드웨어쪽은 신규 사업자의 진입이 어렵다. 시장의 요구가 친화적이고 더 적은 센서와 전력으로 기능을 구현하는 방향으로 진행돼 센서 소프트웨어, 솔루션쪽으로 새로운 시장이 열리고 있다.

대표적인 사례로 GE가 있다. GE는 자체적으로 개발하는 센서는 33개이다. 이 중 핵심센서인 SiC화염센서는 계속 제작한다. 이와 더불어 항공기 엔진 유지보수 서비스를 제공하는데 이는 기술 개발이 선행되어야 재료 개발이나 솔루션 구축이 가능하기 때문이다.

김 연구원은 “센서는 중소기업 영역이라는 인식이 크다. 대기업과 중소기업, 하드웨어 업체와 소프트웨어 업체 모두가 참여하는 생태계 구축에 대한 얘기를 지속적으로 해야한다”며 “극한환경 센서, 시각센서의 패키지화 등 지금부터 준비해야 경쟁에서 우위를 차지할 수 있다”고 전했다.