2020년을 시작으로 아직도 전 세계적으로 반도체 공급량은 수요량에 비해 현저히 떨어진다. 공급량이 부족한 이 시점에도 다양한 산업군에서 반도체를 필요로 하기에 반도체 생산량은 증가하고 있다. 스마트폰, 자동차, 컴퓨터 등 다양한 분야에서 반도체는 쓰이기 때문에 제조과정에서의 시간을 줄이기 위해 반도체 제조 기업들은 전자 설계 자동화라는 기술을 접목시키기 시작했다. 

전자 설계 자동화란 반도체 제조 전 시뮬레이션을 돌려 회로 설계 및 오류를 판단하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램으로, 이를 통해 문제상황을 분석하고 해결하는 것을 말한다. 영어로는 EIectronic Design Automation(이하 EDA)라 불리며, 때때로 전자 컴퓨터 활용 설계라고도 불린다. EDA는 반도체를 디자인하는데 걸리는 시간을 감소시킬 뿐만 아니라 오류 범위를 제한할 수 있어 대다수의 기업들이 사용하기 시작했다.

EDA와 관련이 깊은 Intellectual Property(이하 IP)는 지적 재산권, 즉 반도체 업계에서는 반도체 설계 자산이라고 이해하면 쉽다. 대부분 EDA기업과 IP기업 간의 정확한 차이점을 모르고 비슷하다고 생각을 하지만 EDA는 반도체 칩을 설계하는데 사용되는 소프트웨어이며, IP는 반도체 칩 자체에 들어가는 설계 블록이기 때문에 엄연히 둘은 다른 분야이면서도 상호 협력을 하는 관계이다.

EDA 시장의 규모와 전망

EDA 시장 규모는 반도체 설계 시장의 규모가 증가함에 따라 함께 증가한다. 반도체 수요량이 증가하면 더 신속하게 반도체를 설계 및 디자인 할 수 있게 EDA를 설계 기술에 접목하는 경우가 증가하기 때문이다. 2022년 반도체 설계 시장의 규모는 630억 달러이다. 작년 대비 증가 폭이 코로나19의 여파로 인해 2.7%로 낮아졌지만, 현재도 꾸준히 증가하고 있는 추세를 보이고 있다. 전자 설계 자동화 시장의 규모는 반도체 설계 시장 규모의 2% 규모이지만, 반도체 설계 시장의 증가 폭이 EDA의 수요량 증가폭보다 작기 때문에 EDA 시장의 비중은 더 커질 것으로 예상된다.

<반도체 설계 시장 규모>

[자료: IBIS World]

앞서 말했듯이, 현재도 반도체 공급량이 수요량을 따라가지 못하면서 전자 설계 자동화와 같은 반도체 공정에 시간을 단축해 줄 수 있는 기술의 가치 또한 올라가고 있다. EMIS는 전자 설계 자동화 시장의 규모가 2020년에 108억 달러였으나 2022년에는 127억 달러에 이르는 것으로 분석했으며, 2021~2026년 예측기간 동안 연평균 9.46%로 성장해 2026년의 EDA 시장의 가치는 183억7000만 달러에 이를 것으로 전망했다.

<Electronic Design Automation Tools(EDA) 시장 규모>

[자료: Emerging markets research, data and news | EMIS]

전자 설계 자동화(EDA)가 사용되는 다양한 산업군이 있지만 그중 가장 많은 비중을 차지하는 분야는 컴퓨터 이용 공학(Computer-Aided Engineering) 부문으로 약 36.49%를 차지하고 있다. 또한, 2020년 기준으로 전 세계 모든 EDA 시장 중 북미 시장의 EDA 시장 점유율은 거의 절반인 42.21%를 차지하는 것으로 나타났다. 

<EDA 시장 분포도>

[자료: Emerging markets research, data and news | EMIS]

<지역별 EDA 시장 규모>

[자료: Emerging markets research, data and news | EMIS]

EDA 시장 경쟁 동향

(Cadence) Cadence는 1988년에 SDA System과 ECAD의 합병으로 설립됐으며 2021년 기준 영업 이익은 29억8800만 달러이다. 반도체, 전자기반 산업체에 필요한 디자인 서비스와 기술을 제공하는 응용 소프트웨어(EDA) 개발 및 공급하는 업체이며 전 세계를 대상으로 EDA를 비롯한 지적재산권 형태의 검증 및 반도체 및 전자 시스템 산업을 위한 지적재산권의 디자인 업무를 제공한다. EDA를 이끌어가는 가장 큰 기업 중 하나답게 반도체 디자인 스타트업 기업에도 여러가지 프로그램들을 통해 투자를 한다. 예를 들어 Cadence가 권장하는 인큐베이터 프로그램은 스타트업 기업의 디자인을 상업화해 Cadence와 같이 협업해 최종 제품 및 솔루션을 제공한다. 이미 BeammWave, SynSense,  AlpsenTek, Neurinnov, Quantum Motion과 같은 스타트업 기업은 Cadence에 투자를 받은 후 기업의 가치를 성장시키고 있다.

(Siemens) Siemens EDA는 1981년에 설립된 Mentor Graphics가 2017년 Siemens 그룹에 인수 합병돼 이름이 변경되었으며, 2021년 기준 영업 이익은 13억 달러이다. 시스템 및 설계 툴, 방법론 및 흐름, IP 등을 포함한 전자 설계 자동화를 위한 소프트웨어 및 하드웨어 분야 관련 기술을 전문으로 하는 기업이다. Siemens에서는 Xcelerator Academy라는 EDA 교육을 제공한다. 스타트업 입장에서 교육과정이 쉽고 저렴하기 때문에 많은 스타트업 기업이 Siemens가 제공하는 교육을 받는다. GlobalFoundries의 한 관계자는 Siemens가 제공하는 EDA On-Demand Training의 교육과정은 쉽고 실전에서 적용할 수 있는 교육이기에 유익했다라고 말했다. 또한, 엔지니어에게 기술적인 도움이 많이 된 부분이 있어 기업 입장에서 교육과정 참가가 큰 성과였다고 전했다.

(Synopsys) Synopsys는 1986년에 설립되었으며 EDA 시장의 선두주자라고 할 수 있다. 2021년 기준 영업 이익은 42억2000만 달러이다. 반도체 칩 및 시스템 엔지니어들에게 디자인을 하는데 필요한 툴(EDA)을 제공하고 필요에 따라 기존에 디자인된 모듈(IP) 등을 제공하는 업체이다. Synopsys는 지난 2000년부터 총 22개의 다양한 분야에 종사하고 있는 기업들에게 투자를 진행해오고 있다. Arteris IP, Inovys, AWR Corporation가 대표적으로 Synopsys에게 투자를 받는 기업으로, 이 중 Arteris IP와 같은 경우에는 EDA를 반도체 IP에 접목시켜 자사 제품을 상업화시켜 판매하고 있다.

현재 반도체 설계와 테스트에 필요한 EDA툴을 개발하는 회사들 중 Cadence, Siemens, Synopsys 3개사가 EDA 시장을 독점하고 있다고 해도 과언이 아니다. 모두 30년이 넘은 기업들이고 삼성, 인텔, TSMC 등등의 파운드리 기업들이 꼭 필요한 소프트웨어들을 만드는 회사이다. EDA 소프트웨어는 고객 입장에서 자주 바꾸기 쉽지 않다. 그 이유는 계속 반도체 기술이 발전하는 과정 중에 갑자기 새로운 디자인이 나오는 것이 아니라 기존 디자인에서 계속 발전 및 혁신이 되는 과정이기 때문이다. 또한, 기존 디자인에 대한 라이브러리 및 정보를 보유하고 있으며 관련된 내용을 확인하고 테스트 한 결과 값과 축적된 데이터들이 중요하기 때문이다. 그래서 고객 입장에서는 새로운 EDA 소프트웨어 공급자를 선정하기도 힘들고 엔지니어 입장에서도 반도체를 디자인하는 툴을 바꾸기를 원하지 않는 측면도 있다. 이러한 이유로 EDA 산업의 진입장벽은 상당히 높으며 경쟁자(스타트업)가 새롭게 시장에 진입하기가 힘들다. 실제로 EDA 기업 중 상위 10개사가 전체 시장의 68% 정도의 비중을 차지하고 있으며 그중에서도 Cadence, Siemens, Synopsys가 전체 시장에서 차지하는 비중이 54%이다. 해당 지표만 보아도 현재 EDA 시장은 스타트업 기업이 시장에 진입하기가 힘들다는 것을 알 수 있다.

<EDA 솔루션 기업별 영업 이익>

[자료: Emerging markets research, data and news | EMIS]

EDA 관련 전시회 및 웨비나

설계자동화 학회(Design Automation Conference, 이하 DAC)는 전자 시스템이나 회로 설계 및 설계자동화에 전념하는 학회로, 전자 설계의 최산 방법론과 기술 발전에 중점을 두는 학회이다. 2022년에는 7월 11~13일 3일간 샌프란시스코 모스콘 센터 웨스트홀에서 열렸으며 이번 학회에는 총3개 한국기업이 아래와 같이 참여했다.

 <2022년 DAC 참여 한국기업 리스트>

[자료: KOTRA 실리콘밸리 무역관]

설계 자동화 학회는 설계 자동화 업계 관련 업계 연구원, 디자이너, 실무자, 도구 개발자, 학생이나 공급업체들의 원활한 네트워킹 및 비즈니스 미팅을 위한 전시 부스 및 장소제공의 역할을 하므로 참여하는 업체들이 활발히 네트워킹 및 비즈니스 미팅을 할 수 있다. 또한 비즈니스, 기술 동향, 설계 구현 과제 등과 같은 주제를 다루는 Tech Talk 및 패널을 주최하므로 이러한 이벤트에 참여해 다양한 정보들을 얻는 것이 가능하다.

이외에도 KOTRA 실리콘밸리 무역관은 “K-Tech @ SV 반도체” 웨비나를 수시로 개최하고 있으며, 이를 통해 진입장벽이 높은 반도체 시장에서도 스타트업 기업들이 여러 투자 업체들의 지원을 통해 성장할 기회와 정보를 제공하고 있다. 다양한 웨비나 정보는 LinkedIn, KOTRA Silicon Valley 페이지(https://www.linkedin.com/company/kotrasv/)에서 수시로 확인할 수 있다.

<2022년 K-Tech @ SV 반도체 웨비나 개요>

[자료: KOTRA 실리콘밸리 무역관]

시사점 및 전망

2022년 현재 여전히 전 세계적으로 반도체 공급량이 수요량을 따라가지 못하면서 많은 산업군에서 다양한 문제들이 발생하기 시작했다. 또한, 반도체는 요즘 생산되는 거의 모든 전자기기에 꼭 들어가는 품목으로 수요량은 더 늘어날 예정이다. Lam Research 산하 CVC 펀드인 Lam Capital의 Bo Zhu는 “다양한 전자 제품이 우리 삶의 모든 측면에 점점 더 융화되면서 반도체 수요는 심화되고 있으며, 전 세계가 반도체에 심각하게 의존하고 있다”고 전했다. 이러한 사실들 때문에 다양한 기업들은 반도체 설계 및 제조 시간을 줄이고 공급량을 늘리려는 시도를 하고 있으며, 그중 하나의 방법으로 제시된 것이 EDA(전자 설계 자동화)이다. EDA 시장의 규모가 확대됨에 따라 IP시장의 규모 역시 증가되고 있다. 앞서 말했듯 EDA기업과 IP기업은 상호 협력관계에 있으며 이 두 가지 분야가 반도체 설계에 가장 중요한 역할을 하므로 EDA 시장의 규모 확대가 반도체 설계 및 제조 시간을 단축시키고 생산 수율을 높임으로써 반도체 공급량 부족 사태를 해결할 방안이 되기를 기대하고 있다.

전자 설계 자동화가 현재 가진 유일한 단점은 기존에 있는 디자인을 이해하지 못해 완전히 새로운 제품을 제조하는 과정에만 사용 할 수 있다는 점이다. 하지만, 이러한 문제점을 해결하기 위해 현재 많은 EDA기업에서 머신 러닝을 EDA에 적용시키고 있다. 예를 들어 자동차 산업의 경우, 머신 러닝이 접목된 EDA가 디자인의 높은 정확도와 효율성을 가지고 있어 더 넓은 범위의 자동차를 디자인할 수 있다. 이는 또한 디자인하는 데 드는 비용도 절감할 수 있다. 더 많은 스펙트럼의 디자인을 가능케 한 머신 러닝을 접목시킨 EDA는 앞으로 미래 자동차 산업의 더 다양성을 가져올 수 있을 것으로 예측된다.

현재 EDA 시장 내에서도 성장 기회가 큰 분야 중 하나를 꼽자면 EDA 소프트웨어를 클라우드 서비스를 이용해 제공하는 분야이다. 기존에는 EDA 소프트웨어 자체를 단일 패키지 형식으로 구매해서 사용했다면 클라우드 서비스를 이용해 반도체를 설계하는 팹리스 기업에 제공하며 EDA 기업은 이에 대한 이용료(구독료)를 받는 형태이다. 이렇게 된다면 반도체 팹리스 업체는 반도체 설계를 위해 대규모의 컴퓨팅 인프라를 구축할 필요가 없어지므로 반도체 설계 투자 비용 자체를 절감할 기회가 생기는 것이다. 실제로 시놉시스(Synopsys)는 최근 마이크로소프트(MS) 사의 클라우드 서비스 애저(Azure)를 통해 반도체 설계 소프트웨어(EDA)를 제공하기 시작했으므로 다른 기업들도 클라우드 서비스를 이용해 자사의 EDA 소프트웨어 제공에 박차를 가할 것으로 보인다.

자료: EMIS, IBIS World, Synopsys, Cadence, Siemens, KOTRA 실리콘밸리 무역관 자료 종합