포토닉스란?

포토닉스는 굴절, 반사, 투과, 분사, 편광, 검출, 흡수 및 빛 변형을 통해 광자를 생성, 제어 및 검출하는 기술이다. 포토닉스 유리 제조 공정에는 결정성 물질, 폴리머 및 플라스틱 재료가 원료로 사용된다. 적용 분야(application), 최종 사용 산업(end-use industry) 및 제품 종류별로 정리한 포토닉스 시장은 아래와 같다.

<포토닉스 시장 분화>

[자료: mnmks.com]

포토닉스는 눈에 잘 띄진 않지만 우리 일상 생활에서 쉽게 찾아 볼 수 있는 기술이다. 포토닉스로 지원되는 서비스는 인터넷, 비디오 및 오디오 스트리밍, 클라우드 스토리지 등이 포함된다. LED나 레이저와 같은 광원을 예로 들 수 있는데, 비교적 저렴할 뿐만 아니라 매우 소형으로 가볍지만 사용 수명이 길어 대중적으로 사용되고 있다. 또한, 이러한 반도체를 사용한 광원은 기존 광원에 비해 발열이 적고 적은 양의 전력이 필요하기 때문에 좋은 대안품으로 채택되고 있다.

포토닉스는 고속 데이터 통신, 고급 감지 및 이미징 등의 응용 프로그램을 위한 장치, 시스템 및 집적 회로 설계 및 제조를 가속화시키고 있다. 포토닉스 기술은 데이터 전송 속도를 크게 향상시켜주고 전력 소모를 감소시킬 뿐만 아니라 다양한 영역에서 초고감도 감지 기능을 가능케 하기 때문에 주목을 받고 있다. 이러한 이유로 네덜란드를 비롯한 주요 국가들은 2018년 포토닉스 기술을 국가 과제(National Agenda Photonics)로 발표하기도 했다.

글로벌 포토닉스 시장

글로벌 포토닉스 시장 규모는 2019년 5,964억 달러를 기록했고, 2025년에는 8,378억 달러 규모로 성장할 것으로 예상된다. 2020-2025년 연평균 증가율은 7.1%일 것으로 예측된다. 에너지 효율적인 제품에 대한 수요 증가와 포토닉스 제품 사용 증가는 포토닉스 시장 성장에 일조한다. 그러나 일부 화학물질 사용에 대한 엄격한 환경 규제는 포토닉스 제품의 성능을 저하시키며, 시장 상승세에 걸림돌이 되고 있다.

전세계적으로 발광 다이오드(LED)는 2019년 포토닉스 시장에서 가장 큰 점유율을 차지하고 있다. 성능 개선과 제품 수명의 연장은 2025년까지 LED 제품에 대한 수요를 주도할 것이다. 또한 2020년에는 UV-LED가 신종 코로나바이러스를 죽이는데 효과적인 것으로 밝혀지면서 수요가 더 증가했다.

<글로벌 포노틱스 시장 점유율>

[자료: mnmks.com]

전체 포토닉스 시장 중 유럽이 차지하는 비율은 2019년 16.9%, 2020-2025년까지 포토닉스 시장가치의 연평균 증가율은 6.2%으로 예측된다. 제품 종류 측면에서는 LED가 주요 범주였고, 광학 통신 시스템 및 부품 시장 규모는 각각 249억 달러, 204억 달러에 달했다. 포토닉스 응용법에 따르면 주로 ICT(244억 달러)에 사용됐으며, 조명(147억 달러), 광전 변환 공학 및 영상 계측 자동화에 쓰이고 있다.

<제품 종류 및 응용법별 유럽 포토닉스 시장 규모 (2019년)>

[자료: mnmks.com]

2019년 유럽 포토닉스 시장에서 최대 시장은 독일로 꼽혔으며, 시장 점유율은 39.9%를(2021년 416억 달러) 차지했다. 2021년 프랑스는 131억 달러로 2위, 네덜란드는 같은 해 128억 달러 시장으로 3위를 차지했다. 네덜란드 시장은 2020-2025년 사이에 연평균 증가율이 5.9%일 것으로 예측된다.

<2018-2025년 유럽 포토닉스 시장 규모(10억 달러)>

[자료: mnmks.com]

유럽 지역 포토닉스 시장은 정보 통신, 생산 기술, 영상계측 자동화와 같은 응용법의 수요 증가에 의해 주도되고 있다. 유럽의 포토닉스 시장은 성숙단계에 속하지만, 유럽연합의 더 나은 인터넷 연결성, 디지털 단일 시장의 도입 및 5G 기술 채택 등의 계획은 유럽 포토닉스 시장 성장의 핵심 요소이다.

네덜란드 포토닉스 시장

네덜란드는 2019년 기준 유럽 포토닉스 시장의 12.3%를 차지했다. 네덜란드의 제조 부문에 대한 투자는 대부분 기존 시스템 교체에 중점을 두었지만, 앞으로 있을 투자는 용량 확장 및 효율성 개선에 중점을 둘 것으로 보인다. 이러한 점을 감안하면 네덜란드에서는 2025년까지 포토닉스 제품에 대한 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예측된다. 특히 데이터 사용량이 늘고 디지털 기술에 대한 수요가 증가하고 있어 급증하는 수요에 대한 대안으로 광학 칩 사용에 대한 관심이 늘고있다. 또한 광학 기술의 사용은 에너지 효율적이라 전력 소비도 비교적 적다.

2025년까지의 네덜란드 포토닉스 시장 성장을 분야별로 살펴보면, 매출액 기준으로는 조명시장 규모가 가장 크고 연평균 성장률 측면에서는 태양광, 의료기술, 생명과학 분야에서 활용이 확대될 것으로 보인다.

<응용법에 따른 네덜란드 포토닉스 시장 규모(10억 달러)>

[자료: mnmks.com]

기술의 최종 사용 산업 측면에서 보면, 2025년까지 미디어, 방송 및 통신 산업에서 가장 큰 활용이 예상된다. 또한, 의료, 보안 및 국방, 비즈니스 자동화 분야에서의 성장이 두드러질 것으로 보인다.

<최종 사용 산업별 네덜란드 포토닉스 시장 규모(10억 달러)>

[자료: mnmks.com]

유럽 및 네덜란드의 광자 집적 회로(Photonic Integrated Circuit; PIC) 시장

북아메리카에 이어 유럽은 세계 광자 집적 회로 시장에서 22.69%의 시장 점유율을 가진 두 번째로 큰 시장이다. 유럽 광자 집적 회로 시장을 지배하는 회사들은 주로 미국에 기반을 두고 있으며 유통업체를 통해 제품을 판매하며 영업사무소를 운영하고 있다. 주요 고객은 프랑스, 독일, 이탈리아, 네덜란드, 스페인 및 영국을 포함한 국가들이다. 유럽 광자 집적 회로 시장은 2019년 이후 2026년까지 연평균 22.6%씩 성장할 것으로 예상된다.

<유럽 광자 집적 회로 시장, 2019-2026년>

[자료: mnmks.com]

유럽 PIC 분야에서 중요한 발전은 2009년 유럽 최고의 PIC 제조업체, 포토닉 CAD(computer-aided design; 컴퓨터 이용 설계) 회사 및 InP(인화인듐) 반도체 연구소와 중소기업 및 대기업 파일럿 유저들이 EuroPIC(European Manufacturing Platform for Photonic Integrated Circuit)라는 컨소시엄을 구성한 것이다. EuroPIC 컨소시엄의 파트너에는 프로젝트 조정을 하는 네덜란드 아인트호벤 공과대학 COBRA (Communication Technology Basic Research and Applications; 통신기술 기초연구 및 응용) 연구소가 포함되어 있다. 이 연구소는 90년대 초반에 설립되었으며 반도체 자재 및 통신 연구 분야에 강점이 있는 아인트호벤 공과대학과 광학 통합에 전문성이 있는 델프트 대학 및 트웬테의 포토닉 네트워크 활동을 결합한 것이다.

해당 지역에서는 다양한 PIC 관련 프로젝트가 있는데, 대표적으로 2019년 InPulse 프로젝트를 예로 들수 있다. 이 프로젝트는 파일럿 프로젝트로 유망한 아이디어를 가지고 있지만 PIC 제조 시설이 없는 스타트업들에게 인듐 인화물(InP) 기반 PIC 최신 생산 기술에 접근 권한을 주는 것이다. 이런 프로젝트가 가능할 수 있던 것은 유럽연합 집행위원회가 수년에 걸쳐 PIC 기술에 상당한 투자를 했기 때문이다. 기초 연구 지원, 프로토타이핑, 어플리케이션 개발 및 파일럿 라인 제조에 대한 선구적인 투자가 이에 포함된다. 네덜란드 PIC 시장에서 두각을 나타내고 앞으로 눈여겨 볼 회사는 다음과 같다.

ο EFFECT 포토닉스(EFFECT Photonics)

EFFECT 포토닉스는 고밀도 파장 분할 다중 방식(dense wavelength division multiplexing; DWDM) 광학 시스템 온 칩 기술을 기반으로 하는 통합 광통신 제품을 제공하는 회사다. 아인트호벤 공과대학에서 개발한 기술을 기반으로 시작했으며, 경제적이고 낮은 에너지 소비를 하지만 빠른 통신 속도를 구현하고 있다. EFFECT 포토닉스 제품은 데이터 센터 인터커넥트 (Data Center Interconnect; DCI) 및 5G (Mobile Fronthaul Networks) 기술에 사용된다.

ο SMART 포토닉스(SMART Photonics)

2012년 아이트호벤 공과대학에서 파생된 회사인 SMART 포토닉스는 2020년 이노베이션 인더스트리(Innovation Industries) 펀드가 주도하는 네덜란드 컨소시엄으로부터 3,500만 유로의 시리즈 C 투자를 받았다. SMART 포토닉스는 통합 기술을 통해 차세대 통신, 의료 고정밀 센서, 스마트 모빌리티 통신 및 지속 가능한 산업 프로세스를 위한 칩 설계를 가능케 한다.

시장 전망

2018년에서 2025년까지 유럽 포토닉스 시장은 연평균 성장률 6.2%가 기대된다. ICT 환경의 변화는 앞으로 포토닉스 지원 장치의 환경에 큰 영향을 미칠 것이다. 글로벌 데이터 업무량은 지난 15년 동안 2~3년에 한 번 2배씩 빠른 속도로 증가하고 있다. 이런 데이터 업무량의 급격한 증가는 앞으로도 지속되어 유럽 전역의 포토닉스 시장 성장의 주요 계기가 될 것으로 보인다.

네덜란드는 전자 대신 광자를 기반으로 작동하는 집적 포토닉스 칩 개발 및 생산에 앞장서고 있다. 포토닉스 칩 기술은 데이터 통신, 의료, 지속 가능성, 이동성, 보안 및 농업 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. Photon Delta 사 관계자와의 인터뷰에 따르면, 네덜란드는 최근 정부 정책에 힘입어 성공적인 포토닉스 생태 기반 마련이 가능했다고 평했다. TNO, Imec 등 기술대학과 기관들과의 협업을 통해 인재풀 확보, 시제품 제작, 스타트업 창업까지의 네트워크가 강점이라고 덧붙였다.

자료: tue.nl, mnmks.com, innovationorigins.com, nationaleagendafotonica.nl, dutchopticscentre.com, photonics.org, sciencebusiness.net, laserfocusworld.com, unsplash.com 등