BYD 반도체 수직계열화 (IGBT 기술혁신, SiC 모듈, 글로벌 파워 IDM)

 

전기차 시장의 급성장과 함께 반도체 기술은 모빌리티 산업의 핵심 경쟁력으로 자리 잡았습니다. 특히 BYD Semiconductor는 배터리 제조사에서 출발해 설계부터 제조까지 아우르는 IDM(Integrated Device Manufacturer) 모델을 구축하며 글로벌 파워 반도체 시장의 판도를 바꾸고 있습니다. 본 글에서는 BYD의 수직 계열화 전략이 어떻게 IGBT와 SiC 기술 혁신으로 이어졌는지, 그리고 이것이 Infineon, On Semi 등 글로벌 IDM에 어떤 위협이 되는지 심층 분석합니다.

IGBT 기술혁신과 DM-i 시스템의 경쟁력

BYD Semiconductor의 가장 강력한 무기는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 기술입니다. IGBT는 전기차의 인버터, 모터 드라이브, 온보드 충전기 등에서 DC 전력을 AC로 변환하는 핵심 부품으로, 전기차 한 대당 여러 개의 IGBT 모듈이 필요합니다. BYD Semiconductor는 2005년부터 IGBT 연구개발 팀을 구성해 2009년 IGBT 1.0을 출시한 이후, 2012년 IGBT 2.0, 2018년 IGBT 4.0, 2020년 IGBT 5.0을 거쳐 2022년 IGBT 6.0까지 발전시켰습니다. 특히 IGBT 4.0은 planar gate 설계를 통해 전력 손실을 약 20% 감소시키고 온도 사이클 수명을 10배 이상 증가시킨 것으로 평가받습니다.

이러한 IGBT 기술은 BYD의 Dual-Mode Intelligence(DM-i) 하이브리드 시스템에서 핵심적인 역할을 합니다. 2021년 출시된 DM-i 4.0은 연료 효율 3.8L/100km를 달성하며 내연기관 차량과 가격 경쟁력을 확보했습니다. DM-i 시스템은 전기 구동을 우선시하여 연료 소비를 최소화하는 설계로, Electric Hybrid System(EHS)에 BYD의 IGBT 4.0 칩을 탑재해 전기 제어 시스템 효율을 98.5%까지 끌어올렸습니다. DM-i 4.0 IGBT 모듈은 파워 드라이브, 발전, buck/boost 유닛을 단일 패키지로 통합해 높은 집적도를 실현했으며, 이는 수직 계열화와 BYD Semiconductor와의 긴밀한 협업이 가능했기에 달성할 수 있었던 성과입니다. 2024년 출시된 DM-i 5.0은 연료 소비를 25% 더 줄여 2.9L/100km를 기록하고 주행 거리를 50% 늘려 2,100km를 달성했습니다.

반도체 기획자의 시각에서 볼 때, BYD가 5,000명에서 8,000명으로 인력을 확충하려는 계획은 단순한 규모 확대가 아니라 infotainment chip과 ADAS chip 내재화라는 전략적 목표를 반영합니다. 현재 BYD는 Nvidia의 Orin, Black Sesame, Horizon Robotics의 ADAS 솔루션에 의존하고 있지만, 자체 ADAS 칩이 80 TOPS 성능을 목표로 개발 중인 것으로 알려져 있습니다. 이는 공급망 자율성을 확보하려는 장기적 포석입니다.

SiC 모듈 기술과 Super E Platform의 혁신

Silicon Carbide(SiC)는 전통적인 실리콘보다 우수한 효율성, 높은 열전도성, 빠른 스위칭 능력을 제공하는 와이드 밴드갭 반도체 소재입니다. 전기차에서는 인버터, 온보드 충전기, DC-DC 컨버터에 점차 채택되고 있으며, 높은 전압과 온도에서 작동할 수 있어 전기차의 효율성과 주행 거리를 개선하고 충전 속도를 높이는 데 기여합니다. 그러나 SiC의 가장 큰 걸림돌은 비용입니다. SiC 결정은 승화(sublimation) 방법으로 성장되는데, 이는 실리콘에 사용되는 Czochralski 방법보다 훨씬 복잡합니다. 또한 SiC 웨이퍼는 실리콘보다 훨씬 단단하고(Mohs 경도 9.5 vs 7) 취성이 높아 가공이 어렵고 수율이 낮습니다. Wolfspeed가 8인치 Mohawk fab 램프업에 어려움을 겪은 것도 이러한 이유 때문입니다.

BYD Semiconductor는 수년간 SiC 연구에 투자해 2020년 모터 드라이브용 3상 풀브리지 1200V 840A SiC 모듈을 출시했고, 2022년에는 800V 플랫폼용 1200V 1040A SiC 모듈을 출시해 전력을 30% 향상시켰습니다. 2025년 3월 17일, BYD는 획기적인 Super E Platform을 출시하며 전기차 충전 기술에서 큰 도약을 이뤘습니다. 이 플랫폼은 1000V 아키텍처를 도입하고 피크 충전 파워 1MW를 지원하며, 최대 10C 충전 속도(100kWh 배터리를 6분 만에 완충)를 가능하게 합니다. 이는 현재 업계 수준인 6C를 크게 상회하는 수치입니다. 초고속 충전으로 Super E Platform 차량은 초당 2km의 주행 거리를 충전할 수 있으며, 5분 만에 400km 주행 거리를 확보할 수 있습니다.

이러한 성과는 BYD Semiconductor의 high-power 1,500V SiC 칩 개발 덕분입니다. 이는 글로벌 자동차 산업에서 1500V SiC 칩의 첫 대규모 적용 사례입니다. 레이저 용접 기술을 통해 기생 인덕턴스를 5nH로 줄이고 전류 용량을 1000A로 증가시켰습니다. 모듈 수준에서는 기존 HPD 모듈에서 half-bridge DCM 아키텍처로 전환했으며, 양면 silver sintering을 사용해 열적(최대 200°C) 및 전기적 성능을 향상시켰습니다. tphuang의 정보에 따르면 BYD Semiconductor는 1700V SiC 모듈도 개발 중이며, 이는 1000V 이상의 플랫폼을 가능하게 할 것입니다. BYD Semiconductor의 중요한 강점은 에피택시 성장부터 최종 모듈까지 SiC 공급망 전반을 수직 계열화했다는 점입니다. 글로벌 기업들과 달리 중국 기업들은 대부분 SiC 제조 공정의 1~3단계에만 관여하는 반면, BYD는 전체 밸류체인을 통제합니다.

글로벌 파워 IDM 시장에 대한 구조적 위협

BYD와 BYD Semiconductor의 성장은 글로벌 파워 반도체 공급업체들에게 매우 부정적인 신호입니다. 2022년 Infineon(英飞凌)은 중국 파워 모듈 시장에서 25%의 점유율로 1위를 차지했고, BYD Semiconductor(比亚迪半导体)는 22.9%로 2위였습니다. 그러나 2023년에는 BYD Semiconductor가 28.9%로 시장 1위에 올라섰고, Infineon은 14.5%로 2위로 밀려나며 전년 대비 10.5%포인트 하락했습니다. ST Micro와 On Semi(安森美) 역시 시장 점유율 감소를 겪었습니다. BYD Semiconductor는 BYD의 IGBT와 SiC 요구량의 70~90%를 공급할 수 있으며, 이는 글로벌 자동차 OEM 중 가장 높은 비율입니다. BYD가 글로벌 자동차 시장에서 점유율을 확대할수록, IDM에서 시스템 기업으로의 점유율 이동이 발생합니다. 이는 하이퍼스케일러가 Nvidia의 merchant silicon 대신 ASIC을 소비하는 것과 유사한 구조입니다.

불행히도 BYD는 글로벌 자동차 및 전기차 시장에서 점유율을 계속 확대할 것으로 보입니다. 중국은 전 세계에서 가장 높은 전기차 보급률을 보이며 둔화 기미가 없습니다. 반면 트럼프 행정부의 정책과 EU CO2 배출 목표 3년 연장으로 글로벌 전기차 보급률은 둔화되고 있습니다. BYD는 중국 전기차 시장에서 33%, 중국 승용차 시장에서 18%의 점유율을 보유하고 있으며, 2025년 중국 전기차 보급률이 60%에 달할 것으로 예상되면서 BYD의 국내 판매는 올해 20~30% 증가할 것으로 전망됩니다.

위협이 중국 시장에만 국한된다고 생각한다면 오산입니다. BYD의 수출 판매는 2023년 334% 성장하며 본격화되었고, 2024년에는 65% 성장해 40만 대를 기록했습니다. BYD는 2025년 수출 판매를 80만 대로 두 배 늘릴 것을 가이드했으며, 아시아, 라틴아메리카, 오세아니아에서 가격 경쟁력 덕분에 매우 좋은 성과를 내고 있습니다. BYD뿐만 아니라 다른 중국 OEM들도 자체 반도체 역량 구축의 전략적 가치를 인식하고 있습니다. 중국 2위 NEV 기업인 Geely는 2022년 Zhejiang Geener Microelectronics에 투자했고, 3위 Changan은 StarPower와 합작사 Chongqing Anda를 설립했으며, Great Wall Motor는 최근 Wuxi Xindong의 전체 지분을 인수했습니다. Li Auto 역시 Alchip의 지원을 받아 ADAS 칩셋을 개발 중인 것으로 알려져 있습니다.

중국 전기차 기업들은 실리콘부터 소프트웨어까지 하드웨어 스택의 핵심 부분을 통제하는 시스템 기업으로 진화하고 있습니다. BYD Semi를 초기 벤치마크로 삼아 수직 계열화된 자동차 칩 플레이어들이 중국에서 부상하면서, 모든 파워 IDM에 압력을 가하고 있습니다. 글로벌 IDM 중에서는 NXP, On Semi, Infineon이 이러한 중국 자동차 제조사들의 수직 계열화 트렌드로 인해 가장 큰 위험에 노출되어 있습니다. 이들 글로벌 파워 IDM의 매출 절반은 자동차 응용 분야이며, NXP, On Semi, Infineon, Renesas의 경우 중국 매출 비중도 상당히 높습니다. 다양한 칩 분야 중 파워 디스크릿이 가장 위험하고, 그다음이 MCU입니다. 반면 PMIC, CIS, 인포테인먼트, ADAS는 진입 장벽이 여전히 높습니다. TI 역시 중국의 125% 관세 이후 취약해지고 있습니다.

BYD가 세계 최대 SiC fab를 열었으며 이것이 2위 규모의 10배라는 발표는 대규모 생산 능력이 시장에 투입되고 있음을 의미합니다. 급격한 증설에 따른 중국발 공급 과잉 리스크는 향후 글로벌 파워 반도체 시장의 가격 압력과 수익성 악화로 이어질 가능성이 높습니다. 자동차 칩이 주기적으로 바닥을 찍었을지 몰라도, 중국으로부터의 구조적 역풍을 고려하면 이는 단기 트레이딩 기회에 불과할 수 있습니다.

BYD Semiconductor의 수직 계열화 전략은 단순한 원가 절감을 넘어 기술 혁신의 속도를 가속화하고 공급망 자율성을 확보하는 전략적 선택이었습니다. IGBT와 SiC 기술에서 글로벌 리더들과의 격차를 빠르게 좁히며, Infineon 등 기존 IDM의 시장 지배력을 흔들고 있습니다. 반도체와 모빌리티의 경계가 허물어지는 시대, BYD의 사례는 시스템 기업이 어떻게 밸류체인 전반을 재편할 수 있는지를 지켜보는 재미가 있을 것 같습니다.