[영상] 5G 시대, 간이 뜬다? GaN RF PA 전성시대

<자막원문>

한: 네. 이종준 기자 모셨습니다. 안녕하십니까.

이: 안녕하세요.

한: 오늘 저희가 5G 기지국용 RF PA에 대해서 얘기를 좀 해보려고 합니다. RF가 뭡니까?

이: RF는 Radio Frequency라고 그래서 우리가 보통 ‘무선통신’이라고 할 때 통칭해서 보통 ‘RF’라고 부릅니다.

한: 무선주파수, 무선통신 이런 걸 RF라고 하는군요. PA는 뭐예요?

이: Power Amplifier라고 그래서 우리가 보통 전력증폭기라고 하는데. 앰프. 스피커 앰프라든지. 뭔가 신호를 증폭하는 부품이라고 보시면 됩니다.

한: 통신 기지국에 들어가는 RF PA의 용도는 주파수를 증폭한다는 얘기인 거죠?

이: 네. 그렇습니다. 무선 RF, 무선 신호를 증폭을 합니다. 약한 신호를 증폭을 한다는 얘기죠.

한: 모든 기지국 장비에 다 그게 필요한 거죠?

이: 그렇습니다. 우리가 통신을 한다는 건 주고받고를 하는 건데. 거기까지 전달을 하려면 증폭이 돼야 멀리까지 전달할 수 있기 때문에 다 들어가게 됩니다.

한: 근데 이게 우리가 5G 시대로 가면서 기존에 그런 RF PA. 필수적인 부품이죠.

이: 네.

한: RF 신호를 증폭해 주는. 반도체죠. 반도체.

이: 그렇죠.

한: 이 반도체의 소재가 실리콘에서 갈륨나이트라이드. GaN. “간”이라고 부릅니까?

이: “갠”이라고 많이 하는 것 같아요.

한: “갠” GaN 소재를 쓴 RF PA가 많이 나오고 있고. 그걸 쓸 수밖에 없다고 하는데. 그건 왜 그런 겁니까?

이: 일단은 물성 자체가 다릅니다. 우리가 예를 들어서 ‘금·은·동’ 이렇듯이 금·은·동이 그것 자체가 자체가 다르니까 금·은·동이듯이. 이것 역시도 실리콘으로 만드는 것에 물성이 있고 갈륨나이트라이드, GaN으로 만들었을 때에 물성이 있고. 그래서 실리콘보다 물성이 훨씬 좋고 그 물성 때문에 뭐가 달라지냐면 5G 때에는 우리가 사용하는 주파수 대역이 훨씬 높아지게 되고 그 주파수 대역을 이제 커버할 수 있는 게 적절한 물질이 GaN이다. 이렇게 해서 GaN이 얘기되고 있습니다.

한: 지금은 Sub-6GHz. 6GHz 미만에 5G가 일단 우선적으로 상용화가 되어있고 근데 진정한 5G의 빠른 속도와 여러 가지 특징들이 있더라고요. 저지연성, 끊기지 않는 신뢰성 이런 게 있던데 그게 가능하려면 진정한 5G 시대는 28GHz 혹은 26GHz 이런 소위 말하는 밀리미터 웨이브(millimeter wave)에서 상용화가 되어야 한다고 하는데. 그 주파수에서는 실리콘으로는 안된다는 얘기인 거죠?

이: 네. 그렇습니다. 그러니까 실리콘 같은 경우에는 가용한 주파수가 4GHz까지라고 하고 있습니다. 4GHz 이상에서 쓸 수가 없는 것이죠. 그러면 우리가 3.5GHz 같은 경우는 4GHz 아래니까 실리콘으로도 대응이 가능하지만 그 이상 쓰는 5G 주파수로 보통 20GHz 후반에서는 쓸 수가 없습니다.

한: GaN이 GaN으로만 만들어지는 게 아니고 SiC(실리콘 카바이드) 기판 위에 성장을 시켜서 만들어지는 거라고 저도 들었는데. 그렇게 물성이 좋다고 그러면 다 GaN을 쓰면 되지 않느냐라고 하지만 비용도 많이 들고 수율이나 여러 가지 어려운 부분이 있으니까 이런 특수한 어떤 목적을 갖고 있는 반도체는 이렇게 만든다고 봐야 되는 게 맞는 겁니까?

이: 네. 그렇습니다.

한: 일반 실리콘하고 비교했을 때 SiC 기판에서 성장시킨 GaN 기반의 반도체는 뭐가 더 좋아지는 거예요?

이: 그러니까 출력을, 많이들 얘기하는 게 고전압, 고내열, 소형화. 이렇게 얘기를 하는데. 이것도 다 그냥 금하고 은이 색깔이 그 자체로 다르듯이 물성이 그냥 달라서인데. 자세한 내용은 기사로 쓰긴 했는데. 예를 들어서 더 높은 전압에서도 견디는 물질이기도 하고.

한: 고전압에서 더 잘 견디니까 출력이 더 높은 거다.

이: 그렇습니다. 그리고 내열성 같은 경우에는 GaN보다는 기판으로 사용하는 SiC(실리콘 카바이드)의 물성에 기반하는데. SiC의 열전도율이 GaN와 실리콘에 열전도율은 비슷한 편인데. SiC의 열전도율이 4배 정도 높았던 것 같은데. 그래서 이제 열이 금방 빠지니까.

한: 전도율이 높아서?

이: 네. 그렇습니다. 그렇기 때문에 패키지 소재의 열전도율을 더 높여야 된다. 이렇게도 얘기가 될 정도입니다.

한: 물성이 그렇게 실리콘보다 우수하다고 해도 만들기 어렵기 때문에 아무튼 가격은 엄청 비싸겠네요.

이: 네. 그렇습니다.

한: RF PA. GaN 기반에 RF PA는 어디가 잘 합니까? 국가별로 봤을 때는.

이: 우리가 흔히 말하는 전통적인 선진국들이 굉장히 잘합니다.

한: 왜 그렇습니까?

이: 그게 이제 미국, 일본, 유럽인데. 왜 그러냐면 모든 기술이 그렇듯이 먼저 한 사람들이 잘하는데. 선진국이 이것에 가능성을 먼저 보고 2000년대 초반부터 먼저 국가 주도로 기술을 열심히 개발을 했습니다.

한: GaN 기반으로. 그게 왜 군사용도로 쓸 수 있기 때문에 그런 거예요?

이: 네. 그렇습니다. 그러니까 이 주파수. 고주파로 갈수록 많이들 얘기하는 게 직진성이 높아지고 그렇다고 하기 때문에. 인공위성이라든지 레이더라든지 이런 쪽에서도 당연히 무선통신을 하게 되고 거기에서 GaN 물질이, 물성이 우수하기 때문에 군사용도로 먼저 개발을 하게 됐고.

한: 다 모든 게 군사 쪽에 먼저 개발되는 걸 보면 군사 쪽이랑 연관이 많이 있는 것 같아요. 미국 같은 경우도 기사를 써놓은 걸 보니까 미국 국방부 산하에 방위고등연구계획국(DARPA, Defense Advanced Research Projects Agency) 뭐라고 읽습니까? 이쪽이 반도체 쪽에도 연구를 많이 하더라고요. 다르파 맞아요?

이: 저도 거기까지는 잘 모르겠지만.

한: DARPA. 아무튼 이쪽에서 연구를 대규모로.

이: 본격적으로 한 건 여기로 많이들 봅니다.

한: 여기 같은 경우는 미국이 이렇게 많이 앞서 있으면 잘하는 기업들은 미국 기업들이 많겠네요?

이: 네. 그렇습니다. 압도적으로 미국이 잘 하고 있고 미국에 코보(Qorvo).

한: 코보(Qorvo).

이: 前트라이퀸트(TriQuint)죠. 그리고 울프스피드(Wolfspeed). 울프스피드는 SiC로 유명한 회사인 크리(CREE)의 자회사입니다.

한: 그 두 업체가 잘 하는군요. 일본 기업들은 어디가 있습니까?

이: 일본 기업들은 여기가 이제 우리가 아는 굉장히 친숙한 스미토모.

한: 스미토모 법인 이름이 구체적으로 있던데요?

이: SEDI라고 그래서 SEDI(Sumitomo Electric Device Innovations)

한: 유럽에도 또 있습니까?

이: 유럽에는 UMS라고 프랑스와 독일에 팹을 가지고 있는 걸로 알고 있습니다.

한: 그러면 5G 기지국을 만드는 회사들은 지금 얘기한 미국 회사, 일본 회사, 유럽 회사로부터 RF PA. GaN 기반에. RF PA를 갖고 와서 다 기지국에 다는 거군요.

이: 그렇습니다.

한: 근데 말씀을 들어보니까 중국 쪽도 연구를 많이 할 것 같은데.

이: 중국 같은 경우에는 전통 선진국은 아니고 이제 신흥 선진국이라고 우리가 봐야 되는데. 무선 인프라 투자도 LTE 4세대까지는 계속 몇 년씩 늦게 투자를 했는데. 5G 같은 경우에는 거의 동시에 시작해서 5G 기지국 같은 경우 전 세계에 절반이 중국에.

한: 빨리하고 있다는 얘기죠.

이: 어쨌든 그리고 1등 회사가 그리고 다들 아시는 화웨이. 화웨이가 어쨌든 1등 회사로 있고 그렇기 때문에 여기도 국가 차원에서, 아마도 국가 차원인 것 같은데.

한: 그렇게 넓은 땅에 기지국을 그렇게 많이 깔아야 되면 이런 핵심부품들도 당연히 내재화 해야 되겠다. 이런 생각들도 있을 것 같은데요. 그렇죠?

이: 그리고 이제 GaN이 반드시 RF PA로만 쓰이는 것도 아니고 SiC 기판도 마찬가지고 다 파워반도체, 여러 가지.

한: 맞아요. 화합물반도체로 많이 쓰이니까요.

이: 맞습니다. 그렇기 때문에 전체 생태계를 아우르면서 드라이브를 걸고 있습니다.

한: 설계부터 생산까지.

이: 그렇습니다. 아예 기판부터 쭉 해서 생산하고 최종 제품을 쓰는 고객들한테까지.

한: 많이 하고 있군요. 한국 같은 경우는 지금 이쪽 분야에 대응하고 있는 기업들이 있습니까?

이: 웨이비스라고 작년에 그러니까 중소벤처기업벤처부에서 하는 강소기업 100에 선정도 된 업체인데. 여기가 우리나라 유일의 RF GaN 종합반도체업체(IDM:Integrated Device Manufacturer)라고 소개를 하고 있습니다.

한: GaN 방식에 RF PA를 만드는 IDM. 설계부터 생산까지 다 한다는 얘기인 거죠? 거기 말고 또 있어요?

이: 아까 말씀드렸던 웨이비스 같은 경우는 비상장에 매출이 작년 9월 기준으로 50억원 조금 넘었으니까. 점점 성장을 아마도 하겠죠. 상장업체 중에 RFHIC라고 여기는 울프스피드의 팹을 이용해서 SiC 기판의 GaN PA를 만드는.

한: GaN RF PA를 만드는. 설계를 해서 준다는 얘기인 거죠?

이: 네. 그렇습니다.

한: 거기는 팹리스네요. 말하자면.

이: 그 두 업체 정도 있는 것 같습니다.

한: 두 업체는 어디랑 주로 거래를 합니까?

이: 두 업체가 이제 웨이비스 같은 경우에는 애초에 태생이. 기가레인은 상장사죠. 장비 업체. 그리고 RF 쪽으로 원래 했었던 곳이고 여기서 물적분할된 곳이라서 아마 여기는 삼성이랑 많이 하고 있고 RFHIC 같은 경우는 원래는 화웨이 쪽 매출이 제일 많았습니다. 2018년 기준으로 거의 절반 정도까지 됐었는데. 작년에도 아마 화웨이 쪽이 더 많았고 올해는 삼성이 더 많을 거다. 화웨이 쪽 매출이 확 떨어지고.

한: 네트워크 사업부 쪽 매출이 더 많아질 거다.

이: 네. 그렇습니다.

한: 화웨이 매출은 왜 떨어진 거예요?

이: 화웨이가 미국하고 중국하고의 분쟁을 겪고 있고 특히 미국 같은 경우에 화웨이를 직접적으로 배제를 하고 있으니까. 화웨이 입장에서도 이거는 전 영역에 걸쳐서 다 포함되는 건데 미국산 부품을 화웨이 쪽에서 배제하려고 하다 보니까.

한: 그러고 있죠.

이: 그러다 보니까 크리의 팹을 쓰는 RFHIC 같은 경우가.

한: 배제해야 되는 대상이군요.

이: 그러다 보니까 반사적으로 일본에 스미토모. SEDI가 거의 대부분 GaN PA를 이제 화웨이의 공급하는 걸로 보고 있습니다.

한: 기지국 장비에 들어가는 RF PA 같은 경우는 GaN을 쓴다는 건 알겠는데 제가 생각할 때는 비용이 단가가 엄청 비쌀 거예요. 근데 휴대폰에도 그렇습니까? 휴대폰에도 GaN을 씁니까?

이: 아닙니다. 휴대폰은 GaN을 거의 안 쓴다고 저는 알고 있는데. 휴대폰은 GaAs(갈륨아세나이드)라고 그 소재를.

한: GaAs(갈륨아세나이드). GaAs와 GaN는 어떤 차이가 있어요?

이: GaN 같은 경우에는 고출력에 고주파수가 다 가능한 소재라서 기지국용으로 쓰는 거고 다만 비싸고. GaAs 같은 경우에는 고주파수가 가능하기 때문에 28GHz도 다 하는데 출력이 상대적으로 고출력이 힘들다.

한: GaN보다는.

이: 근데 이제 단말기에서는 굳이 고출력이 필요가 없으니까.

한: 그렇죠. 소 잡는 칼을 닭 잡을 때 쓸 필요는 없으니까.

이: 그렇습니다.

한: 딱 맞춰서 쓰는 거군요. 그럼 GaAs용 RF PA는 누가 잘 만듭니까?

이: 이것도 미국 업체들이 상당히 잘 만듭니다. 스카이웍스(Skyworks). 원래 잘 만들었던 회사들이죠. 코보(Qorvo). 아까도 말씀드렸던. 브로드컴(Broadcom). 여기가 다 장악하고 있는데. 그러니까 화웨이가 이제 네트워크 장비뿐만 아니라 휴대폰도 당연히 잘 하고 있고 그러다 보니까 화웨이에서도 미국이 다 장악하고 있으니까 자기네들이 이 부분에 대해서 하고 싶다.

한: RF 쪽을?

이: 네. 그래서 여기도 자회사가 있죠. 하이실리콘(HiSilicon)이라는 팹리스. 거기서 작년에 5G 핸드폰 같은 경우에 하이실리콘이 설계한 GaAs 기반에 RF PA를 쓰는 걸로 알고 있습니다.

한: 5G 시대가 오면서 장비도 그렇고 단말도 그렇고 뭔가 변화가, 무선 주파수 쪽에는 되게 많이 생길 수밖에 없는 환경이네요.

이: 네. 그렇습니다.

한: 오늘 이종준 기자 모시고 5G 기지국용 핵심 부품에 대해서 얘기를 해봤습니다. 다음번에 더 좋은 정보로 찾아뵙겠습니다. 고맙습니다.

장현민 PD 다른기사 보기