4차 산업혁명 시대의 도래에 따른 국토교통, 반도체, ICT 소재, 통신 및 네트워크 분야의 핵심 기술 개발 현황과 미래 전망 doc_id PCY_201808091030000601_47

2017년에는 「4차 산업혁명 대응전략」 발표를 통해 4차 산업혁명 시대 핵심기술인 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 로봇, 빅데이터, 가상/증강(VR/AR) 등을 국토교통 분야에 어떻게 융복합하고 활용할 수 있을지 도출하였다. 4차 산업혁명이 국토교통 분야에 미치는 영향은 크게 3가지로, 첫째 국토 공간 측면에서는 사물인터넷을 기반으로 초연결이 진행되어 주거･도시 등 모든 생활 공간이 스마트화되고 스마트시티 시장이 크게 성장할 것으로 전망되었다. 둘째로 사회기반시설(SOC), 교통 등 공공서비스에 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI)과 같은 지능정보기술이 적용될 경우 맞춤형 서비스가 가능해지는 등 국민의 삶이 보다 편리하고 안전해질 수 있을 것으로 전망하였다. 마지막으로 국토교통 산업에 인공지능(AI), 로봇 기술이 활용되면서 무인화･자동화가 진행되고 자율주행차 등 신교통수단이 확산될 것이며, 이를 뒷받침하는 공간정보 및 빅데이터의 중요성과 활용도가 크게 증가할 것으로 전망하였다. 물관리연구 사업은 수재해 피해 최소화를 위한 실시간 수재해 감시, 사전대응 인프라 구축 기술 등 수재해 예방 분야 투자를 지속 확대하고, 물산업 성장 견인 및 해외진출 지원 확대를 위한 ICT 기반 융복합형 원천기술을 지원하였다. 플랜트 연구사업은 해외 담수화 시장 점유율 증대를 위한 차세대 담수화 기술 중점 투자 및 중동지역 맞춤형 담수화 응용 플랜트 기술 개발을 지원하고, 비전통 에너지 수요 대응 모듈화 플랜트, 극한지 자원 이송을 위한 건설기술 등 플랜트시공 및 엔지니어링 기술 확보를 위해 지속 투자하였다. 도시건축 연구사업은 국가 온실가스 감축목표 달성 및 스마트시티 에너지 수요 대응을 위한 온실가스 감축 시뮬레이션 기술, 건물에너지 관리 기술 등에 집중 투자하고, 폐기물, 도시 열섬, 노후산단 등 도시 사회문재 해결을 위한 기술에도 집중 지원하였다. 2016년 현재 우리나라 반도체 총 생산액은 548억 달러로 이는 전 세계 생산량의 약 16.6%를 차지하는 규모이며, 이로써 2013년 이래 우리나라는 반도체 생산국 제 2위의 자리를 굳건히 고수하고 있다(통계청 2017년). 메모리반도체의 우위에 힘입어 반도체의 후방 산업인 반도체장비 생산도 2017년 7월 현재 약 129억 달러로 세계 1위를 차지했으며(SEMI, 2017.7.), 취약 분야인 반도체 재료 분야도 2016년 약 71억 달러로 전 세계 생산량의 16%를 차지할 정도로 약진하고 있다(SEMI, 2017.4.). 한편, 반도체 시장의 약 60%를 차지하는 시스템반도체 분야의 생산 규모는 삼성전자, 동부 하이텍 등의 파운드리 제조 생산액을 제외하면 실제로 약 1% 내외로 극히 저조한 상황이며, 대기업의 반도체 칩 내재화 경향에 따라 시스템반도체 업계의 입지가 악화되고 있다. 디스플레이 등 전자기기, 통신시스템, 스마트기기용 반도체부품의 기술 경쟁력 확보는 여전히 중요하지만, 중소 반도체업체를 위한 새로운 수요 창출 또한, 필요하다. 이와 함께 업체 간의 협력 관계를 활성화하기 위한 정책의 일환으로 국산 CPU 상용화 프로그램 등도 진행한 바 있다. 4차 산업혁명의 가장 중요한 요소가 될 것으로 전망되는 부품소재 기술의 주요 특징을 살펴보았다. 반도체 기술은 메모리 기술을 중심으로 집적화가 지속적으로 일어날 것이며, 저전력 뉴로모픽 인공지능(AI) 칩 개발이 활발히 이루어질 예정이다. 디스플레이는 플렉서블, 초실감, 생체 특징 인식 기반 웨어러블, 다기능 융복합 입출력 장치로 발전할 것이다. 통신용 부품으로 고속 이동통신, 위성통신 등 무선통신을 위한 부품이 지속적으로 개발될 예정이다. 센서 소자 및 부품 기술은 사물인터넷(IoT) 기반의 빅데이터 획득을 위한 사물인터넷(IoT)센서 분야에 활용이 가능하며, 스마트기기의 다양한 정보의 감지 장치 및 신규 스마트 서비스 창출에 활용되며, 센서와 인공지능(AI) 기반 증강현실(AR)･가상현실(VR)에서의 실감 센싱 및 구현 분야에 응용이 예측된다. ICT 소재 기술은 초고속, 초실감, 초지능의 서비스를 구현할 수 있는 원천기술을 제공하며, ICT 분야에 활용할 수 있는 핵심 소재의 개발을 통하여 고효율의 스마트 한 소자 기술을 선도할 수 있는 핵심기술로 이차원반도체, 메타물질, 그래핀, 3D 프린팅소재, 열전소재, 3D 패키징 소재 등이 활발히 개발되고 있다. ICT 소재 기술은 초고속, 초실감, 초지능의 서비스를 구현할 수 있는 원천기술을 제공하며, ICT 분야에 활용할 수 있는 핵심 소재의 개발을 통하여 고효율의 스마트 한 소자기술을 선도할 수 있는 핵심기술이다. 기초 신소재-부품･소자-시스템산업화의 선순환적인 생태계가 구축이 되어, 소재･소자 관련 원천기술의 선제적으로 확보와 부품･소자, 시스템기술의 시너지 극대 및 융합이 필요하다. 주요 ICT 소재 기술로 이차원반도체, 메타물질, 그래핀, 3D 프린팅소재, 열전소재, 3D 패키징 소재 등을 들 수 있다. 이차원반도체 소재는 기존 Si, 화합물반도체 등을 대체할 고이동도 반도체, 고집적 반도체 소재로서 큰 관심을 끌고 있다. 현재, 높은 이동도를 보이는 연구결과들은 단결정을 기계적 박리하여 소자를 제조하는 연구들에 한하며, 아직 소자를 제조할 대면적 기판 위에 고균일도로 성장하는 기술은 800도 이상의 공정 온도을 요구하는 등 기초연구 단계에 머물러 있다. 인공지능(AI)･사물인터넷(IoT)･빅데이터･클라우드 서비스 등의 발전으로 통신 수요는 급격히 증가하고 있으며 이를 뒷받침하기 위한 통신용 부품의 중요성은 더욱 증대되고 있다. 광통신은 빛을 생성, 전달, 그리고 수신을 통해 이루어지는데 이를 위해서는 반도체 레이저, 광섬유와 반도체 광수신기가 사용된다. 광통신 부품은 용도에 따라 중장거리 전송용, 가입자용 등으로 구분되어 왔으나 근래에 들어서는 데이터센터 및 무선통신망 지원을 위한 광통신 부품이 크게 성장하고 있으며 테라급 통신을 위한 광집적회로 기술의 도입이 전망된다. 한편, 이동통신･위성통신 등 무선통신을 위한 부품의 수요도 크게 증가하고 있으며 이를 위해서는 InP, GaAs, SiGe, GaN 등의 물질을 이용한 HBP 및 HEMT 기반의 밀리미터파 대역의 초고주파 집적회로(MMIC)와 이를 이용한 송수신기 모듈 등이 개발되고 있다. 특히, 5G 기술의 도입을 앞두고 밀리미터파 통신을 위한 부품 수요가 크게 증가할 것으로 예측되고 있으며, 통신 용량 증대를 위해 28GHz대 통신이 적용될 것으로 전망된다. 국내에서는 다양한 주파수의 RF 증폭소자를 개발하여 레이더 등에 적용하고 있으며 5G 통신을 위한 밀리미터파 대역 전자소자도 개발 중에 있다. 이동통신 분야는 2018년 세계 최초의 5G 시범서비스 시연 및 5G 조기 상용화를 위한 차세대 이동통신 시스템 및 미래 모바일 기기 원천기술 확보를 목표로 하고 있다. 이를 위해 저지연, 고신뢰, 초연결성을 강화한 5G 원천기술 및 밀리미터파 부품 등의 개발을 지원하였고 국제공동연구를 통한 글로벌 협력체계 강화 및 국제표준화를 추진하였다. 네트워크 분야에서는 네트워크의 광대역화와 소프트웨어화, 국산 네트워크 장비 및 부품의 경쟁력 강화를 목표로 다양한 기술개발을 추진하였다. 네트워크 광대역화를 위해 저전력, 초소형 광부품과 모듈을 개발하고, 소프트웨어화의 핵심 기술인 SDN･NFV 기술 및 프로그래머블･저지연 스위치 등의 네트워크 원천기술 개발, 군통신망 고도화를 위한 고신뢰 네트워킹 기술개발 등을 지원하였다. 방송･스마트미디어 분야는 세계 최초 UHD 서비스의 성공적 실현을 위한 차세대 방송표준(ATSC 3.0) 기반 UHD 장비 및 제작･송출･송신･수신 기술개발과 웹사이트, SNS 등 다양한 인터넷 매체를 통한 음란･선정성 콘텐츠 유통을 차단하는 건전한 미디어 환경 구축을 위한 기술개발 등을 지원하고 있다.