1839호 2018328

「주간기술동향」은 과학기술정보통신부「ICT 동향분석 및 정책지원」

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주간기술동향 2016 3 9

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1839호

기획시리즈 2

5G 단말 및 부품 동향

[안광호전자부품연구원]

Ⅰ 개요

Ⅱ 주요 업체 동향

Ⅲ 결론 및 시사점

ICT 신기술 16

에너지 컴퍼니 테슬라

[이승훈가천대학교]

Ⅰ 서론

Ⅱ 배터리의 진화

Ⅲ 에너지 컴퍼니 테슬라

Ⅳ 기가팩토리

Ⅴ 결론 및 시사점

최신 ICT 이슈 29

Ⅰ 2020년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들

Ⅱ 마그네슘 합금 향후 10년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단

Ⅲ IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

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세계 각국과 이동통신 관련 기업은 5G라는 새로운 신 시장에서 기회를 선점하기 위해 사활을 걸

고 있다 2020년 상용화를 목표로 ldquo표준 서비스 시스템 부품rdquo이 유기적으로 결합하면서 상용화

목표를 맞추기 위한 노력을 경주하고 있다 특히 우리나라의 경우 2018년 평창동계올림픽에서

5G 자체 표준을 기반으로 서비스를 함으로써 관련 서비스와 표준 그리고 시장 선점을 위한 교

두보를 확보했으며 ldquo삼성 퀄컴 인텔 KT SKT Ericssonrdquo 등의 글로벌 기업들은 각자의 기술력

을 홍보함과 동시에 필드에서 선(先)검증을 통해 2020년 상용화에서 우위를 차지하려 하고 있다

이러한 가운데 2020년 도쿄올림픽을 앞두고 있는 일본도 5G 상용화 기술을 올림픽을 통해 선보

일 계획이며 이를 통해 새로운 통신강국으로 등극하고자 하는 야심을 드러내고 있다 민감한 이

시점에서 본 고에서는 5G 서비스를 위한 부품 동향과 우리의 현재 위치와 분발해야 할 점은 무

엇인지를 함께 살펴보고자 한다

안광호

전자부품연구원 수석

I 개요

새로운 통신규격과 표준이 세상에 등장할 준비를 하고 있다 이름하여 5G이다 이는 통신

시장의 새로운 기회를 의미한다 5G라는 새로운 통신은 새로운 표준 서비스 시스템 단말 및

부품의 개발을 전제로 한다 그 중에서도 시장을 이끄는 핵심은 단말 및 부품이다 그런 의미

에서 이동통신 부품 중에서도 중요도가 높은 모뎀 및 RF 부품을 살펴보면 5G 기지국 및 단

말 핵심 부품인 모뎀칩 시장 경쟁은 치열하다 5G 모뎀칩은 6GHz 이하 대역과 밀리미터파

(24~100GHz)를 모두 지원하는 제품부터 6GHz 이하 대역만 지원하는 제품군으로 나뉜다 고주

파 대역인 밀리미터파는 대역폭이 넓어 통신 속도가 빠른 대신 전파 파장이 짧아 도달거리가

짧고 장애물 영향을 받기 쉽다 이런 단점을 없애려면 안테나 등 통신 부품 성능을 전반적으

로 높여야 한다 반면에 6GHz 이하 대역 기술은 이미 4G LTE 서비스에서 활용되어 왔기 때

5G 단말 및 부품 업체 동향

본 내용은 안광호 수석( 031-789-7225 khajohketirekr)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

기획시리즈-5G

3 정보통신기술진흥센터

문에 다소 쉽게 개발할 수 있다 퀄컴의 독무대였던 초기 4G LTE 때와 달리 많은 업체가 5G

모뎀칩 개발에 뛰어들었다 미국 퀄컴과 인텔 한국 삼성전자 중국 하이실리콘이 밀리미터파

와 6GHz 이하 주파수를 모두 지원하는 모뎀칩을 개발하고 있다 5G 모뎀칩과 함께 붙는 무

선주파수(RF) 안테나 모듈은 소형화 저전력화 성능 확보 등 개발 도전 과제가 산적해 있는

데 이는 전파 파장이 짧은 고주파 밀리미터파를 활용하기 때문이다 밀리미터파에 대응하는

RF 안테나 모듈 제조업체로는 미국 아노키웨이브 아나로그디바이스 맥스리니어 모반디 등

이 있다 이에 본 고에서는 상기에 언급된 주요업체들을 중심으로 5G향 부품개발 동향에 대

해서 상세히 살펴보고자 한다

II 주요 업체 동향

1 퀄컴

가 퀄컴의 5G NR(New Radio) 특징

(1) Scalable OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

퀄컴은 다년 간에 걸쳐 5G에 가장 적합한 통신방식에 대해 연구해 왔으며 그 중에서 CP-

OFDM(Cyclic Prefix OFDM)과 DFT(Discrete Fourier Transform)-Spread OFDM 이 5G EMBB(Enhanced

Mobile Broadband) 서비스에 가장 적합하다고 결론을 내렸다 현재 LTE 에서 사용되고 있는

OFDM 방식이 최대 20MHz의 밴드폭을 가지는 캐리어를 구성하는 서브캐리어가 고정된 15kHz

의 간격으로 떨어져 있는 반면 5G NR에서는 이 간격이 운용에 따라 달라진다 퀄컴에서는 2N

의 스케일링을 가지는 서브캐리어 간격을 도입함으로써 프로세스 복잡도가 광대역에서 불필

요하게 늘어나는 것을 막을 수 있었다 밴드폭에 따라서 서브캐리어의 간격이 비례해서 늘어

남으로써 밴드폭이 증가하더라도 프로세싱 복잡도는 증가하지 않음을 알 수 있다

(2) Flexible Self-contained Slot Structure

퀄컴은 5G의 슬롯구조로 Flexible Self-contained Slot을 채택하고 있다 이 구조는 네트워크

운용자가 동일한 주파수 내에서 효율적이고 가변적인 주파수 운용을 하게 해 주는 장점이 있

으며 UpDown 로딩 시에 빠른 전환이 가능하게 할 뿐만 아니라 스케줄링 데이터 인식이

동일한 슬롯에서 일어나기 때문에 지연을 최소화 할 수 있다 또한 모듈러 방식을 적용해서

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Massive MIMO 등의 다양한 응용에 적응이 가능한 장점을 가지고 있다

(3) Advanced ME-LDPC

5G NR 서비스를 위해서는 강건하고 가변적인 성능이 가능한 효율적인 채널코딩을 가지는

물리계층 디자인이 필수적이다 기존의 3G4G에서는 터보코드가 사용되었으나 5G NR의 목적

성을 위해서는 다른 종류의 코딩이 필요하다 그래서 5G를 위해 대두된 것이 LDPC(Low Density

Parity Check) 코드이다 퀄컴은 기존의 LDPC보다 높은 스루풋(Throughput)의 복잡한 환경에서

도 장점을 발휘하는 ME-LDPC(Multi Edge LDPC)를 제안하고 있다 이 새로운 코드를 통해 기

존 터보코드 대비 최대 6배 이상의 스루풋을 달성했다

(4) Massive MIMO

5G에서는 데이터 용량 증대와 커버리지 이슈가 있다 이를 위해서 다중의 안테나를 이용

하여 빔스티어링을 효율적으로 해야 한다 이는 곧 주파수 활용의 효율성 증대를 의미한다

적재적소에서 사용자의 데이터 이용을 간파하고 데이터량에 따라서 스마트하게 빔포밍을 해

야만 이런 효율성을 얻을 수 있고 이를 위해 안테나 부품 및 이와 연계된 컨트롤은 지능적

으로 수행되어야 한다 Multi-user Massive MIMO는 퀄컴 뿐만 아니라 5G를 준비하는 부품 및

시스템 그리고 서비스 업체 모두에게 절실한 기술적 이슈이다 특히 단말에서는 이러한 안

테나 부품이 초소형으로 기능해야 하는 난제가 있다 퀄컴은 2D 안테나 어레이를 이용해서

3D 빔포밍을 하는 기술을 발표했으며 이를 통해서 서브 6GHz 대역에서 커버리지와 캐패시

티를 동시에 늘릴 수 있음을 보여주었다 4times4 MIMO를 35GHz 대역에서 운용하여 최대 38배

이상의 스루풋을 달성하였다

(5) Mobile mmWave

5G에서는 24GHz 이상의 밀리미터파 대역을 새로운 주파수 대역으로 사용한다 밀리미터파

대역은 서브 6GHz 대비 커버리지에서는 열위를 보이나 광대역폭 확보를 통해 고용량 데이터

전송을 가능하게 해 준다 퀄컴은 2017년 MWC(Mobile World Congress)에서 밀리미터파 대역에

서 1세대 5G 밀리미터파 시험 시스템을 시연했다 프로토타입 시스템과 실제 무선 구간 시험

은 미국 뉴저지에 위치한 퀄컴 연구소에 구축한 5G 밀리미터파 시범망을 이용하여 진행되었

다 이 시연에서 퀄컴은 5G NR 적응형 빔포밍(Beamforming)과 빔트래킹(Beam Tracking) 기술을

보여주었으며 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시에 지원하는 세계 최초의 5G 모뎀 X50과 RFIC

기획시리즈-5G

5 정보통신기술진흥센터

를 발표했다

나 퀄컴의 5G NR 서비스 및 부품 동향

퀄컴은 2017년 12월 ATampT 차이나 모바일 NTT 도코모 SK텔레콤 텔스트라(Telstra) 및

보다폰(Vodafone)과 함께 5G NR 시험 계획을 발표했다 이 시험은 33~50GHz 대역과 28GHz

및 39GHz 밀리미터파(mmWave) 대역에서 5G NR 기술의 동작을 확인하는 것을 주요 목표로

하였다 또한 퀄컴은 스냅드래곤 X50 모뎀을 발표했으며 X50 5G 제품군은 새로운 멀티 모

드 2G3G4G5G 모뎀을 채용하여 글로벌 5G NR 표준(6GHz 이하 및 멀티밴드 mmWave)과 기

가비트 LTE를 하나의 칩으로 구현한 것으로 NSA와 SA 모두를 지원한다[3]

또한 퀄컴은 2017 년 9 월 샌프란시스코에서 열린 MWCA(Mobile World Congress America)

에서 5G NR의 연구결과들을 발표 및 시연했다 그 결과 시내의 10km2 범위 내에서 65의 다

운링크 커버리지를 보여주었고 기존의 LTE 인프라를 함께 사용하여 도심 1km2 범위 내에서

더 향상된 커버리지(gt80)가 가능함을 보여주었다 뿐만 아니라 고주파대역의 넓은 대역폭

덕분에 기지국에서 먼 Cell Edges에서도 최고 100Mbps 이상까지 속도를 낼 수 있다는 점을 확

인할 수 있었다 이 시연은 3GPP 5G NR Rel 15 기반이며 최신 채널 코딩으로 800MHz 대역

폭에서 5Gbps의 다운로드 속도를 보여주었다 시연은 8개의 RF 프론트엔드를 4개의 지역에

두고 실재 스마트폰의 폼펙터를 차용한 사용단말을 기지국과 연동하여 테스트하였다

퀄컴은 2017년 10월에 세계 최초로 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시 지원하는 멀티밴드

멀티모드 5G NR 향 모뎀인 X50과 RFIC인 SDR051을 발표했다 이 제품군은 28GHz 밀리미터

파 대역에서 8times100MHz CA(Carrier Aggregation)를 통해 800MHz 대역폭을 지원하며 Adaptive

(a) X50 (b) 28GHz Antenna Array (c) 28GHz 사용자 단말

lt자료gt Qualcomm

[그림 1] 퀄컴의 세계 최초 5G NR향 모뎀 및 단말

주간기술동향 2018 3 28

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Beamforming 및 Beam Tracking이 가능한 MIMO 기능이 기본적으로 탑재되어 있다 X50은 기

존의 LTE 모뎀과 결합되어 2G3G4G5G를 모두 커버할 수 있다 SDR051은 밀리미터파 대역

에서 동작하는 RFIC로 기본적으로 적응형 빔포밍과 Antenna Switch Diversity 기능을 제공하고

있다[4] [그림 1]에 퀄컴의 X50 모뎀 및 28GHz 밀리미터파 모듈을 도시하였다

2 삼성

가 삼성의 5G NR 서비스 동향

삼성전자는 2017년 2월 MWC 2017에서 세계 최초로 차세대 5G 통신 상용제품 풀 라인

업을 공개했다 이 자리에서 삼성전자는 5G 서비스를 위한 소비자용 단말(Home Router CPE)

기지국(5G Radio Base Station) 차세대 코어 네트워크(Next Generation Core) 장비를 선보였다

칩셋부터 단말 네트워크까지 5G 상용제품 풀 라인업의 세계 최초 공개이다 5G 기지국은

28GHz 대역을 활용하여 최대 10Gbp의 데이터를 단말에 전송할 수 있다 삼성전자는 5G 네트

워크의 리소스 관리 실시간 데이터 트래픽 분산처리 등을 담당하는 차세대 네트워크 코어장

비(NG-Core)도 공개했다 이 장비는 소프트웨어 기반의 가상화 기술을 활용하여 유연한 네트

워크 자원관리 실시간 트래픽 분산처리가 가능하고 높은 확장성을 가지고 있다 특히 2018

년부터 본격 상용화될 것으로 예상되는 5G 고정식 무선통신 서비스(Fixed Wirelss Access) 사

물인터넷(Internet of Things) 커넥티드카(Connected Car) 등 다양한 5G 서비스를 지원할 수 있

는 유연한 구조로 설계된 것이 특징이다

한편 삼성전자는 2018년 1월에 버라이즌과 5G 기술을 활용한 고정형 무선 액세스(Fixed

Wireless Access FWA) 서비스 통신장비 공급 계약을 체결하였다 5G FWA는 유선 대신 무선

으로 각 가정에 초고속 통신 서비스를 제공하는 기술이다 인터넷 TV(IPTV)와 초고속인터넷

서비스를 유선 케이블 대신 5G 전파로 제공하는 방식이다 이번 계약 체결로 삼성전자는 첫

상용 서비스 예정 도시인 새크라멘토에 버라이즌 자체 통신 규격인 5G TF(Technology Forum)

기반의 통신장비 가정용 단말기(CPE) 네트워크 설계 서비스를 공급하게 된다 버라이즌은

앞으로 5G FWA 서비스 범위를 미국 전역 3000만 가구로 확대할 계획이다 또한 삼성전자는

2017년에 미국의 T모바일과 아웃도어 환경에서 28GHz 대역에서의 빔스티어링을 검증하였다

이 시연에서도 삼성전자가 개발한 안테나 전력증폭기 RFIC가 기지국과 라디오 액세스단에

사용되었다 2017년 12월 삼성전자는 또한 일본의 KDDI와 도쿄에서 100kmh의 속도로 달리

기획시리즈-5G

7 정보통신기술진흥센터

는 기차에서 5G 시험운용을 통해 최대 17Gbps의 데이터 전송속도를 확보했다 이 테스트에

는 삼성전자의 5G Router 5G Radio Access Unit 가상 RAN 가상 코어 등이 사용되었다 시연

에서 8K의 초고화질 영상이 끊김 없이 전송됨을 확인할 수 있었다 KDDI는 도쿄 올림픽이 열

리는 2020년 전까지 5G 서비스를 상용화할 계획을 가지고 있다

삼성전자는 2017년 9월에 SKT와 26GHz 4G LTE 28GHz 35GHz 5G 사이의 연동을 세계

최초로 성공했다 삼성전자와 SK텔레콤은 서울 을지로에 각각 다른 주파수 대역을 지원하는

4G 5G 통신 기지국과 차세대 가상화 코어 네트워크를 구축하고 4G와 5G를 동시에 지원하

는 통합 단말기를 차량에 설치하여 주행 중에도 기지국과 단말 사이에 끊김 없는 통신 서비

스가 가능함을 보여주었다 주행 중인 차량과 SK텔레콤 본사 회의실 사이에서 360도 가상현

실 라이브 스트리밍을 시연했으며 실제 차량에서 4G와 5G 통신 기술과 주파수 대역이 변경

되어도 선명하고 깨끗한 스트리밍이 가능했다 이번 시연 성공으로 5G 기술 상용화에 필수적

인 이종기술middot주파수 대역 간의 연동(Multi-RAT Interworking)이 실제 네트워크에 적용 가능함

을 확인했다

나 삼성의 5G NR 지원 부품 개발 동향

삼성전자는 2017년 3GPP가 정의한 Rel 15에 부합하는 엑시노스 5G 모뎀 칩을 발표했다

엑시노스 5G는 6GHz 이하 주파수 대역은 물론 28GHz와 39GHz 등 이른바 밀리미터파 대역을

동시에 지원하며 2G3G4G LTE 등에도 대응된다 이 칩은 28GHz 이상 고주파 대역에서

100GHz 대역 8개를 주파수 집성(CA) 기술로 묶어 최대 800MHz를 사용할 수 있어 이론상 최

대 다운로드 속도가 5Gbps에 이른다 이는 현재 서비스되고 있는 LTE(500Mbps 다운로드 속

도)보다 10배 빠른 것이고 현존 최고 사양 LTE 모뎀 칩(1~12Gbps 다운로드 속도)과 비교해

도 최대 5배 빠른 속도이다 삼성전자는 또한 2017년 2월에 상용화에 가까운 5G향 28GHz

RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)를 발표했다 이 RFIC는 상용화를 목표로 저가 고효율

초소형의 특징을 가지고 있으며 2016년 6월에 개발한 고이득 고효율 전력 증폭기와 연동

되어 넓은 커버리지를 갖고 있다 또한 이 RFIC는 송수신 특성이 크게 개선되었는데 이는 IC

의 노이즈 특성의 개선을 통한 감도 향상이 주된 이유로 보인다 해당 RFIC는 16개의 저손

실 안테나 어레이와 연동되어 동작하는 것으로 알려져 있으며 최대 20Gbps의 통신 속도를

지원한다

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3 인텔

가 인텔의 5G NR 표준화 및 서비스 동향

인텔은 2017년 12월 3GPP NSA 5G NR 표준제정에서 코딩 오류 수정 변조(Modulation) 공

간 서브 채널화(Spatial Sub-channelization) 빔포밍 레퍼런스 심볼 설계(Reference Symbol Designs)

무선 링크 적응 등에 안건들을 상정했다 또한 Ericsson Nokia ATampT KT NTT Docomo Verizon

등의 업체에 상호 운용성을 테스트하는데 필요한 플랫폼을 제공했으며 고성능 FPGA(Field

Programmable Gate Array) 및 코어 프로세서를 탑재한 플랫폼은 2018년 6월 Rel 15에서 보

류중인 SA 표준을 알려주는 핵심 역할을 할 것으로 기대된다 또한 인텔은 서브 6GHz 및 밀

리미터파를 지원하는 5G RFIC와 함께 28GHz 및 39GHz 대역에서 이 플랫폼을 사용하여 여러

NSA 5G NR 시험을 실시했다 인텔은 이 실험결과를 바탕으로 NSASA 5G NR 멀티 모드 모뎀

인 인텔 XMM 8000 시리즈의 상용화 버전을 2019년에 출시할 예정이다

한편 인텔은 2018년 2월에 개최되는 평창올림픽에 3GPP 5G NR 규격을 만족하는 자사의

MTP(Mobile Trial Platform)를 KT에 제공했으며 이 플랫폼에는 앞서 언급한대로 인텔의 FPGA 회

로와 코어 i7 프로세스가 탑재되어 있다 현재 이 MTP는 600~900MHz 33~42GHz 44~49GHz

51~59GHz 28GHz 및 39GHz를 지원하는 것으로 알려져 있다 인텔은 이 기술을 접목하여 2018

평창동계올림픽에서 가상현실 드론 자율주행자동차 등 5G 이동통신에 기반한 다양한 신기

술을 선보였다 특히 1218대의 드론이 군집비행을 하면서 오륜기 및 스키어 형상을 보여주

었으며 이러한 군집제어 또한 5G의 초고속 고용량 데이터 전송 저지연 전송 기술들에 기반

한 것이다[2]

나 인텔의 5G NR 지원 부품 개발 동향

인텔은 2017 년 2 월에 멀티모드 멀티밴드 지원 5G 향 모뎀인 XMM 8060 을 발표했다 이

모뎀은 3GPP 5G NR NSA 및 SA를 지원하며 밀리미터파와 서브 6GHz 밴드를 커버한다 또한

기존의 2G 3G 4G 레거시 모드도 지원하는 것으로 알려져 있다 이 제품은 또한 Massive

MIMO Beamforming Advanced Channel Coding 기능이 탑재되어 최대 5Gbps의 전송속도와 1ms

이하의 저지연을 구현한다 한편 애플은 5G향 아이폰에 기존의 퀄컴 모뎀 대신 인텔의 XMM

8060을 채택하는 것을 긍정적으로 검토하고 있다고 2017년 11월에 밝혔다 인텔은 궁극적으

로 이 제품에 28GHz 5G RFIC를 통합할 계획이다

기획시리즈-5G

9 정보통신기술진흥센터

인텔은 2017년 7월에 앞서 언급한 5G향 MTP(Mobile Trial Platform)를 발표했다 이 플랫폼

은 최대 10Gbps의 속도에 대응이 가능하며 여러 통신 환경에서의 난제를 해결하기 위한 알

고리즘을 검증하는데 최적의 솔루션을 제공한다 이 플랫폼은 서브 6GHz 밀리미터파 대역을

커버하고 4times4 MIMO 기능을 수행할 수 있으며 아톰과 제논 프로세스가 탑재되어 최적의 성

능을 보장한다 특히 이 중에서 Atom C3000 Processor는 5G향에 최적으로 설계된 것으로

4times10Gbps Ethernet 지원 초저전력 가상화 지원 Seamless Reuse 기능 등을 탑재하고 있다

4 IBM amp Ericsson

가 에릭슨의 5G NR 서비스 동향

에릭슨은 2017년 Massive MIMO와 Multi-user MIMO를 지원하는 3GPP 5G NR 규격의 AIR

6468을 발표했다 이 제품은 64개의 TX 및 RX Antenna 어레이로 구성되어 있다 스마트 빔포

밍은 클라우드 RAN 아키텍처를 도입함으로써 가능하며 5G NR 뿐만 아니라 기존의 4G LTE

에도 대응이 가능하다 에릭슨은 자사의 AIR 6468이 최초의 5G NR향 Massive MIMO를 지원

하며 광대역 특성 LTE와 5G NR을 동시에 지원하는 호환성을 가지고 있고 강력한 SW기반

의 신호분석기 등이 내장되어 경쟁사 대비 우수한 특징을 보인다고 밝혔다

에릭슨은 2016년 호주의 텔스트라와 5G 시연에서 18~22Gbps의 전송속도를 확보했다 이

시연에는 에릭슨의 5G Radio Testbed가 사용되었으며 실재 야외 환경에서 5G를 시연한 최초

의 사례이다 20Gbps에 육박하는 초고속 데이터의 전송은 에릭슨의 독자적인 Massive MIMO

및 Multi-user MIMO 알고리즘 및 하드웨어로 인해 가능했다 또한 에릭슨은 2017년 2월 BMW

및 SKT와 170kmh의 이동속도에서 28GHz 밀리미터파 대역에서의 5G 신호 전송 시연을 통해

36Gbps의 전송속도를 달성했다 또한 에릭슨은 2017년 3월 서울 강남의 도심 밀집지역에

lt자료gt Samsung lt자료gt Intel

[그림 2] 삼성전자의 5G 지원 제품 Full Line-up [그림 3] 인텔의 5G향 모뎀 XMM 8060

5G RRC and ASIC modems

chipsets

5G Home router (CPS)

5G Radio base station (AU)

Next Generation

core

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서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

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이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

주간기술동향 2018 3 28

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

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따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

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20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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wwwiitpkr

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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24

집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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wwwiitpkr

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

「주간기술동향」은 과학기술정보통신부「ICT 동향분석 및 정책지원」

과제의 일환으로 정보통신기술진흥센터(IITP)에서 발간하고 있습니다

「주간기술동향」은 인터넷(httpwwwitfindorkr)을 통해 서비스를 이용할

수 있으며 본 고의 내용은 필자의 주관적인 의견으로 IITP 의 공식적인 입장이

아님을 밝힙니다

정보통신기술진흥센터의「주간기술동향」저작물은 공공누리 ldquo출처표시-상업적

이용금지rdquo 조건에 따라 이용할 수 있습니다

공공누리의 제2유형에 따라 상업적 이용은 금지하나 ldquo별도의 이용 허락rdquo을

받을 경우에는 가능하오니 이용하실 때 공공누리 출처표시 지침을 참조

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예시) ldquo본 저작물은 lsquoOOO(기관명)rsquo에서 lsquoOO년rsquo 작성하여 공공누리 제O유형으로

개방한 lsquo저작물명(작성자OOO)rsquo을 이용하였으며 해당 저작물은 lsquoOOO(기관명)

OOO(홈페이지 주소)rsquo에서 무료로 다운받으실 수 있습니다rdquo

주간기술동향 2016 3 9

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2

1839호

기획시리즈 2

5G 단말 및 부품 동향

[안광호전자부품연구원]

Ⅰ 개요

Ⅱ 주요 업체 동향

Ⅲ 결론 및 시사점

ICT 신기술 16

에너지 컴퍼니 테슬라

[이승훈가천대학교]

Ⅰ 서론

Ⅱ 배터리의 진화

Ⅲ 에너지 컴퍼니 테슬라

Ⅳ 기가팩토리

Ⅴ 결론 및 시사점

최신 ICT 이슈 29

Ⅰ 2020년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들

Ⅱ 마그네슘 합금 향후 10년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단

Ⅲ IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

2

세계 각국과 이동통신 관련 기업은 5G라는 새로운 신 시장에서 기회를 선점하기 위해 사활을 걸

고 있다 2020년 상용화를 목표로 ldquo표준 서비스 시스템 부품rdquo이 유기적으로 결합하면서 상용화

목표를 맞추기 위한 노력을 경주하고 있다 특히 우리나라의 경우 2018년 평창동계올림픽에서

5G 자체 표준을 기반으로 서비스를 함으로써 관련 서비스와 표준 그리고 시장 선점을 위한 교

두보를 확보했으며 ldquo삼성 퀄컴 인텔 KT SKT Ericssonrdquo 등의 글로벌 기업들은 각자의 기술력

을 홍보함과 동시에 필드에서 선(先)검증을 통해 2020년 상용화에서 우위를 차지하려 하고 있다

이러한 가운데 2020년 도쿄올림픽을 앞두고 있는 일본도 5G 상용화 기술을 올림픽을 통해 선보

일 계획이며 이를 통해 새로운 통신강국으로 등극하고자 하는 야심을 드러내고 있다 민감한 이

시점에서 본 고에서는 5G 서비스를 위한 부품 동향과 우리의 현재 위치와 분발해야 할 점은 무

엇인지를 함께 살펴보고자 한다

안광호

전자부품연구원 수석

I 개요

새로운 통신규격과 표준이 세상에 등장할 준비를 하고 있다 이름하여 5G이다 이는 통신

시장의 새로운 기회를 의미한다 5G라는 새로운 통신은 새로운 표준 서비스 시스템 단말 및

부품의 개발을 전제로 한다 그 중에서도 시장을 이끄는 핵심은 단말 및 부품이다 그런 의미

에서 이동통신 부품 중에서도 중요도가 높은 모뎀 및 RF 부품을 살펴보면 5G 기지국 및 단

말 핵심 부품인 모뎀칩 시장 경쟁은 치열하다 5G 모뎀칩은 6GHz 이하 대역과 밀리미터파

(24~100GHz)를 모두 지원하는 제품부터 6GHz 이하 대역만 지원하는 제품군으로 나뉜다 고주

파 대역인 밀리미터파는 대역폭이 넓어 통신 속도가 빠른 대신 전파 파장이 짧아 도달거리가

짧고 장애물 영향을 받기 쉽다 이런 단점을 없애려면 안테나 등 통신 부품 성능을 전반적으

로 높여야 한다 반면에 6GHz 이하 대역 기술은 이미 4G LTE 서비스에서 활용되어 왔기 때

5G 단말 및 부품 업체 동향

본 내용은 안광호 수석( 031-789-7225 khajohketirekr)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

기획시리즈-5G

3 정보통신기술진흥센터

문에 다소 쉽게 개발할 수 있다 퀄컴의 독무대였던 초기 4G LTE 때와 달리 많은 업체가 5G

모뎀칩 개발에 뛰어들었다 미국 퀄컴과 인텔 한국 삼성전자 중국 하이실리콘이 밀리미터파

와 6GHz 이하 주파수를 모두 지원하는 모뎀칩을 개발하고 있다 5G 모뎀칩과 함께 붙는 무

선주파수(RF) 안테나 모듈은 소형화 저전력화 성능 확보 등 개발 도전 과제가 산적해 있는

데 이는 전파 파장이 짧은 고주파 밀리미터파를 활용하기 때문이다 밀리미터파에 대응하는

RF 안테나 모듈 제조업체로는 미국 아노키웨이브 아나로그디바이스 맥스리니어 모반디 등

이 있다 이에 본 고에서는 상기에 언급된 주요업체들을 중심으로 5G향 부품개발 동향에 대

해서 상세히 살펴보고자 한다

II 주요 업체 동향

1 퀄컴

가 퀄컴의 5G NR(New Radio) 특징

(1) Scalable OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

퀄컴은 다년 간에 걸쳐 5G에 가장 적합한 통신방식에 대해 연구해 왔으며 그 중에서 CP-

OFDM(Cyclic Prefix OFDM)과 DFT(Discrete Fourier Transform)-Spread OFDM 이 5G EMBB(Enhanced

Mobile Broadband) 서비스에 가장 적합하다고 결론을 내렸다 현재 LTE 에서 사용되고 있는

OFDM 방식이 최대 20MHz의 밴드폭을 가지는 캐리어를 구성하는 서브캐리어가 고정된 15kHz

의 간격으로 떨어져 있는 반면 5G NR에서는 이 간격이 운용에 따라 달라진다 퀄컴에서는 2N

의 스케일링을 가지는 서브캐리어 간격을 도입함으로써 프로세스 복잡도가 광대역에서 불필

요하게 늘어나는 것을 막을 수 있었다 밴드폭에 따라서 서브캐리어의 간격이 비례해서 늘어

남으로써 밴드폭이 증가하더라도 프로세싱 복잡도는 증가하지 않음을 알 수 있다

(2) Flexible Self-contained Slot Structure

퀄컴은 5G의 슬롯구조로 Flexible Self-contained Slot을 채택하고 있다 이 구조는 네트워크

운용자가 동일한 주파수 내에서 효율적이고 가변적인 주파수 운용을 하게 해 주는 장점이 있

으며 UpDown 로딩 시에 빠른 전환이 가능하게 할 뿐만 아니라 스케줄링 데이터 인식이

동일한 슬롯에서 일어나기 때문에 지연을 최소화 할 수 있다 또한 모듈러 방식을 적용해서

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

4

Massive MIMO 등의 다양한 응용에 적응이 가능한 장점을 가지고 있다

(3) Advanced ME-LDPC

5G NR 서비스를 위해서는 강건하고 가변적인 성능이 가능한 효율적인 채널코딩을 가지는

물리계층 디자인이 필수적이다 기존의 3G4G에서는 터보코드가 사용되었으나 5G NR의 목적

성을 위해서는 다른 종류의 코딩이 필요하다 그래서 5G를 위해 대두된 것이 LDPC(Low Density

Parity Check) 코드이다 퀄컴은 기존의 LDPC보다 높은 스루풋(Throughput)의 복잡한 환경에서

도 장점을 발휘하는 ME-LDPC(Multi Edge LDPC)를 제안하고 있다 이 새로운 코드를 통해 기

존 터보코드 대비 최대 6배 이상의 스루풋을 달성했다

(4) Massive MIMO

5G에서는 데이터 용량 증대와 커버리지 이슈가 있다 이를 위해서 다중의 안테나를 이용

하여 빔스티어링을 효율적으로 해야 한다 이는 곧 주파수 활용의 효율성 증대를 의미한다

적재적소에서 사용자의 데이터 이용을 간파하고 데이터량에 따라서 스마트하게 빔포밍을 해

야만 이런 효율성을 얻을 수 있고 이를 위해 안테나 부품 및 이와 연계된 컨트롤은 지능적

으로 수행되어야 한다 Multi-user Massive MIMO는 퀄컴 뿐만 아니라 5G를 준비하는 부품 및

시스템 그리고 서비스 업체 모두에게 절실한 기술적 이슈이다 특히 단말에서는 이러한 안

테나 부품이 초소형으로 기능해야 하는 난제가 있다 퀄컴은 2D 안테나 어레이를 이용해서

3D 빔포밍을 하는 기술을 발표했으며 이를 통해서 서브 6GHz 대역에서 커버리지와 캐패시

티를 동시에 늘릴 수 있음을 보여주었다 4times4 MIMO를 35GHz 대역에서 운용하여 최대 38배

이상의 스루풋을 달성하였다

(5) Mobile mmWave

5G에서는 24GHz 이상의 밀리미터파 대역을 새로운 주파수 대역으로 사용한다 밀리미터파

대역은 서브 6GHz 대비 커버리지에서는 열위를 보이나 광대역폭 확보를 통해 고용량 데이터

전송을 가능하게 해 준다 퀄컴은 2017년 MWC(Mobile World Congress)에서 밀리미터파 대역에

서 1세대 5G 밀리미터파 시험 시스템을 시연했다 프로토타입 시스템과 실제 무선 구간 시험

은 미국 뉴저지에 위치한 퀄컴 연구소에 구축한 5G 밀리미터파 시범망을 이용하여 진행되었

다 이 시연에서 퀄컴은 5G NR 적응형 빔포밍(Beamforming)과 빔트래킹(Beam Tracking) 기술을

보여주었으며 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시에 지원하는 세계 최초의 5G 모뎀 X50과 RFIC

기획시리즈-5G

5 정보통신기술진흥센터

를 발표했다

나 퀄컴의 5G NR 서비스 및 부품 동향

퀄컴은 2017년 12월 ATampT 차이나 모바일 NTT 도코모 SK텔레콤 텔스트라(Telstra) 및

보다폰(Vodafone)과 함께 5G NR 시험 계획을 발표했다 이 시험은 33~50GHz 대역과 28GHz

및 39GHz 밀리미터파(mmWave) 대역에서 5G NR 기술의 동작을 확인하는 것을 주요 목표로

하였다 또한 퀄컴은 스냅드래곤 X50 모뎀을 발표했으며 X50 5G 제품군은 새로운 멀티 모

드 2G3G4G5G 모뎀을 채용하여 글로벌 5G NR 표준(6GHz 이하 및 멀티밴드 mmWave)과 기

가비트 LTE를 하나의 칩으로 구현한 것으로 NSA와 SA 모두를 지원한다[3]

또한 퀄컴은 2017 년 9 월 샌프란시스코에서 열린 MWCA(Mobile World Congress America)

에서 5G NR의 연구결과들을 발표 및 시연했다 그 결과 시내의 10km2 범위 내에서 65의 다

운링크 커버리지를 보여주었고 기존의 LTE 인프라를 함께 사용하여 도심 1km2 범위 내에서

더 향상된 커버리지(gt80)가 가능함을 보여주었다 뿐만 아니라 고주파대역의 넓은 대역폭

덕분에 기지국에서 먼 Cell Edges에서도 최고 100Mbps 이상까지 속도를 낼 수 있다는 점을 확

인할 수 있었다 이 시연은 3GPP 5G NR Rel 15 기반이며 최신 채널 코딩으로 800MHz 대역

폭에서 5Gbps의 다운로드 속도를 보여주었다 시연은 8개의 RF 프론트엔드를 4개의 지역에

두고 실재 스마트폰의 폼펙터를 차용한 사용단말을 기지국과 연동하여 테스트하였다

퀄컴은 2017년 10월에 세계 최초로 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시 지원하는 멀티밴드

멀티모드 5G NR 향 모뎀인 X50과 RFIC인 SDR051을 발표했다 이 제품군은 28GHz 밀리미터

파 대역에서 8times100MHz CA(Carrier Aggregation)를 통해 800MHz 대역폭을 지원하며 Adaptive

(a) X50 (b) 28GHz Antenna Array (c) 28GHz 사용자 단말

lt자료gt Qualcomm

[그림 1] 퀄컴의 세계 최초 5G NR향 모뎀 및 단말

주간기술동향 2018 3 28

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6

Beamforming 및 Beam Tracking이 가능한 MIMO 기능이 기본적으로 탑재되어 있다 X50은 기

존의 LTE 모뎀과 결합되어 2G3G4G5G를 모두 커버할 수 있다 SDR051은 밀리미터파 대역

에서 동작하는 RFIC로 기본적으로 적응형 빔포밍과 Antenna Switch Diversity 기능을 제공하고

있다[4] [그림 1]에 퀄컴의 X50 모뎀 및 28GHz 밀리미터파 모듈을 도시하였다

2 삼성

가 삼성의 5G NR 서비스 동향

삼성전자는 2017년 2월 MWC 2017에서 세계 최초로 차세대 5G 통신 상용제품 풀 라인

업을 공개했다 이 자리에서 삼성전자는 5G 서비스를 위한 소비자용 단말(Home Router CPE)

기지국(5G Radio Base Station) 차세대 코어 네트워크(Next Generation Core) 장비를 선보였다

칩셋부터 단말 네트워크까지 5G 상용제품 풀 라인업의 세계 최초 공개이다 5G 기지국은

28GHz 대역을 활용하여 최대 10Gbp의 데이터를 단말에 전송할 수 있다 삼성전자는 5G 네트

워크의 리소스 관리 실시간 데이터 트래픽 분산처리 등을 담당하는 차세대 네트워크 코어장

비(NG-Core)도 공개했다 이 장비는 소프트웨어 기반의 가상화 기술을 활용하여 유연한 네트

워크 자원관리 실시간 트래픽 분산처리가 가능하고 높은 확장성을 가지고 있다 특히 2018

년부터 본격 상용화될 것으로 예상되는 5G 고정식 무선통신 서비스(Fixed Wirelss Access) 사

물인터넷(Internet of Things) 커넥티드카(Connected Car) 등 다양한 5G 서비스를 지원할 수 있

는 유연한 구조로 설계된 것이 특징이다

한편 삼성전자는 2018년 1월에 버라이즌과 5G 기술을 활용한 고정형 무선 액세스(Fixed

Wireless Access FWA) 서비스 통신장비 공급 계약을 체결하였다 5G FWA는 유선 대신 무선

으로 각 가정에 초고속 통신 서비스를 제공하는 기술이다 인터넷 TV(IPTV)와 초고속인터넷

서비스를 유선 케이블 대신 5G 전파로 제공하는 방식이다 이번 계약 체결로 삼성전자는 첫

상용 서비스 예정 도시인 새크라멘토에 버라이즌 자체 통신 규격인 5G TF(Technology Forum)

기반의 통신장비 가정용 단말기(CPE) 네트워크 설계 서비스를 공급하게 된다 버라이즌은

앞으로 5G FWA 서비스 범위를 미국 전역 3000만 가구로 확대할 계획이다 또한 삼성전자는

2017년에 미국의 T모바일과 아웃도어 환경에서 28GHz 대역에서의 빔스티어링을 검증하였다

이 시연에서도 삼성전자가 개발한 안테나 전력증폭기 RFIC가 기지국과 라디오 액세스단에

사용되었다 2017년 12월 삼성전자는 또한 일본의 KDDI와 도쿄에서 100kmh의 속도로 달리

기획시리즈-5G

7 정보통신기술진흥센터

는 기차에서 5G 시험운용을 통해 최대 17Gbps의 데이터 전송속도를 확보했다 이 테스트에

는 삼성전자의 5G Router 5G Radio Access Unit 가상 RAN 가상 코어 등이 사용되었다 시연

에서 8K의 초고화질 영상이 끊김 없이 전송됨을 확인할 수 있었다 KDDI는 도쿄 올림픽이 열

리는 2020년 전까지 5G 서비스를 상용화할 계획을 가지고 있다

삼성전자는 2017년 9월에 SKT와 26GHz 4G LTE 28GHz 35GHz 5G 사이의 연동을 세계

최초로 성공했다 삼성전자와 SK텔레콤은 서울 을지로에 각각 다른 주파수 대역을 지원하는

4G 5G 통신 기지국과 차세대 가상화 코어 네트워크를 구축하고 4G와 5G를 동시에 지원하

는 통합 단말기를 차량에 설치하여 주행 중에도 기지국과 단말 사이에 끊김 없는 통신 서비

스가 가능함을 보여주었다 주행 중인 차량과 SK텔레콤 본사 회의실 사이에서 360도 가상현

실 라이브 스트리밍을 시연했으며 실제 차량에서 4G와 5G 통신 기술과 주파수 대역이 변경

되어도 선명하고 깨끗한 스트리밍이 가능했다 이번 시연 성공으로 5G 기술 상용화에 필수적

인 이종기술middot주파수 대역 간의 연동(Multi-RAT Interworking)이 실제 네트워크에 적용 가능함

을 확인했다

나 삼성의 5G NR 지원 부품 개발 동향

삼성전자는 2017년 3GPP가 정의한 Rel 15에 부합하는 엑시노스 5G 모뎀 칩을 발표했다

엑시노스 5G는 6GHz 이하 주파수 대역은 물론 28GHz와 39GHz 등 이른바 밀리미터파 대역을

동시에 지원하며 2G3G4G LTE 등에도 대응된다 이 칩은 28GHz 이상 고주파 대역에서

100GHz 대역 8개를 주파수 집성(CA) 기술로 묶어 최대 800MHz를 사용할 수 있어 이론상 최

대 다운로드 속도가 5Gbps에 이른다 이는 현재 서비스되고 있는 LTE(500Mbps 다운로드 속

도)보다 10배 빠른 것이고 현존 최고 사양 LTE 모뎀 칩(1~12Gbps 다운로드 속도)과 비교해

도 최대 5배 빠른 속도이다 삼성전자는 또한 2017년 2월에 상용화에 가까운 5G향 28GHz

RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)를 발표했다 이 RFIC는 상용화를 목표로 저가 고효율

초소형의 특징을 가지고 있으며 2016년 6월에 개발한 고이득 고효율 전력 증폭기와 연동

되어 넓은 커버리지를 갖고 있다 또한 이 RFIC는 송수신 특성이 크게 개선되었는데 이는 IC

의 노이즈 특성의 개선을 통한 감도 향상이 주된 이유로 보인다 해당 RFIC는 16개의 저손

실 안테나 어레이와 연동되어 동작하는 것으로 알려져 있으며 최대 20Gbps의 통신 속도를

지원한다

주간기술동향 2018 3 28

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8

3 인텔

가 인텔의 5G NR 표준화 및 서비스 동향

인텔은 2017년 12월 3GPP NSA 5G NR 표준제정에서 코딩 오류 수정 변조(Modulation) 공

간 서브 채널화(Spatial Sub-channelization) 빔포밍 레퍼런스 심볼 설계(Reference Symbol Designs)

무선 링크 적응 등에 안건들을 상정했다 또한 Ericsson Nokia ATampT KT NTT Docomo Verizon

등의 업체에 상호 운용성을 테스트하는데 필요한 플랫폼을 제공했으며 고성능 FPGA(Field

Programmable Gate Array) 및 코어 프로세서를 탑재한 플랫폼은 2018년 6월 Rel 15에서 보

류중인 SA 표준을 알려주는 핵심 역할을 할 것으로 기대된다 또한 인텔은 서브 6GHz 및 밀

리미터파를 지원하는 5G RFIC와 함께 28GHz 및 39GHz 대역에서 이 플랫폼을 사용하여 여러

NSA 5G NR 시험을 실시했다 인텔은 이 실험결과를 바탕으로 NSASA 5G NR 멀티 모드 모뎀

인 인텔 XMM 8000 시리즈의 상용화 버전을 2019년에 출시할 예정이다

한편 인텔은 2018년 2월에 개최되는 평창올림픽에 3GPP 5G NR 규격을 만족하는 자사의

MTP(Mobile Trial Platform)를 KT에 제공했으며 이 플랫폼에는 앞서 언급한대로 인텔의 FPGA 회

로와 코어 i7 프로세스가 탑재되어 있다 현재 이 MTP는 600~900MHz 33~42GHz 44~49GHz

51~59GHz 28GHz 및 39GHz를 지원하는 것으로 알려져 있다 인텔은 이 기술을 접목하여 2018

평창동계올림픽에서 가상현실 드론 자율주행자동차 등 5G 이동통신에 기반한 다양한 신기

술을 선보였다 특히 1218대의 드론이 군집비행을 하면서 오륜기 및 스키어 형상을 보여주

었으며 이러한 군집제어 또한 5G의 초고속 고용량 데이터 전송 저지연 전송 기술들에 기반

한 것이다[2]

나 인텔의 5G NR 지원 부품 개발 동향

인텔은 2017 년 2 월에 멀티모드 멀티밴드 지원 5G 향 모뎀인 XMM 8060 을 발표했다 이

모뎀은 3GPP 5G NR NSA 및 SA를 지원하며 밀리미터파와 서브 6GHz 밴드를 커버한다 또한

기존의 2G 3G 4G 레거시 모드도 지원하는 것으로 알려져 있다 이 제품은 또한 Massive

MIMO Beamforming Advanced Channel Coding 기능이 탑재되어 최대 5Gbps의 전송속도와 1ms

이하의 저지연을 구현한다 한편 애플은 5G향 아이폰에 기존의 퀄컴 모뎀 대신 인텔의 XMM

8060을 채택하는 것을 긍정적으로 검토하고 있다고 2017년 11월에 밝혔다 인텔은 궁극적으

로 이 제품에 28GHz 5G RFIC를 통합할 계획이다

기획시리즈-5G

9 정보통신기술진흥센터

인텔은 2017년 7월에 앞서 언급한 5G향 MTP(Mobile Trial Platform)를 발표했다 이 플랫폼

은 최대 10Gbps의 속도에 대응이 가능하며 여러 통신 환경에서의 난제를 해결하기 위한 알

고리즘을 검증하는데 최적의 솔루션을 제공한다 이 플랫폼은 서브 6GHz 밀리미터파 대역을

커버하고 4times4 MIMO 기능을 수행할 수 있으며 아톰과 제논 프로세스가 탑재되어 최적의 성

능을 보장한다 특히 이 중에서 Atom C3000 Processor는 5G향에 최적으로 설계된 것으로

4times10Gbps Ethernet 지원 초저전력 가상화 지원 Seamless Reuse 기능 등을 탑재하고 있다

4 IBM amp Ericsson

가 에릭슨의 5G NR 서비스 동향

에릭슨은 2017년 Massive MIMO와 Multi-user MIMO를 지원하는 3GPP 5G NR 규격의 AIR

6468을 발표했다 이 제품은 64개의 TX 및 RX Antenna 어레이로 구성되어 있다 스마트 빔포

밍은 클라우드 RAN 아키텍처를 도입함으로써 가능하며 5G NR 뿐만 아니라 기존의 4G LTE

에도 대응이 가능하다 에릭슨은 자사의 AIR 6468이 최초의 5G NR향 Massive MIMO를 지원

하며 광대역 특성 LTE와 5G NR을 동시에 지원하는 호환성을 가지고 있고 강력한 SW기반

의 신호분석기 등이 내장되어 경쟁사 대비 우수한 특징을 보인다고 밝혔다

에릭슨은 2016년 호주의 텔스트라와 5G 시연에서 18~22Gbps의 전송속도를 확보했다 이

시연에는 에릭슨의 5G Radio Testbed가 사용되었으며 실재 야외 환경에서 5G를 시연한 최초

의 사례이다 20Gbps에 육박하는 초고속 데이터의 전송은 에릭슨의 독자적인 Massive MIMO

및 Multi-user MIMO 알고리즘 및 하드웨어로 인해 가능했다 또한 에릭슨은 2017년 2월 BMW

및 SKT와 170kmh의 이동속도에서 28GHz 밀리미터파 대역에서의 5G 신호 전송 시연을 통해

36Gbps의 전송속도를 달성했다 또한 에릭슨은 2017년 3월 서울 강남의 도심 밀집지역에

lt자료gt Samsung lt자료gt Intel

[그림 2] 삼성전자의 5G 지원 제품 Full Line-up [그림 3] 인텔의 5G향 모뎀 XMM 8060

5G RRC and ASIC modems

chipsets

5G Home router (CPS)

5G Radio base station (AU)

Next Generation

core

주간기술동향 2018 3 28

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서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

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이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

주간기술동향 2018 3 28

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

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따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

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로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

26

로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

주간기술동향 2016 3 9

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2

1839호

기획시리즈 2

5G 단말 및 부품 동향

[안광호전자부품연구원]

Ⅰ 개요

Ⅱ 주요 업체 동향

Ⅲ 결론 및 시사점

ICT 신기술 16

에너지 컴퍼니 테슬라

[이승훈가천대학교]

Ⅰ 서론

Ⅱ 배터리의 진화

Ⅲ 에너지 컴퍼니 테슬라

Ⅳ 기가팩토리

Ⅴ 결론 및 시사점

최신 ICT 이슈 29

Ⅰ 2020년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들

Ⅱ 마그네슘 합금 향후 10년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단

Ⅲ IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

주간기술동향 2018 3 28

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2

세계 각국과 이동통신 관련 기업은 5G라는 새로운 신 시장에서 기회를 선점하기 위해 사활을 걸

고 있다 2020년 상용화를 목표로 ldquo표준 서비스 시스템 부품rdquo이 유기적으로 결합하면서 상용화

목표를 맞추기 위한 노력을 경주하고 있다 특히 우리나라의 경우 2018년 평창동계올림픽에서

5G 자체 표준을 기반으로 서비스를 함으로써 관련 서비스와 표준 그리고 시장 선점을 위한 교

두보를 확보했으며 ldquo삼성 퀄컴 인텔 KT SKT Ericssonrdquo 등의 글로벌 기업들은 각자의 기술력

을 홍보함과 동시에 필드에서 선(先)검증을 통해 2020년 상용화에서 우위를 차지하려 하고 있다

이러한 가운데 2020년 도쿄올림픽을 앞두고 있는 일본도 5G 상용화 기술을 올림픽을 통해 선보

일 계획이며 이를 통해 새로운 통신강국으로 등극하고자 하는 야심을 드러내고 있다 민감한 이

시점에서 본 고에서는 5G 서비스를 위한 부품 동향과 우리의 현재 위치와 분발해야 할 점은 무

엇인지를 함께 살펴보고자 한다

안광호

전자부품연구원 수석

I 개요

새로운 통신규격과 표준이 세상에 등장할 준비를 하고 있다 이름하여 5G이다 이는 통신

시장의 새로운 기회를 의미한다 5G라는 새로운 통신은 새로운 표준 서비스 시스템 단말 및

부품의 개발을 전제로 한다 그 중에서도 시장을 이끄는 핵심은 단말 및 부품이다 그런 의미

에서 이동통신 부품 중에서도 중요도가 높은 모뎀 및 RF 부품을 살펴보면 5G 기지국 및 단

말 핵심 부품인 모뎀칩 시장 경쟁은 치열하다 5G 모뎀칩은 6GHz 이하 대역과 밀리미터파

(24~100GHz)를 모두 지원하는 제품부터 6GHz 이하 대역만 지원하는 제품군으로 나뉜다 고주

파 대역인 밀리미터파는 대역폭이 넓어 통신 속도가 빠른 대신 전파 파장이 짧아 도달거리가

짧고 장애물 영향을 받기 쉽다 이런 단점을 없애려면 안테나 등 통신 부품 성능을 전반적으

로 높여야 한다 반면에 6GHz 이하 대역 기술은 이미 4G LTE 서비스에서 활용되어 왔기 때

5G 단말 및 부품 업체 동향

본 내용은 안광호 수석( 031-789-7225 khajohketirekr)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

기획시리즈-5G

3 정보통신기술진흥센터

문에 다소 쉽게 개발할 수 있다 퀄컴의 독무대였던 초기 4G LTE 때와 달리 많은 업체가 5G

모뎀칩 개발에 뛰어들었다 미국 퀄컴과 인텔 한국 삼성전자 중국 하이실리콘이 밀리미터파

와 6GHz 이하 주파수를 모두 지원하는 모뎀칩을 개발하고 있다 5G 모뎀칩과 함께 붙는 무

선주파수(RF) 안테나 모듈은 소형화 저전력화 성능 확보 등 개발 도전 과제가 산적해 있는

데 이는 전파 파장이 짧은 고주파 밀리미터파를 활용하기 때문이다 밀리미터파에 대응하는

RF 안테나 모듈 제조업체로는 미국 아노키웨이브 아나로그디바이스 맥스리니어 모반디 등

이 있다 이에 본 고에서는 상기에 언급된 주요업체들을 중심으로 5G향 부품개발 동향에 대

해서 상세히 살펴보고자 한다

II 주요 업체 동향

1 퀄컴

가 퀄컴의 5G NR(New Radio) 특징

(1) Scalable OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

퀄컴은 다년 간에 걸쳐 5G에 가장 적합한 통신방식에 대해 연구해 왔으며 그 중에서 CP-

OFDM(Cyclic Prefix OFDM)과 DFT(Discrete Fourier Transform)-Spread OFDM 이 5G EMBB(Enhanced

Mobile Broadband) 서비스에 가장 적합하다고 결론을 내렸다 현재 LTE 에서 사용되고 있는

OFDM 방식이 최대 20MHz의 밴드폭을 가지는 캐리어를 구성하는 서브캐리어가 고정된 15kHz

의 간격으로 떨어져 있는 반면 5G NR에서는 이 간격이 운용에 따라 달라진다 퀄컴에서는 2N

의 스케일링을 가지는 서브캐리어 간격을 도입함으로써 프로세스 복잡도가 광대역에서 불필

요하게 늘어나는 것을 막을 수 있었다 밴드폭에 따라서 서브캐리어의 간격이 비례해서 늘어

남으로써 밴드폭이 증가하더라도 프로세싱 복잡도는 증가하지 않음을 알 수 있다

(2) Flexible Self-contained Slot Structure

퀄컴은 5G의 슬롯구조로 Flexible Self-contained Slot을 채택하고 있다 이 구조는 네트워크

운용자가 동일한 주파수 내에서 효율적이고 가변적인 주파수 운용을 하게 해 주는 장점이 있

으며 UpDown 로딩 시에 빠른 전환이 가능하게 할 뿐만 아니라 스케줄링 데이터 인식이

동일한 슬롯에서 일어나기 때문에 지연을 최소화 할 수 있다 또한 모듈러 방식을 적용해서

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

4

Massive MIMO 등의 다양한 응용에 적응이 가능한 장점을 가지고 있다

(3) Advanced ME-LDPC

5G NR 서비스를 위해서는 강건하고 가변적인 성능이 가능한 효율적인 채널코딩을 가지는

물리계층 디자인이 필수적이다 기존의 3G4G에서는 터보코드가 사용되었으나 5G NR의 목적

성을 위해서는 다른 종류의 코딩이 필요하다 그래서 5G를 위해 대두된 것이 LDPC(Low Density

Parity Check) 코드이다 퀄컴은 기존의 LDPC보다 높은 스루풋(Throughput)의 복잡한 환경에서

도 장점을 발휘하는 ME-LDPC(Multi Edge LDPC)를 제안하고 있다 이 새로운 코드를 통해 기

존 터보코드 대비 최대 6배 이상의 스루풋을 달성했다

(4) Massive MIMO

5G에서는 데이터 용량 증대와 커버리지 이슈가 있다 이를 위해서 다중의 안테나를 이용

하여 빔스티어링을 효율적으로 해야 한다 이는 곧 주파수 활용의 효율성 증대를 의미한다

적재적소에서 사용자의 데이터 이용을 간파하고 데이터량에 따라서 스마트하게 빔포밍을 해

야만 이런 효율성을 얻을 수 있고 이를 위해 안테나 부품 및 이와 연계된 컨트롤은 지능적

으로 수행되어야 한다 Multi-user Massive MIMO는 퀄컴 뿐만 아니라 5G를 준비하는 부품 및

시스템 그리고 서비스 업체 모두에게 절실한 기술적 이슈이다 특히 단말에서는 이러한 안

테나 부품이 초소형으로 기능해야 하는 난제가 있다 퀄컴은 2D 안테나 어레이를 이용해서

3D 빔포밍을 하는 기술을 발표했으며 이를 통해서 서브 6GHz 대역에서 커버리지와 캐패시

티를 동시에 늘릴 수 있음을 보여주었다 4times4 MIMO를 35GHz 대역에서 운용하여 최대 38배

이상의 스루풋을 달성하였다

(5) Mobile mmWave

5G에서는 24GHz 이상의 밀리미터파 대역을 새로운 주파수 대역으로 사용한다 밀리미터파

대역은 서브 6GHz 대비 커버리지에서는 열위를 보이나 광대역폭 확보를 통해 고용량 데이터

전송을 가능하게 해 준다 퀄컴은 2017년 MWC(Mobile World Congress)에서 밀리미터파 대역에

서 1세대 5G 밀리미터파 시험 시스템을 시연했다 프로토타입 시스템과 실제 무선 구간 시험

은 미국 뉴저지에 위치한 퀄컴 연구소에 구축한 5G 밀리미터파 시범망을 이용하여 진행되었

다 이 시연에서 퀄컴은 5G NR 적응형 빔포밍(Beamforming)과 빔트래킹(Beam Tracking) 기술을

보여주었으며 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시에 지원하는 세계 최초의 5G 모뎀 X50과 RFIC

기획시리즈-5G

5 정보통신기술진흥센터

를 발표했다

나 퀄컴의 5G NR 서비스 및 부품 동향

퀄컴은 2017년 12월 ATampT 차이나 모바일 NTT 도코모 SK텔레콤 텔스트라(Telstra) 및

보다폰(Vodafone)과 함께 5G NR 시험 계획을 발표했다 이 시험은 33~50GHz 대역과 28GHz

및 39GHz 밀리미터파(mmWave) 대역에서 5G NR 기술의 동작을 확인하는 것을 주요 목표로

하였다 또한 퀄컴은 스냅드래곤 X50 모뎀을 발표했으며 X50 5G 제품군은 새로운 멀티 모

드 2G3G4G5G 모뎀을 채용하여 글로벌 5G NR 표준(6GHz 이하 및 멀티밴드 mmWave)과 기

가비트 LTE를 하나의 칩으로 구현한 것으로 NSA와 SA 모두를 지원한다[3]

또한 퀄컴은 2017 년 9 월 샌프란시스코에서 열린 MWCA(Mobile World Congress America)

에서 5G NR의 연구결과들을 발표 및 시연했다 그 결과 시내의 10km2 범위 내에서 65의 다

운링크 커버리지를 보여주었고 기존의 LTE 인프라를 함께 사용하여 도심 1km2 범위 내에서

더 향상된 커버리지(gt80)가 가능함을 보여주었다 뿐만 아니라 고주파대역의 넓은 대역폭

덕분에 기지국에서 먼 Cell Edges에서도 최고 100Mbps 이상까지 속도를 낼 수 있다는 점을 확

인할 수 있었다 이 시연은 3GPP 5G NR Rel 15 기반이며 최신 채널 코딩으로 800MHz 대역

폭에서 5Gbps의 다운로드 속도를 보여주었다 시연은 8개의 RF 프론트엔드를 4개의 지역에

두고 실재 스마트폰의 폼펙터를 차용한 사용단말을 기지국과 연동하여 테스트하였다

퀄컴은 2017년 10월에 세계 최초로 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시 지원하는 멀티밴드

멀티모드 5G NR 향 모뎀인 X50과 RFIC인 SDR051을 발표했다 이 제품군은 28GHz 밀리미터

파 대역에서 8times100MHz CA(Carrier Aggregation)를 통해 800MHz 대역폭을 지원하며 Adaptive

(a) X50 (b) 28GHz Antenna Array (c) 28GHz 사용자 단말

lt자료gt Qualcomm

[그림 1] 퀄컴의 세계 최초 5G NR향 모뎀 및 단말

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

6

Beamforming 및 Beam Tracking이 가능한 MIMO 기능이 기본적으로 탑재되어 있다 X50은 기

존의 LTE 모뎀과 결합되어 2G3G4G5G를 모두 커버할 수 있다 SDR051은 밀리미터파 대역

에서 동작하는 RFIC로 기본적으로 적응형 빔포밍과 Antenna Switch Diversity 기능을 제공하고

있다[4] [그림 1]에 퀄컴의 X50 모뎀 및 28GHz 밀리미터파 모듈을 도시하였다

2 삼성

가 삼성의 5G NR 서비스 동향

삼성전자는 2017년 2월 MWC 2017에서 세계 최초로 차세대 5G 통신 상용제품 풀 라인

업을 공개했다 이 자리에서 삼성전자는 5G 서비스를 위한 소비자용 단말(Home Router CPE)

기지국(5G Radio Base Station) 차세대 코어 네트워크(Next Generation Core) 장비를 선보였다

칩셋부터 단말 네트워크까지 5G 상용제품 풀 라인업의 세계 최초 공개이다 5G 기지국은

28GHz 대역을 활용하여 최대 10Gbp의 데이터를 단말에 전송할 수 있다 삼성전자는 5G 네트

워크의 리소스 관리 실시간 데이터 트래픽 분산처리 등을 담당하는 차세대 네트워크 코어장

비(NG-Core)도 공개했다 이 장비는 소프트웨어 기반의 가상화 기술을 활용하여 유연한 네트

워크 자원관리 실시간 트래픽 분산처리가 가능하고 높은 확장성을 가지고 있다 특히 2018

년부터 본격 상용화될 것으로 예상되는 5G 고정식 무선통신 서비스(Fixed Wirelss Access) 사

물인터넷(Internet of Things) 커넥티드카(Connected Car) 등 다양한 5G 서비스를 지원할 수 있

는 유연한 구조로 설계된 것이 특징이다

한편 삼성전자는 2018년 1월에 버라이즌과 5G 기술을 활용한 고정형 무선 액세스(Fixed

Wireless Access FWA) 서비스 통신장비 공급 계약을 체결하였다 5G FWA는 유선 대신 무선

으로 각 가정에 초고속 통신 서비스를 제공하는 기술이다 인터넷 TV(IPTV)와 초고속인터넷

서비스를 유선 케이블 대신 5G 전파로 제공하는 방식이다 이번 계약 체결로 삼성전자는 첫

상용 서비스 예정 도시인 새크라멘토에 버라이즌 자체 통신 규격인 5G TF(Technology Forum)

기반의 통신장비 가정용 단말기(CPE) 네트워크 설계 서비스를 공급하게 된다 버라이즌은

앞으로 5G FWA 서비스 범위를 미국 전역 3000만 가구로 확대할 계획이다 또한 삼성전자는

2017년에 미국의 T모바일과 아웃도어 환경에서 28GHz 대역에서의 빔스티어링을 검증하였다

이 시연에서도 삼성전자가 개발한 안테나 전력증폭기 RFIC가 기지국과 라디오 액세스단에

사용되었다 2017년 12월 삼성전자는 또한 일본의 KDDI와 도쿄에서 100kmh의 속도로 달리

기획시리즈-5G

7 정보통신기술진흥센터

는 기차에서 5G 시험운용을 통해 최대 17Gbps의 데이터 전송속도를 확보했다 이 테스트에

는 삼성전자의 5G Router 5G Radio Access Unit 가상 RAN 가상 코어 등이 사용되었다 시연

에서 8K의 초고화질 영상이 끊김 없이 전송됨을 확인할 수 있었다 KDDI는 도쿄 올림픽이 열

리는 2020년 전까지 5G 서비스를 상용화할 계획을 가지고 있다

삼성전자는 2017년 9월에 SKT와 26GHz 4G LTE 28GHz 35GHz 5G 사이의 연동을 세계

최초로 성공했다 삼성전자와 SK텔레콤은 서울 을지로에 각각 다른 주파수 대역을 지원하는

4G 5G 통신 기지국과 차세대 가상화 코어 네트워크를 구축하고 4G와 5G를 동시에 지원하

는 통합 단말기를 차량에 설치하여 주행 중에도 기지국과 단말 사이에 끊김 없는 통신 서비

스가 가능함을 보여주었다 주행 중인 차량과 SK텔레콤 본사 회의실 사이에서 360도 가상현

실 라이브 스트리밍을 시연했으며 실제 차량에서 4G와 5G 통신 기술과 주파수 대역이 변경

되어도 선명하고 깨끗한 스트리밍이 가능했다 이번 시연 성공으로 5G 기술 상용화에 필수적

인 이종기술middot주파수 대역 간의 연동(Multi-RAT Interworking)이 실제 네트워크에 적용 가능함

을 확인했다

나 삼성의 5G NR 지원 부품 개발 동향

삼성전자는 2017년 3GPP가 정의한 Rel 15에 부합하는 엑시노스 5G 모뎀 칩을 발표했다

엑시노스 5G는 6GHz 이하 주파수 대역은 물론 28GHz와 39GHz 등 이른바 밀리미터파 대역을

동시에 지원하며 2G3G4G LTE 등에도 대응된다 이 칩은 28GHz 이상 고주파 대역에서

100GHz 대역 8개를 주파수 집성(CA) 기술로 묶어 최대 800MHz를 사용할 수 있어 이론상 최

대 다운로드 속도가 5Gbps에 이른다 이는 현재 서비스되고 있는 LTE(500Mbps 다운로드 속

도)보다 10배 빠른 것이고 현존 최고 사양 LTE 모뎀 칩(1~12Gbps 다운로드 속도)과 비교해

도 최대 5배 빠른 속도이다 삼성전자는 또한 2017년 2월에 상용화에 가까운 5G향 28GHz

RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)를 발표했다 이 RFIC는 상용화를 목표로 저가 고효율

초소형의 특징을 가지고 있으며 2016년 6월에 개발한 고이득 고효율 전력 증폭기와 연동

되어 넓은 커버리지를 갖고 있다 또한 이 RFIC는 송수신 특성이 크게 개선되었는데 이는 IC

의 노이즈 특성의 개선을 통한 감도 향상이 주된 이유로 보인다 해당 RFIC는 16개의 저손

실 안테나 어레이와 연동되어 동작하는 것으로 알려져 있으며 최대 20Gbps의 통신 속도를

지원한다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

8

3 인텔

가 인텔의 5G NR 표준화 및 서비스 동향

인텔은 2017년 12월 3GPP NSA 5G NR 표준제정에서 코딩 오류 수정 변조(Modulation) 공

간 서브 채널화(Spatial Sub-channelization) 빔포밍 레퍼런스 심볼 설계(Reference Symbol Designs)

무선 링크 적응 등에 안건들을 상정했다 또한 Ericsson Nokia ATampT KT NTT Docomo Verizon

등의 업체에 상호 운용성을 테스트하는데 필요한 플랫폼을 제공했으며 고성능 FPGA(Field

Programmable Gate Array) 및 코어 프로세서를 탑재한 플랫폼은 2018년 6월 Rel 15에서 보

류중인 SA 표준을 알려주는 핵심 역할을 할 것으로 기대된다 또한 인텔은 서브 6GHz 및 밀

리미터파를 지원하는 5G RFIC와 함께 28GHz 및 39GHz 대역에서 이 플랫폼을 사용하여 여러

NSA 5G NR 시험을 실시했다 인텔은 이 실험결과를 바탕으로 NSASA 5G NR 멀티 모드 모뎀

인 인텔 XMM 8000 시리즈의 상용화 버전을 2019년에 출시할 예정이다

한편 인텔은 2018년 2월에 개최되는 평창올림픽에 3GPP 5G NR 규격을 만족하는 자사의

MTP(Mobile Trial Platform)를 KT에 제공했으며 이 플랫폼에는 앞서 언급한대로 인텔의 FPGA 회

로와 코어 i7 프로세스가 탑재되어 있다 현재 이 MTP는 600~900MHz 33~42GHz 44~49GHz

51~59GHz 28GHz 및 39GHz를 지원하는 것으로 알려져 있다 인텔은 이 기술을 접목하여 2018

평창동계올림픽에서 가상현실 드론 자율주행자동차 등 5G 이동통신에 기반한 다양한 신기

술을 선보였다 특히 1218대의 드론이 군집비행을 하면서 오륜기 및 스키어 형상을 보여주

었으며 이러한 군집제어 또한 5G의 초고속 고용량 데이터 전송 저지연 전송 기술들에 기반

한 것이다[2]

나 인텔의 5G NR 지원 부품 개발 동향

인텔은 2017 년 2 월에 멀티모드 멀티밴드 지원 5G 향 모뎀인 XMM 8060 을 발표했다 이

모뎀은 3GPP 5G NR NSA 및 SA를 지원하며 밀리미터파와 서브 6GHz 밴드를 커버한다 또한

기존의 2G 3G 4G 레거시 모드도 지원하는 것으로 알려져 있다 이 제품은 또한 Massive

MIMO Beamforming Advanced Channel Coding 기능이 탑재되어 최대 5Gbps의 전송속도와 1ms

이하의 저지연을 구현한다 한편 애플은 5G향 아이폰에 기존의 퀄컴 모뎀 대신 인텔의 XMM

8060을 채택하는 것을 긍정적으로 검토하고 있다고 2017년 11월에 밝혔다 인텔은 궁극적으

로 이 제품에 28GHz 5G RFIC를 통합할 계획이다

기획시리즈-5G

9 정보통신기술진흥센터

인텔은 2017년 7월에 앞서 언급한 5G향 MTP(Mobile Trial Platform)를 발표했다 이 플랫폼

은 최대 10Gbps의 속도에 대응이 가능하며 여러 통신 환경에서의 난제를 해결하기 위한 알

고리즘을 검증하는데 최적의 솔루션을 제공한다 이 플랫폼은 서브 6GHz 밀리미터파 대역을

커버하고 4times4 MIMO 기능을 수행할 수 있으며 아톰과 제논 프로세스가 탑재되어 최적의 성

능을 보장한다 특히 이 중에서 Atom C3000 Processor는 5G향에 최적으로 설계된 것으로

4times10Gbps Ethernet 지원 초저전력 가상화 지원 Seamless Reuse 기능 등을 탑재하고 있다

4 IBM amp Ericsson

가 에릭슨의 5G NR 서비스 동향

에릭슨은 2017년 Massive MIMO와 Multi-user MIMO를 지원하는 3GPP 5G NR 규격의 AIR

6468을 발표했다 이 제품은 64개의 TX 및 RX Antenna 어레이로 구성되어 있다 스마트 빔포

밍은 클라우드 RAN 아키텍처를 도입함으로써 가능하며 5G NR 뿐만 아니라 기존의 4G LTE

에도 대응이 가능하다 에릭슨은 자사의 AIR 6468이 최초의 5G NR향 Massive MIMO를 지원

하며 광대역 특성 LTE와 5G NR을 동시에 지원하는 호환성을 가지고 있고 강력한 SW기반

의 신호분석기 등이 내장되어 경쟁사 대비 우수한 특징을 보인다고 밝혔다

에릭슨은 2016년 호주의 텔스트라와 5G 시연에서 18~22Gbps의 전송속도를 확보했다 이

시연에는 에릭슨의 5G Radio Testbed가 사용되었으며 실재 야외 환경에서 5G를 시연한 최초

의 사례이다 20Gbps에 육박하는 초고속 데이터의 전송은 에릭슨의 독자적인 Massive MIMO

및 Multi-user MIMO 알고리즘 및 하드웨어로 인해 가능했다 또한 에릭슨은 2017년 2월 BMW

및 SKT와 170kmh의 이동속도에서 28GHz 밀리미터파 대역에서의 5G 신호 전송 시연을 통해

36Gbps의 전송속도를 달성했다 또한 에릭슨은 2017년 3월 서울 강남의 도심 밀집지역에

lt자료gt Samsung lt자료gt Intel

[그림 2] 삼성전자의 5G 지원 제품 Full Line-up [그림 3] 인텔의 5G향 모뎀 XMM 8060

5G RRC and ASIC modems

chipsets

5G Home router (CPS)

5G Radio base station (AU)

Next Generation

core

주간기술동향 2018 3 28

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10

서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

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12

이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

주간기술동향 2018 3 28

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14

라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

주간기술동향 2018 3 28

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

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18

따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

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20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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세계 각국과 이동통신 관련 기업은 5G라는 새로운 신 시장에서 기회를 선점하기 위해 사활을 걸

고 있다 2020년 상용화를 목표로 ldquo표준 서비스 시스템 부품rdquo이 유기적으로 결합하면서 상용화

목표를 맞추기 위한 노력을 경주하고 있다 특히 우리나라의 경우 2018년 평창동계올림픽에서

5G 자체 표준을 기반으로 서비스를 함으로써 관련 서비스와 표준 그리고 시장 선점을 위한 교

두보를 확보했으며 ldquo삼성 퀄컴 인텔 KT SKT Ericssonrdquo 등의 글로벌 기업들은 각자의 기술력

을 홍보함과 동시에 필드에서 선(先)검증을 통해 2020년 상용화에서 우위를 차지하려 하고 있다

이러한 가운데 2020년 도쿄올림픽을 앞두고 있는 일본도 5G 상용화 기술을 올림픽을 통해 선보

일 계획이며 이를 통해 새로운 통신강국으로 등극하고자 하는 야심을 드러내고 있다 민감한 이

시점에서 본 고에서는 5G 서비스를 위한 부품 동향과 우리의 현재 위치와 분발해야 할 점은 무

엇인지를 함께 살펴보고자 한다

안광호

전자부품연구원 수석

I 개요

새로운 통신규격과 표준이 세상에 등장할 준비를 하고 있다 이름하여 5G이다 이는 통신

시장의 새로운 기회를 의미한다 5G라는 새로운 통신은 새로운 표준 서비스 시스템 단말 및

부품의 개발을 전제로 한다 그 중에서도 시장을 이끄는 핵심은 단말 및 부품이다 그런 의미

에서 이동통신 부품 중에서도 중요도가 높은 모뎀 및 RF 부품을 살펴보면 5G 기지국 및 단

말 핵심 부품인 모뎀칩 시장 경쟁은 치열하다 5G 모뎀칩은 6GHz 이하 대역과 밀리미터파

(24~100GHz)를 모두 지원하는 제품부터 6GHz 이하 대역만 지원하는 제품군으로 나뉜다 고주

파 대역인 밀리미터파는 대역폭이 넓어 통신 속도가 빠른 대신 전파 파장이 짧아 도달거리가

짧고 장애물 영향을 받기 쉽다 이런 단점을 없애려면 안테나 등 통신 부품 성능을 전반적으

로 높여야 한다 반면에 6GHz 이하 대역 기술은 이미 4G LTE 서비스에서 활용되어 왔기 때

5G 단말 및 부품 업체 동향

본 내용은 안광호 수석( 031-789-7225 khajohketirekr)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

기획시리즈-5G

3 정보통신기술진흥센터

문에 다소 쉽게 개발할 수 있다 퀄컴의 독무대였던 초기 4G LTE 때와 달리 많은 업체가 5G

모뎀칩 개발에 뛰어들었다 미국 퀄컴과 인텔 한국 삼성전자 중국 하이실리콘이 밀리미터파

와 6GHz 이하 주파수를 모두 지원하는 모뎀칩을 개발하고 있다 5G 모뎀칩과 함께 붙는 무

선주파수(RF) 안테나 모듈은 소형화 저전력화 성능 확보 등 개발 도전 과제가 산적해 있는

데 이는 전파 파장이 짧은 고주파 밀리미터파를 활용하기 때문이다 밀리미터파에 대응하는

RF 안테나 모듈 제조업체로는 미국 아노키웨이브 아나로그디바이스 맥스리니어 모반디 등

이 있다 이에 본 고에서는 상기에 언급된 주요업체들을 중심으로 5G향 부품개발 동향에 대

해서 상세히 살펴보고자 한다

II 주요 업체 동향

1 퀄컴

가 퀄컴의 5G NR(New Radio) 특징

(1) Scalable OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

퀄컴은 다년 간에 걸쳐 5G에 가장 적합한 통신방식에 대해 연구해 왔으며 그 중에서 CP-

OFDM(Cyclic Prefix OFDM)과 DFT(Discrete Fourier Transform)-Spread OFDM 이 5G EMBB(Enhanced

Mobile Broadband) 서비스에 가장 적합하다고 결론을 내렸다 현재 LTE 에서 사용되고 있는

OFDM 방식이 최대 20MHz의 밴드폭을 가지는 캐리어를 구성하는 서브캐리어가 고정된 15kHz

의 간격으로 떨어져 있는 반면 5G NR에서는 이 간격이 운용에 따라 달라진다 퀄컴에서는 2N

의 스케일링을 가지는 서브캐리어 간격을 도입함으로써 프로세스 복잡도가 광대역에서 불필

요하게 늘어나는 것을 막을 수 있었다 밴드폭에 따라서 서브캐리어의 간격이 비례해서 늘어

남으로써 밴드폭이 증가하더라도 프로세싱 복잡도는 증가하지 않음을 알 수 있다

(2) Flexible Self-contained Slot Structure

퀄컴은 5G의 슬롯구조로 Flexible Self-contained Slot을 채택하고 있다 이 구조는 네트워크

운용자가 동일한 주파수 내에서 효율적이고 가변적인 주파수 운용을 하게 해 주는 장점이 있

으며 UpDown 로딩 시에 빠른 전환이 가능하게 할 뿐만 아니라 스케줄링 데이터 인식이

동일한 슬롯에서 일어나기 때문에 지연을 최소화 할 수 있다 또한 모듈러 방식을 적용해서

주간기술동향 2018 3 28

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Massive MIMO 등의 다양한 응용에 적응이 가능한 장점을 가지고 있다

(3) Advanced ME-LDPC

5G NR 서비스를 위해서는 강건하고 가변적인 성능이 가능한 효율적인 채널코딩을 가지는

물리계층 디자인이 필수적이다 기존의 3G4G에서는 터보코드가 사용되었으나 5G NR의 목적

성을 위해서는 다른 종류의 코딩이 필요하다 그래서 5G를 위해 대두된 것이 LDPC(Low Density

Parity Check) 코드이다 퀄컴은 기존의 LDPC보다 높은 스루풋(Throughput)의 복잡한 환경에서

도 장점을 발휘하는 ME-LDPC(Multi Edge LDPC)를 제안하고 있다 이 새로운 코드를 통해 기

존 터보코드 대비 최대 6배 이상의 스루풋을 달성했다

(4) Massive MIMO

5G에서는 데이터 용량 증대와 커버리지 이슈가 있다 이를 위해서 다중의 안테나를 이용

하여 빔스티어링을 효율적으로 해야 한다 이는 곧 주파수 활용의 효율성 증대를 의미한다

적재적소에서 사용자의 데이터 이용을 간파하고 데이터량에 따라서 스마트하게 빔포밍을 해

야만 이런 효율성을 얻을 수 있고 이를 위해 안테나 부품 및 이와 연계된 컨트롤은 지능적

으로 수행되어야 한다 Multi-user Massive MIMO는 퀄컴 뿐만 아니라 5G를 준비하는 부품 및

시스템 그리고 서비스 업체 모두에게 절실한 기술적 이슈이다 특히 단말에서는 이러한 안

테나 부품이 초소형으로 기능해야 하는 난제가 있다 퀄컴은 2D 안테나 어레이를 이용해서

3D 빔포밍을 하는 기술을 발표했으며 이를 통해서 서브 6GHz 대역에서 커버리지와 캐패시

티를 동시에 늘릴 수 있음을 보여주었다 4times4 MIMO를 35GHz 대역에서 운용하여 최대 38배

이상의 스루풋을 달성하였다

(5) Mobile mmWave

5G에서는 24GHz 이상의 밀리미터파 대역을 새로운 주파수 대역으로 사용한다 밀리미터파

대역은 서브 6GHz 대비 커버리지에서는 열위를 보이나 광대역폭 확보를 통해 고용량 데이터

전송을 가능하게 해 준다 퀄컴은 2017년 MWC(Mobile World Congress)에서 밀리미터파 대역에

서 1세대 5G 밀리미터파 시험 시스템을 시연했다 프로토타입 시스템과 실제 무선 구간 시험

은 미국 뉴저지에 위치한 퀄컴 연구소에 구축한 5G 밀리미터파 시범망을 이용하여 진행되었

다 이 시연에서 퀄컴은 5G NR 적응형 빔포밍(Beamforming)과 빔트래킹(Beam Tracking) 기술을

보여주었으며 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시에 지원하는 세계 최초의 5G 모뎀 X50과 RFIC

기획시리즈-5G

5 정보통신기술진흥센터

를 발표했다

나 퀄컴의 5G NR 서비스 및 부품 동향

퀄컴은 2017년 12월 ATampT 차이나 모바일 NTT 도코모 SK텔레콤 텔스트라(Telstra) 및

보다폰(Vodafone)과 함께 5G NR 시험 계획을 발표했다 이 시험은 33~50GHz 대역과 28GHz

및 39GHz 밀리미터파(mmWave) 대역에서 5G NR 기술의 동작을 확인하는 것을 주요 목표로

하였다 또한 퀄컴은 스냅드래곤 X50 모뎀을 발표했으며 X50 5G 제품군은 새로운 멀티 모

드 2G3G4G5G 모뎀을 채용하여 글로벌 5G NR 표준(6GHz 이하 및 멀티밴드 mmWave)과 기

가비트 LTE를 하나의 칩으로 구현한 것으로 NSA와 SA 모두를 지원한다[3]

또한 퀄컴은 2017 년 9 월 샌프란시스코에서 열린 MWCA(Mobile World Congress America)

에서 5G NR의 연구결과들을 발표 및 시연했다 그 결과 시내의 10km2 범위 내에서 65의 다

운링크 커버리지를 보여주었고 기존의 LTE 인프라를 함께 사용하여 도심 1km2 범위 내에서

더 향상된 커버리지(gt80)가 가능함을 보여주었다 뿐만 아니라 고주파대역의 넓은 대역폭

덕분에 기지국에서 먼 Cell Edges에서도 최고 100Mbps 이상까지 속도를 낼 수 있다는 점을 확

인할 수 있었다 이 시연은 3GPP 5G NR Rel 15 기반이며 최신 채널 코딩으로 800MHz 대역

폭에서 5Gbps의 다운로드 속도를 보여주었다 시연은 8개의 RF 프론트엔드를 4개의 지역에

두고 실재 스마트폰의 폼펙터를 차용한 사용단말을 기지국과 연동하여 테스트하였다

퀄컴은 2017년 10월에 세계 최초로 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시 지원하는 멀티밴드

멀티모드 5G NR 향 모뎀인 X50과 RFIC인 SDR051을 발표했다 이 제품군은 28GHz 밀리미터

파 대역에서 8times100MHz CA(Carrier Aggregation)를 통해 800MHz 대역폭을 지원하며 Adaptive

(a) X50 (b) 28GHz Antenna Array (c) 28GHz 사용자 단말

lt자료gt Qualcomm

[그림 1] 퀄컴의 세계 최초 5G NR향 모뎀 및 단말

주간기술동향 2018 3 28

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6

Beamforming 및 Beam Tracking이 가능한 MIMO 기능이 기본적으로 탑재되어 있다 X50은 기

존의 LTE 모뎀과 결합되어 2G3G4G5G를 모두 커버할 수 있다 SDR051은 밀리미터파 대역

에서 동작하는 RFIC로 기본적으로 적응형 빔포밍과 Antenna Switch Diversity 기능을 제공하고

있다[4] [그림 1]에 퀄컴의 X50 모뎀 및 28GHz 밀리미터파 모듈을 도시하였다

2 삼성

가 삼성의 5G NR 서비스 동향

삼성전자는 2017년 2월 MWC 2017에서 세계 최초로 차세대 5G 통신 상용제품 풀 라인

업을 공개했다 이 자리에서 삼성전자는 5G 서비스를 위한 소비자용 단말(Home Router CPE)

기지국(5G Radio Base Station) 차세대 코어 네트워크(Next Generation Core) 장비를 선보였다

칩셋부터 단말 네트워크까지 5G 상용제품 풀 라인업의 세계 최초 공개이다 5G 기지국은

28GHz 대역을 활용하여 최대 10Gbp의 데이터를 단말에 전송할 수 있다 삼성전자는 5G 네트

워크의 리소스 관리 실시간 데이터 트래픽 분산처리 등을 담당하는 차세대 네트워크 코어장

비(NG-Core)도 공개했다 이 장비는 소프트웨어 기반의 가상화 기술을 활용하여 유연한 네트

워크 자원관리 실시간 트래픽 분산처리가 가능하고 높은 확장성을 가지고 있다 특히 2018

년부터 본격 상용화될 것으로 예상되는 5G 고정식 무선통신 서비스(Fixed Wirelss Access) 사

물인터넷(Internet of Things) 커넥티드카(Connected Car) 등 다양한 5G 서비스를 지원할 수 있

는 유연한 구조로 설계된 것이 특징이다

한편 삼성전자는 2018년 1월에 버라이즌과 5G 기술을 활용한 고정형 무선 액세스(Fixed

Wireless Access FWA) 서비스 통신장비 공급 계약을 체결하였다 5G FWA는 유선 대신 무선

으로 각 가정에 초고속 통신 서비스를 제공하는 기술이다 인터넷 TV(IPTV)와 초고속인터넷

서비스를 유선 케이블 대신 5G 전파로 제공하는 방식이다 이번 계약 체결로 삼성전자는 첫

상용 서비스 예정 도시인 새크라멘토에 버라이즌 자체 통신 규격인 5G TF(Technology Forum)

기반의 통신장비 가정용 단말기(CPE) 네트워크 설계 서비스를 공급하게 된다 버라이즌은

앞으로 5G FWA 서비스 범위를 미국 전역 3000만 가구로 확대할 계획이다 또한 삼성전자는

2017년에 미국의 T모바일과 아웃도어 환경에서 28GHz 대역에서의 빔스티어링을 검증하였다

이 시연에서도 삼성전자가 개발한 안테나 전력증폭기 RFIC가 기지국과 라디오 액세스단에

사용되었다 2017년 12월 삼성전자는 또한 일본의 KDDI와 도쿄에서 100kmh의 속도로 달리

기획시리즈-5G

7 정보통신기술진흥센터

는 기차에서 5G 시험운용을 통해 최대 17Gbps의 데이터 전송속도를 확보했다 이 테스트에

는 삼성전자의 5G Router 5G Radio Access Unit 가상 RAN 가상 코어 등이 사용되었다 시연

에서 8K의 초고화질 영상이 끊김 없이 전송됨을 확인할 수 있었다 KDDI는 도쿄 올림픽이 열

리는 2020년 전까지 5G 서비스를 상용화할 계획을 가지고 있다

삼성전자는 2017년 9월에 SKT와 26GHz 4G LTE 28GHz 35GHz 5G 사이의 연동을 세계

최초로 성공했다 삼성전자와 SK텔레콤은 서울 을지로에 각각 다른 주파수 대역을 지원하는

4G 5G 통신 기지국과 차세대 가상화 코어 네트워크를 구축하고 4G와 5G를 동시에 지원하

는 통합 단말기를 차량에 설치하여 주행 중에도 기지국과 단말 사이에 끊김 없는 통신 서비

스가 가능함을 보여주었다 주행 중인 차량과 SK텔레콤 본사 회의실 사이에서 360도 가상현

실 라이브 스트리밍을 시연했으며 실제 차량에서 4G와 5G 통신 기술과 주파수 대역이 변경

되어도 선명하고 깨끗한 스트리밍이 가능했다 이번 시연 성공으로 5G 기술 상용화에 필수적

인 이종기술middot주파수 대역 간의 연동(Multi-RAT Interworking)이 실제 네트워크에 적용 가능함

을 확인했다

나 삼성의 5G NR 지원 부품 개발 동향

삼성전자는 2017년 3GPP가 정의한 Rel 15에 부합하는 엑시노스 5G 모뎀 칩을 발표했다

엑시노스 5G는 6GHz 이하 주파수 대역은 물론 28GHz와 39GHz 등 이른바 밀리미터파 대역을

동시에 지원하며 2G3G4G LTE 등에도 대응된다 이 칩은 28GHz 이상 고주파 대역에서

100GHz 대역 8개를 주파수 집성(CA) 기술로 묶어 최대 800MHz를 사용할 수 있어 이론상 최

대 다운로드 속도가 5Gbps에 이른다 이는 현재 서비스되고 있는 LTE(500Mbps 다운로드 속

도)보다 10배 빠른 것이고 현존 최고 사양 LTE 모뎀 칩(1~12Gbps 다운로드 속도)과 비교해

도 최대 5배 빠른 속도이다 삼성전자는 또한 2017년 2월에 상용화에 가까운 5G향 28GHz

RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)를 발표했다 이 RFIC는 상용화를 목표로 저가 고효율

초소형의 특징을 가지고 있으며 2016년 6월에 개발한 고이득 고효율 전력 증폭기와 연동

되어 넓은 커버리지를 갖고 있다 또한 이 RFIC는 송수신 특성이 크게 개선되었는데 이는 IC

의 노이즈 특성의 개선을 통한 감도 향상이 주된 이유로 보인다 해당 RFIC는 16개의 저손

실 안테나 어레이와 연동되어 동작하는 것으로 알려져 있으며 최대 20Gbps의 통신 속도를

지원한다

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3 인텔

가 인텔의 5G NR 표준화 및 서비스 동향

인텔은 2017년 12월 3GPP NSA 5G NR 표준제정에서 코딩 오류 수정 변조(Modulation) 공

간 서브 채널화(Spatial Sub-channelization) 빔포밍 레퍼런스 심볼 설계(Reference Symbol Designs)

무선 링크 적응 등에 안건들을 상정했다 또한 Ericsson Nokia ATampT KT NTT Docomo Verizon

등의 업체에 상호 운용성을 테스트하는데 필요한 플랫폼을 제공했으며 고성능 FPGA(Field

Programmable Gate Array) 및 코어 프로세서를 탑재한 플랫폼은 2018년 6월 Rel 15에서 보

류중인 SA 표준을 알려주는 핵심 역할을 할 것으로 기대된다 또한 인텔은 서브 6GHz 및 밀

리미터파를 지원하는 5G RFIC와 함께 28GHz 및 39GHz 대역에서 이 플랫폼을 사용하여 여러

NSA 5G NR 시험을 실시했다 인텔은 이 실험결과를 바탕으로 NSASA 5G NR 멀티 모드 모뎀

인 인텔 XMM 8000 시리즈의 상용화 버전을 2019년에 출시할 예정이다

한편 인텔은 2018년 2월에 개최되는 평창올림픽에 3GPP 5G NR 규격을 만족하는 자사의

MTP(Mobile Trial Platform)를 KT에 제공했으며 이 플랫폼에는 앞서 언급한대로 인텔의 FPGA 회

로와 코어 i7 프로세스가 탑재되어 있다 현재 이 MTP는 600~900MHz 33~42GHz 44~49GHz

51~59GHz 28GHz 및 39GHz를 지원하는 것으로 알려져 있다 인텔은 이 기술을 접목하여 2018

평창동계올림픽에서 가상현실 드론 자율주행자동차 등 5G 이동통신에 기반한 다양한 신기

술을 선보였다 특히 1218대의 드론이 군집비행을 하면서 오륜기 및 스키어 형상을 보여주

었으며 이러한 군집제어 또한 5G의 초고속 고용량 데이터 전송 저지연 전송 기술들에 기반

한 것이다[2]

나 인텔의 5G NR 지원 부품 개발 동향

인텔은 2017 년 2 월에 멀티모드 멀티밴드 지원 5G 향 모뎀인 XMM 8060 을 발표했다 이

모뎀은 3GPP 5G NR NSA 및 SA를 지원하며 밀리미터파와 서브 6GHz 밴드를 커버한다 또한

기존의 2G 3G 4G 레거시 모드도 지원하는 것으로 알려져 있다 이 제품은 또한 Massive

MIMO Beamforming Advanced Channel Coding 기능이 탑재되어 최대 5Gbps의 전송속도와 1ms

이하의 저지연을 구현한다 한편 애플은 5G향 아이폰에 기존의 퀄컴 모뎀 대신 인텔의 XMM

8060을 채택하는 것을 긍정적으로 검토하고 있다고 2017년 11월에 밝혔다 인텔은 궁극적으

로 이 제품에 28GHz 5G RFIC를 통합할 계획이다

기획시리즈-5G

9 정보통신기술진흥센터

인텔은 2017년 7월에 앞서 언급한 5G향 MTP(Mobile Trial Platform)를 발표했다 이 플랫폼

은 최대 10Gbps의 속도에 대응이 가능하며 여러 통신 환경에서의 난제를 해결하기 위한 알

고리즘을 검증하는데 최적의 솔루션을 제공한다 이 플랫폼은 서브 6GHz 밀리미터파 대역을

커버하고 4times4 MIMO 기능을 수행할 수 있으며 아톰과 제논 프로세스가 탑재되어 최적의 성

능을 보장한다 특히 이 중에서 Atom C3000 Processor는 5G향에 최적으로 설계된 것으로

4times10Gbps Ethernet 지원 초저전력 가상화 지원 Seamless Reuse 기능 등을 탑재하고 있다

4 IBM amp Ericsson

가 에릭슨의 5G NR 서비스 동향

에릭슨은 2017년 Massive MIMO와 Multi-user MIMO를 지원하는 3GPP 5G NR 규격의 AIR

6468을 발표했다 이 제품은 64개의 TX 및 RX Antenna 어레이로 구성되어 있다 스마트 빔포

밍은 클라우드 RAN 아키텍처를 도입함으로써 가능하며 5G NR 뿐만 아니라 기존의 4G LTE

에도 대응이 가능하다 에릭슨은 자사의 AIR 6468이 최초의 5G NR향 Massive MIMO를 지원

하며 광대역 특성 LTE와 5G NR을 동시에 지원하는 호환성을 가지고 있고 강력한 SW기반

의 신호분석기 등이 내장되어 경쟁사 대비 우수한 특징을 보인다고 밝혔다

에릭슨은 2016년 호주의 텔스트라와 5G 시연에서 18~22Gbps의 전송속도를 확보했다 이

시연에는 에릭슨의 5G Radio Testbed가 사용되었으며 실재 야외 환경에서 5G를 시연한 최초

의 사례이다 20Gbps에 육박하는 초고속 데이터의 전송은 에릭슨의 독자적인 Massive MIMO

및 Multi-user MIMO 알고리즘 및 하드웨어로 인해 가능했다 또한 에릭슨은 2017년 2월 BMW

및 SKT와 170kmh의 이동속도에서 28GHz 밀리미터파 대역에서의 5G 신호 전송 시연을 통해

36Gbps의 전송속도를 달성했다 또한 에릭슨은 2017년 3월 서울 강남의 도심 밀집지역에

lt자료gt Samsung lt자료gt Intel

[그림 2] 삼성전자의 5G 지원 제품 Full Line-up [그림 3] 인텔의 5G향 모뎀 XMM 8060

5G RRC and ASIC modems

chipsets

5G Home router (CPS)

5G Radio base station (AU)

Next Generation

core

주간기술동향 2018 3 28

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서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

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12

이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

주간기술동향 2018 3 28

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

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따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

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20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

22

2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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wwwiitpkr

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

기획시리즈-5G

3 정보통신기술진흥센터

문에 다소 쉽게 개발할 수 있다 퀄컴의 독무대였던 초기 4G LTE 때와 달리 많은 업체가 5G

모뎀칩 개발에 뛰어들었다 미국 퀄컴과 인텔 한국 삼성전자 중국 하이실리콘이 밀리미터파

와 6GHz 이하 주파수를 모두 지원하는 모뎀칩을 개발하고 있다 5G 모뎀칩과 함께 붙는 무

선주파수(RF) 안테나 모듈은 소형화 저전력화 성능 확보 등 개발 도전 과제가 산적해 있는

데 이는 전파 파장이 짧은 고주파 밀리미터파를 활용하기 때문이다 밀리미터파에 대응하는

RF 안테나 모듈 제조업체로는 미국 아노키웨이브 아나로그디바이스 맥스리니어 모반디 등

이 있다 이에 본 고에서는 상기에 언급된 주요업체들을 중심으로 5G향 부품개발 동향에 대

해서 상세히 살펴보고자 한다

II 주요 업체 동향

1 퀄컴

가 퀄컴의 5G NR(New Radio) 특징

(1) Scalable OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

퀄컴은 다년 간에 걸쳐 5G에 가장 적합한 통신방식에 대해 연구해 왔으며 그 중에서 CP-

OFDM(Cyclic Prefix OFDM)과 DFT(Discrete Fourier Transform)-Spread OFDM 이 5G EMBB(Enhanced

Mobile Broadband) 서비스에 가장 적합하다고 결론을 내렸다 현재 LTE 에서 사용되고 있는

OFDM 방식이 최대 20MHz의 밴드폭을 가지는 캐리어를 구성하는 서브캐리어가 고정된 15kHz

의 간격으로 떨어져 있는 반면 5G NR에서는 이 간격이 운용에 따라 달라진다 퀄컴에서는 2N

의 스케일링을 가지는 서브캐리어 간격을 도입함으로써 프로세스 복잡도가 광대역에서 불필

요하게 늘어나는 것을 막을 수 있었다 밴드폭에 따라서 서브캐리어의 간격이 비례해서 늘어

남으로써 밴드폭이 증가하더라도 프로세싱 복잡도는 증가하지 않음을 알 수 있다

(2) Flexible Self-contained Slot Structure

퀄컴은 5G의 슬롯구조로 Flexible Self-contained Slot을 채택하고 있다 이 구조는 네트워크

운용자가 동일한 주파수 내에서 효율적이고 가변적인 주파수 운용을 하게 해 주는 장점이 있

으며 UpDown 로딩 시에 빠른 전환이 가능하게 할 뿐만 아니라 스케줄링 데이터 인식이

동일한 슬롯에서 일어나기 때문에 지연을 최소화 할 수 있다 또한 모듈러 방식을 적용해서

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

4

Massive MIMO 등의 다양한 응용에 적응이 가능한 장점을 가지고 있다

(3) Advanced ME-LDPC

5G NR 서비스를 위해서는 강건하고 가변적인 성능이 가능한 효율적인 채널코딩을 가지는

물리계층 디자인이 필수적이다 기존의 3G4G에서는 터보코드가 사용되었으나 5G NR의 목적

성을 위해서는 다른 종류의 코딩이 필요하다 그래서 5G를 위해 대두된 것이 LDPC(Low Density

Parity Check) 코드이다 퀄컴은 기존의 LDPC보다 높은 스루풋(Throughput)의 복잡한 환경에서

도 장점을 발휘하는 ME-LDPC(Multi Edge LDPC)를 제안하고 있다 이 새로운 코드를 통해 기

존 터보코드 대비 최대 6배 이상의 스루풋을 달성했다

(4) Massive MIMO

5G에서는 데이터 용량 증대와 커버리지 이슈가 있다 이를 위해서 다중의 안테나를 이용

하여 빔스티어링을 효율적으로 해야 한다 이는 곧 주파수 활용의 효율성 증대를 의미한다

적재적소에서 사용자의 데이터 이용을 간파하고 데이터량에 따라서 스마트하게 빔포밍을 해

야만 이런 효율성을 얻을 수 있고 이를 위해 안테나 부품 및 이와 연계된 컨트롤은 지능적

으로 수행되어야 한다 Multi-user Massive MIMO는 퀄컴 뿐만 아니라 5G를 준비하는 부품 및

시스템 그리고 서비스 업체 모두에게 절실한 기술적 이슈이다 특히 단말에서는 이러한 안

테나 부품이 초소형으로 기능해야 하는 난제가 있다 퀄컴은 2D 안테나 어레이를 이용해서

3D 빔포밍을 하는 기술을 발표했으며 이를 통해서 서브 6GHz 대역에서 커버리지와 캐패시

티를 동시에 늘릴 수 있음을 보여주었다 4times4 MIMO를 35GHz 대역에서 운용하여 최대 38배

이상의 스루풋을 달성하였다

(5) Mobile mmWave

5G에서는 24GHz 이상의 밀리미터파 대역을 새로운 주파수 대역으로 사용한다 밀리미터파

대역은 서브 6GHz 대비 커버리지에서는 열위를 보이나 광대역폭 확보를 통해 고용량 데이터

전송을 가능하게 해 준다 퀄컴은 2017년 MWC(Mobile World Congress)에서 밀리미터파 대역에

서 1세대 5G 밀리미터파 시험 시스템을 시연했다 프로토타입 시스템과 실제 무선 구간 시험

은 미국 뉴저지에 위치한 퀄컴 연구소에 구축한 5G 밀리미터파 시범망을 이용하여 진행되었

다 이 시연에서 퀄컴은 5G NR 적응형 빔포밍(Beamforming)과 빔트래킹(Beam Tracking) 기술을

보여주었으며 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시에 지원하는 세계 최초의 5G 모뎀 X50과 RFIC

기획시리즈-5G

5 정보통신기술진흥센터

를 발표했다

나 퀄컴의 5G NR 서비스 및 부품 동향

퀄컴은 2017년 12월 ATampT 차이나 모바일 NTT 도코모 SK텔레콤 텔스트라(Telstra) 및

보다폰(Vodafone)과 함께 5G NR 시험 계획을 발표했다 이 시험은 33~50GHz 대역과 28GHz

및 39GHz 밀리미터파(mmWave) 대역에서 5G NR 기술의 동작을 확인하는 것을 주요 목표로

하였다 또한 퀄컴은 스냅드래곤 X50 모뎀을 발표했으며 X50 5G 제품군은 새로운 멀티 모

드 2G3G4G5G 모뎀을 채용하여 글로벌 5G NR 표준(6GHz 이하 및 멀티밴드 mmWave)과 기

가비트 LTE를 하나의 칩으로 구현한 것으로 NSA와 SA 모두를 지원한다[3]

또한 퀄컴은 2017 년 9 월 샌프란시스코에서 열린 MWCA(Mobile World Congress America)

에서 5G NR의 연구결과들을 발표 및 시연했다 그 결과 시내의 10km2 범위 내에서 65의 다

운링크 커버리지를 보여주었고 기존의 LTE 인프라를 함께 사용하여 도심 1km2 범위 내에서

더 향상된 커버리지(gt80)가 가능함을 보여주었다 뿐만 아니라 고주파대역의 넓은 대역폭

덕분에 기지국에서 먼 Cell Edges에서도 최고 100Mbps 이상까지 속도를 낼 수 있다는 점을 확

인할 수 있었다 이 시연은 3GPP 5G NR Rel 15 기반이며 최신 채널 코딩으로 800MHz 대역

폭에서 5Gbps의 다운로드 속도를 보여주었다 시연은 8개의 RF 프론트엔드를 4개의 지역에

두고 실재 스마트폰의 폼펙터를 차용한 사용단말을 기지국과 연동하여 테스트하였다

퀄컴은 2017년 10월에 세계 최초로 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시 지원하는 멀티밴드

멀티모드 5G NR 향 모뎀인 X50과 RFIC인 SDR051을 발표했다 이 제품군은 28GHz 밀리미터

파 대역에서 8times100MHz CA(Carrier Aggregation)를 통해 800MHz 대역폭을 지원하며 Adaptive

(a) X50 (b) 28GHz Antenna Array (c) 28GHz 사용자 단말

lt자료gt Qualcomm

[그림 1] 퀄컴의 세계 최초 5G NR향 모뎀 및 단말

주간기술동향 2018 3 28

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6

Beamforming 및 Beam Tracking이 가능한 MIMO 기능이 기본적으로 탑재되어 있다 X50은 기

존의 LTE 모뎀과 결합되어 2G3G4G5G를 모두 커버할 수 있다 SDR051은 밀리미터파 대역

에서 동작하는 RFIC로 기본적으로 적응형 빔포밍과 Antenna Switch Diversity 기능을 제공하고

있다[4] [그림 1]에 퀄컴의 X50 모뎀 및 28GHz 밀리미터파 모듈을 도시하였다

2 삼성

가 삼성의 5G NR 서비스 동향

삼성전자는 2017년 2월 MWC 2017에서 세계 최초로 차세대 5G 통신 상용제품 풀 라인

업을 공개했다 이 자리에서 삼성전자는 5G 서비스를 위한 소비자용 단말(Home Router CPE)

기지국(5G Radio Base Station) 차세대 코어 네트워크(Next Generation Core) 장비를 선보였다

칩셋부터 단말 네트워크까지 5G 상용제품 풀 라인업의 세계 최초 공개이다 5G 기지국은

28GHz 대역을 활용하여 최대 10Gbp의 데이터를 단말에 전송할 수 있다 삼성전자는 5G 네트

워크의 리소스 관리 실시간 데이터 트래픽 분산처리 등을 담당하는 차세대 네트워크 코어장

비(NG-Core)도 공개했다 이 장비는 소프트웨어 기반의 가상화 기술을 활용하여 유연한 네트

워크 자원관리 실시간 트래픽 분산처리가 가능하고 높은 확장성을 가지고 있다 특히 2018

년부터 본격 상용화될 것으로 예상되는 5G 고정식 무선통신 서비스(Fixed Wirelss Access) 사

물인터넷(Internet of Things) 커넥티드카(Connected Car) 등 다양한 5G 서비스를 지원할 수 있

는 유연한 구조로 설계된 것이 특징이다

한편 삼성전자는 2018년 1월에 버라이즌과 5G 기술을 활용한 고정형 무선 액세스(Fixed

Wireless Access FWA) 서비스 통신장비 공급 계약을 체결하였다 5G FWA는 유선 대신 무선

으로 각 가정에 초고속 통신 서비스를 제공하는 기술이다 인터넷 TV(IPTV)와 초고속인터넷

서비스를 유선 케이블 대신 5G 전파로 제공하는 방식이다 이번 계약 체결로 삼성전자는 첫

상용 서비스 예정 도시인 새크라멘토에 버라이즌 자체 통신 규격인 5G TF(Technology Forum)

기반의 통신장비 가정용 단말기(CPE) 네트워크 설계 서비스를 공급하게 된다 버라이즌은

앞으로 5G FWA 서비스 범위를 미국 전역 3000만 가구로 확대할 계획이다 또한 삼성전자는

2017년에 미국의 T모바일과 아웃도어 환경에서 28GHz 대역에서의 빔스티어링을 검증하였다

이 시연에서도 삼성전자가 개발한 안테나 전력증폭기 RFIC가 기지국과 라디오 액세스단에

사용되었다 2017년 12월 삼성전자는 또한 일본의 KDDI와 도쿄에서 100kmh의 속도로 달리

기획시리즈-5G

7 정보통신기술진흥센터

는 기차에서 5G 시험운용을 통해 최대 17Gbps의 데이터 전송속도를 확보했다 이 테스트에

는 삼성전자의 5G Router 5G Radio Access Unit 가상 RAN 가상 코어 등이 사용되었다 시연

에서 8K의 초고화질 영상이 끊김 없이 전송됨을 확인할 수 있었다 KDDI는 도쿄 올림픽이 열

리는 2020년 전까지 5G 서비스를 상용화할 계획을 가지고 있다

삼성전자는 2017년 9월에 SKT와 26GHz 4G LTE 28GHz 35GHz 5G 사이의 연동을 세계

최초로 성공했다 삼성전자와 SK텔레콤은 서울 을지로에 각각 다른 주파수 대역을 지원하는

4G 5G 통신 기지국과 차세대 가상화 코어 네트워크를 구축하고 4G와 5G를 동시에 지원하

는 통합 단말기를 차량에 설치하여 주행 중에도 기지국과 단말 사이에 끊김 없는 통신 서비

스가 가능함을 보여주었다 주행 중인 차량과 SK텔레콤 본사 회의실 사이에서 360도 가상현

실 라이브 스트리밍을 시연했으며 실제 차량에서 4G와 5G 통신 기술과 주파수 대역이 변경

되어도 선명하고 깨끗한 스트리밍이 가능했다 이번 시연 성공으로 5G 기술 상용화에 필수적

인 이종기술middot주파수 대역 간의 연동(Multi-RAT Interworking)이 실제 네트워크에 적용 가능함

을 확인했다

나 삼성의 5G NR 지원 부품 개발 동향

삼성전자는 2017년 3GPP가 정의한 Rel 15에 부합하는 엑시노스 5G 모뎀 칩을 발표했다

엑시노스 5G는 6GHz 이하 주파수 대역은 물론 28GHz와 39GHz 등 이른바 밀리미터파 대역을

동시에 지원하며 2G3G4G LTE 등에도 대응된다 이 칩은 28GHz 이상 고주파 대역에서

100GHz 대역 8개를 주파수 집성(CA) 기술로 묶어 최대 800MHz를 사용할 수 있어 이론상 최

대 다운로드 속도가 5Gbps에 이른다 이는 현재 서비스되고 있는 LTE(500Mbps 다운로드 속

도)보다 10배 빠른 것이고 현존 최고 사양 LTE 모뎀 칩(1~12Gbps 다운로드 속도)과 비교해

도 최대 5배 빠른 속도이다 삼성전자는 또한 2017년 2월에 상용화에 가까운 5G향 28GHz

RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)를 발표했다 이 RFIC는 상용화를 목표로 저가 고효율

초소형의 특징을 가지고 있으며 2016년 6월에 개발한 고이득 고효율 전력 증폭기와 연동

되어 넓은 커버리지를 갖고 있다 또한 이 RFIC는 송수신 특성이 크게 개선되었는데 이는 IC

의 노이즈 특성의 개선을 통한 감도 향상이 주된 이유로 보인다 해당 RFIC는 16개의 저손

실 안테나 어레이와 연동되어 동작하는 것으로 알려져 있으며 최대 20Gbps의 통신 속도를

지원한다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

8

3 인텔

가 인텔의 5G NR 표준화 및 서비스 동향

인텔은 2017년 12월 3GPP NSA 5G NR 표준제정에서 코딩 오류 수정 변조(Modulation) 공

간 서브 채널화(Spatial Sub-channelization) 빔포밍 레퍼런스 심볼 설계(Reference Symbol Designs)

무선 링크 적응 등에 안건들을 상정했다 또한 Ericsson Nokia ATampT KT NTT Docomo Verizon

등의 업체에 상호 운용성을 테스트하는데 필요한 플랫폼을 제공했으며 고성능 FPGA(Field

Programmable Gate Array) 및 코어 프로세서를 탑재한 플랫폼은 2018년 6월 Rel 15에서 보

류중인 SA 표준을 알려주는 핵심 역할을 할 것으로 기대된다 또한 인텔은 서브 6GHz 및 밀

리미터파를 지원하는 5G RFIC와 함께 28GHz 및 39GHz 대역에서 이 플랫폼을 사용하여 여러

NSA 5G NR 시험을 실시했다 인텔은 이 실험결과를 바탕으로 NSASA 5G NR 멀티 모드 모뎀

인 인텔 XMM 8000 시리즈의 상용화 버전을 2019년에 출시할 예정이다

한편 인텔은 2018년 2월에 개최되는 평창올림픽에 3GPP 5G NR 규격을 만족하는 자사의

MTP(Mobile Trial Platform)를 KT에 제공했으며 이 플랫폼에는 앞서 언급한대로 인텔의 FPGA 회

로와 코어 i7 프로세스가 탑재되어 있다 현재 이 MTP는 600~900MHz 33~42GHz 44~49GHz

51~59GHz 28GHz 및 39GHz를 지원하는 것으로 알려져 있다 인텔은 이 기술을 접목하여 2018

평창동계올림픽에서 가상현실 드론 자율주행자동차 등 5G 이동통신에 기반한 다양한 신기

술을 선보였다 특히 1218대의 드론이 군집비행을 하면서 오륜기 및 스키어 형상을 보여주

었으며 이러한 군집제어 또한 5G의 초고속 고용량 데이터 전송 저지연 전송 기술들에 기반

한 것이다[2]

나 인텔의 5G NR 지원 부품 개발 동향

인텔은 2017 년 2 월에 멀티모드 멀티밴드 지원 5G 향 모뎀인 XMM 8060 을 발표했다 이

모뎀은 3GPP 5G NR NSA 및 SA를 지원하며 밀리미터파와 서브 6GHz 밴드를 커버한다 또한

기존의 2G 3G 4G 레거시 모드도 지원하는 것으로 알려져 있다 이 제품은 또한 Massive

MIMO Beamforming Advanced Channel Coding 기능이 탑재되어 최대 5Gbps의 전송속도와 1ms

이하의 저지연을 구현한다 한편 애플은 5G향 아이폰에 기존의 퀄컴 모뎀 대신 인텔의 XMM

8060을 채택하는 것을 긍정적으로 검토하고 있다고 2017년 11월에 밝혔다 인텔은 궁극적으

로 이 제품에 28GHz 5G RFIC를 통합할 계획이다

기획시리즈-5G

9 정보통신기술진흥센터

인텔은 2017년 7월에 앞서 언급한 5G향 MTP(Mobile Trial Platform)를 발표했다 이 플랫폼

은 최대 10Gbps의 속도에 대응이 가능하며 여러 통신 환경에서의 난제를 해결하기 위한 알

고리즘을 검증하는데 최적의 솔루션을 제공한다 이 플랫폼은 서브 6GHz 밀리미터파 대역을

커버하고 4times4 MIMO 기능을 수행할 수 있으며 아톰과 제논 프로세스가 탑재되어 최적의 성

능을 보장한다 특히 이 중에서 Atom C3000 Processor는 5G향에 최적으로 설계된 것으로

4times10Gbps Ethernet 지원 초저전력 가상화 지원 Seamless Reuse 기능 등을 탑재하고 있다

4 IBM amp Ericsson

가 에릭슨의 5G NR 서비스 동향

에릭슨은 2017년 Massive MIMO와 Multi-user MIMO를 지원하는 3GPP 5G NR 규격의 AIR

6468을 발표했다 이 제품은 64개의 TX 및 RX Antenna 어레이로 구성되어 있다 스마트 빔포

밍은 클라우드 RAN 아키텍처를 도입함으로써 가능하며 5G NR 뿐만 아니라 기존의 4G LTE

에도 대응이 가능하다 에릭슨은 자사의 AIR 6468이 최초의 5G NR향 Massive MIMO를 지원

하며 광대역 특성 LTE와 5G NR을 동시에 지원하는 호환성을 가지고 있고 강력한 SW기반

의 신호분석기 등이 내장되어 경쟁사 대비 우수한 특징을 보인다고 밝혔다

에릭슨은 2016년 호주의 텔스트라와 5G 시연에서 18~22Gbps의 전송속도를 확보했다 이

시연에는 에릭슨의 5G Radio Testbed가 사용되었으며 실재 야외 환경에서 5G를 시연한 최초

의 사례이다 20Gbps에 육박하는 초고속 데이터의 전송은 에릭슨의 독자적인 Massive MIMO

및 Multi-user MIMO 알고리즘 및 하드웨어로 인해 가능했다 또한 에릭슨은 2017년 2월 BMW

및 SKT와 170kmh의 이동속도에서 28GHz 밀리미터파 대역에서의 5G 신호 전송 시연을 통해

36Gbps의 전송속도를 달성했다 또한 에릭슨은 2017년 3월 서울 강남의 도심 밀집지역에

lt자료gt Samsung lt자료gt Intel

[그림 2] 삼성전자의 5G 지원 제품 Full Line-up [그림 3] 인텔의 5G향 모뎀 XMM 8060

5G RRC and ASIC modems

chipsets

5G Home router (CPS)

5G Radio base station (AU)

Next Generation

core

주간기술동향 2018 3 28

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10

서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

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12

이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

주간기술동향 2018 3 28

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14

라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

주간기술동향 2018 3 28

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

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18

따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

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20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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Massive MIMO 등의 다양한 응용에 적응이 가능한 장점을 가지고 있다

(3) Advanced ME-LDPC

5G NR 서비스를 위해서는 강건하고 가변적인 성능이 가능한 효율적인 채널코딩을 가지는

물리계층 디자인이 필수적이다 기존의 3G4G에서는 터보코드가 사용되었으나 5G NR의 목적

성을 위해서는 다른 종류의 코딩이 필요하다 그래서 5G를 위해 대두된 것이 LDPC(Low Density

Parity Check) 코드이다 퀄컴은 기존의 LDPC보다 높은 스루풋(Throughput)의 복잡한 환경에서

도 장점을 발휘하는 ME-LDPC(Multi Edge LDPC)를 제안하고 있다 이 새로운 코드를 통해 기

존 터보코드 대비 최대 6배 이상의 스루풋을 달성했다

(4) Massive MIMO

5G에서는 데이터 용량 증대와 커버리지 이슈가 있다 이를 위해서 다중의 안테나를 이용

하여 빔스티어링을 효율적으로 해야 한다 이는 곧 주파수 활용의 효율성 증대를 의미한다

적재적소에서 사용자의 데이터 이용을 간파하고 데이터량에 따라서 스마트하게 빔포밍을 해

야만 이런 효율성을 얻을 수 있고 이를 위해 안테나 부품 및 이와 연계된 컨트롤은 지능적

으로 수행되어야 한다 Multi-user Massive MIMO는 퀄컴 뿐만 아니라 5G를 준비하는 부품 및

시스템 그리고 서비스 업체 모두에게 절실한 기술적 이슈이다 특히 단말에서는 이러한 안

테나 부품이 초소형으로 기능해야 하는 난제가 있다 퀄컴은 2D 안테나 어레이를 이용해서

3D 빔포밍을 하는 기술을 발표했으며 이를 통해서 서브 6GHz 대역에서 커버리지와 캐패시

티를 동시에 늘릴 수 있음을 보여주었다 4times4 MIMO를 35GHz 대역에서 운용하여 최대 38배

이상의 스루풋을 달성하였다

(5) Mobile mmWave

5G에서는 24GHz 이상의 밀리미터파 대역을 새로운 주파수 대역으로 사용한다 밀리미터파

대역은 서브 6GHz 대비 커버리지에서는 열위를 보이나 광대역폭 확보를 통해 고용량 데이터

전송을 가능하게 해 준다 퀄컴은 2017년 MWC(Mobile World Congress)에서 밀리미터파 대역에

서 1세대 5G 밀리미터파 시험 시스템을 시연했다 프로토타입 시스템과 실제 무선 구간 시험

은 미국 뉴저지에 위치한 퀄컴 연구소에 구축한 5G 밀리미터파 시범망을 이용하여 진행되었

다 이 시연에서 퀄컴은 5G NR 적응형 빔포밍(Beamforming)과 빔트래킹(Beam Tracking) 기술을

보여주었으며 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시에 지원하는 세계 최초의 5G 모뎀 X50과 RFIC

기획시리즈-5G

5 정보통신기술진흥센터

를 발표했다

나 퀄컴의 5G NR 서비스 및 부품 동향

퀄컴은 2017년 12월 ATampT 차이나 모바일 NTT 도코모 SK텔레콤 텔스트라(Telstra) 및

보다폰(Vodafone)과 함께 5G NR 시험 계획을 발표했다 이 시험은 33~50GHz 대역과 28GHz

및 39GHz 밀리미터파(mmWave) 대역에서 5G NR 기술의 동작을 확인하는 것을 주요 목표로

하였다 또한 퀄컴은 스냅드래곤 X50 모뎀을 발표했으며 X50 5G 제품군은 새로운 멀티 모

드 2G3G4G5G 모뎀을 채용하여 글로벌 5G NR 표준(6GHz 이하 및 멀티밴드 mmWave)과 기

가비트 LTE를 하나의 칩으로 구현한 것으로 NSA와 SA 모두를 지원한다[3]

또한 퀄컴은 2017 년 9 월 샌프란시스코에서 열린 MWCA(Mobile World Congress America)

에서 5G NR의 연구결과들을 발표 및 시연했다 그 결과 시내의 10km2 범위 내에서 65의 다

운링크 커버리지를 보여주었고 기존의 LTE 인프라를 함께 사용하여 도심 1km2 범위 내에서

더 향상된 커버리지(gt80)가 가능함을 보여주었다 뿐만 아니라 고주파대역의 넓은 대역폭

덕분에 기지국에서 먼 Cell Edges에서도 최고 100Mbps 이상까지 속도를 낼 수 있다는 점을 확

인할 수 있었다 이 시연은 3GPP 5G NR Rel 15 기반이며 최신 채널 코딩으로 800MHz 대역

폭에서 5Gbps의 다운로드 속도를 보여주었다 시연은 8개의 RF 프론트엔드를 4개의 지역에

두고 실재 스마트폰의 폼펙터를 차용한 사용단말을 기지국과 연동하여 테스트하였다

퀄컴은 2017년 10월에 세계 최초로 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시 지원하는 멀티밴드

멀티모드 5G NR 향 모뎀인 X50과 RFIC인 SDR051을 발표했다 이 제품군은 28GHz 밀리미터

파 대역에서 8times100MHz CA(Carrier Aggregation)를 통해 800MHz 대역폭을 지원하며 Adaptive

(a) X50 (b) 28GHz Antenna Array (c) 28GHz 사용자 단말

lt자료gt Qualcomm

[그림 1] 퀄컴의 세계 최초 5G NR향 모뎀 및 단말

주간기술동향 2018 3 28

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6

Beamforming 및 Beam Tracking이 가능한 MIMO 기능이 기본적으로 탑재되어 있다 X50은 기

존의 LTE 모뎀과 결합되어 2G3G4G5G를 모두 커버할 수 있다 SDR051은 밀리미터파 대역

에서 동작하는 RFIC로 기본적으로 적응형 빔포밍과 Antenna Switch Diversity 기능을 제공하고

있다[4] [그림 1]에 퀄컴의 X50 모뎀 및 28GHz 밀리미터파 모듈을 도시하였다

2 삼성

가 삼성의 5G NR 서비스 동향

삼성전자는 2017년 2월 MWC 2017에서 세계 최초로 차세대 5G 통신 상용제품 풀 라인

업을 공개했다 이 자리에서 삼성전자는 5G 서비스를 위한 소비자용 단말(Home Router CPE)

기지국(5G Radio Base Station) 차세대 코어 네트워크(Next Generation Core) 장비를 선보였다

칩셋부터 단말 네트워크까지 5G 상용제품 풀 라인업의 세계 최초 공개이다 5G 기지국은

28GHz 대역을 활용하여 최대 10Gbp의 데이터를 단말에 전송할 수 있다 삼성전자는 5G 네트

워크의 리소스 관리 실시간 데이터 트래픽 분산처리 등을 담당하는 차세대 네트워크 코어장

비(NG-Core)도 공개했다 이 장비는 소프트웨어 기반의 가상화 기술을 활용하여 유연한 네트

워크 자원관리 실시간 트래픽 분산처리가 가능하고 높은 확장성을 가지고 있다 특히 2018

년부터 본격 상용화될 것으로 예상되는 5G 고정식 무선통신 서비스(Fixed Wirelss Access) 사

물인터넷(Internet of Things) 커넥티드카(Connected Car) 등 다양한 5G 서비스를 지원할 수 있

는 유연한 구조로 설계된 것이 특징이다

한편 삼성전자는 2018년 1월에 버라이즌과 5G 기술을 활용한 고정형 무선 액세스(Fixed

Wireless Access FWA) 서비스 통신장비 공급 계약을 체결하였다 5G FWA는 유선 대신 무선

으로 각 가정에 초고속 통신 서비스를 제공하는 기술이다 인터넷 TV(IPTV)와 초고속인터넷

서비스를 유선 케이블 대신 5G 전파로 제공하는 방식이다 이번 계약 체결로 삼성전자는 첫

상용 서비스 예정 도시인 새크라멘토에 버라이즌 자체 통신 규격인 5G TF(Technology Forum)

기반의 통신장비 가정용 단말기(CPE) 네트워크 설계 서비스를 공급하게 된다 버라이즌은

앞으로 5G FWA 서비스 범위를 미국 전역 3000만 가구로 확대할 계획이다 또한 삼성전자는

2017년에 미국의 T모바일과 아웃도어 환경에서 28GHz 대역에서의 빔스티어링을 검증하였다

이 시연에서도 삼성전자가 개발한 안테나 전력증폭기 RFIC가 기지국과 라디오 액세스단에

사용되었다 2017년 12월 삼성전자는 또한 일본의 KDDI와 도쿄에서 100kmh의 속도로 달리

기획시리즈-5G

7 정보통신기술진흥센터

는 기차에서 5G 시험운용을 통해 최대 17Gbps의 데이터 전송속도를 확보했다 이 테스트에

는 삼성전자의 5G Router 5G Radio Access Unit 가상 RAN 가상 코어 등이 사용되었다 시연

에서 8K의 초고화질 영상이 끊김 없이 전송됨을 확인할 수 있었다 KDDI는 도쿄 올림픽이 열

리는 2020년 전까지 5G 서비스를 상용화할 계획을 가지고 있다

삼성전자는 2017년 9월에 SKT와 26GHz 4G LTE 28GHz 35GHz 5G 사이의 연동을 세계

최초로 성공했다 삼성전자와 SK텔레콤은 서울 을지로에 각각 다른 주파수 대역을 지원하는

4G 5G 통신 기지국과 차세대 가상화 코어 네트워크를 구축하고 4G와 5G를 동시에 지원하

는 통합 단말기를 차량에 설치하여 주행 중에도 기지국과 단말 사이에 끊김 없는 통신 서비

스가 가능함을 보여주었다 주행 중인 차량과 SK텔레콤 본사 회의실 사이에서 360도 가상현

실 라이브 스트리밍을 시연했으며 실제 차량에서 4G와 5G 통신 기술과 주파수 대역이 변경

되어도 선명하고 깨끗한 스트리밍이 가능했다 이번 시연 성공으로 5G 기술 상용화에 필수적

인 이종기술middot주파수 대역 간의 연동(Multi-RAT Interworking)이 실제 네트워크에 적용 가능함

을 확인했다

나 삼성의 5G NR 지원 부품 개발 동향

삼성전자는 2017년 3GPP가 정의한 Rel 15에 부합하는 엑시노스 5G 모뎀 칩을 발표했다

엑시노스 5G는 6GHz 이하 주파수 대역은 물론 28GHz와 39GHz 등 이른바 밀리미터파 대역을

동시에 지원하며 2G3G4G LTE 등에도 대응된다 이 칩은 28GHz 이상 고주파 대역에서

100GHz 대역 8개를 주파수 집성(CA) 기술로 묶어 최대 800MHz를 사용할 수 있어 이론상 최

대 다운로드 속도가 5Gbps에 이른다 이는 현재 서비스되고 있는 LTE(500Mbps 다운로드 속

도)보다 10배 빠른 것이고 현존 최고 사양 LTE 모뎀 칩(1~12Gbps 다운로드 속도)과 비교해

도 최대 5배 빠른 속도이다 삼성전자는 또한 2017년 2월에 상용화에 가까운 5G향 28GHz

RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)를 발표했다 이 RFIC는 상용화를 목표로 저가 고효율

초소형의 특징을 가지고 있으며 2016년 6월에 개발한 고이득 고효율 전력 증폭기와 연동

되어 넓은 커버리지를 갖고 있다 또한 이 RFIC는 송수신 특성이 크게 개선되었는데 이는 IC

의 노이즈 특성의 개선을 통한 감도 향상이 주된 이유로 보인다 해당 RFIC는 16개의 저손

실 안테나 어레이와 연동되어 동작하는 것으로 알려져 있으며 최대 20Gbps의 통신 속도를

지원한다

주간기술동향 2018 3 28

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8

3 인텔

가 인텔의 5G NR 표준화 및 서비스 동향

인텔은 2017년 12월 3GPP NSA 5G NR 표준제정에서 코딩 오류 수정 변조(Modulation) 공

간 서브 채널화(Spatial Sub-channelization) 빔포밍 레퍼런스 심볼 설계(Reference Symbol Designs)

무선 링크 적응 등에 안건들을 상정했다 또한 Ericsson Nokia ATampT KT NTT Docomo Verizon

등의 업체에 상호 운용성을 테스트하는데 필요한 플랫폼을 제공했으며 고성능 FPGA(Field

Programmable Gate Array) 및 코어 프로세서를 탑재한 플랫폼은 2018년 6월 Rel 15에서 보

류중인 SA 표준을 알려주는 핵심 역할을 할 것으로 기대된다 또한 인텔은 서브 6GHz 및 밀

리미터파를 지원하는 5G RFIC와 함께 28GHz 및 39GHz 대역에서 이 플랫폼을 사용하여 여러

NSA 5G NR 시험을 실시했다 인텔은 이 실험결과를 바탕으로 NSASA 5G NR 멀티 모드 모뎀

인 인텔 XMM 8000 시리즈의 상용화 버전을 2019년에 출시할 예정이다

한편 인텔은 2018년 2월에 개최되는 평창올림픽에 3GPP 5G NR 규격을 만족하는 자사의

MTP(Mobile Trial Platform)를 KT에 제공했으며 이 플랫폼에는 앞서 언급한대로 인텔의 FPGA 회

로와 코어 i7 프로세스가 탑재되어 있다 현재 이 MTP는 600~900MHz 33~42GHz 44~49GHz

51~59GHz 28GHz 및 39GHz를 지원하는 것으로 알려져 있다 인텔은 이 기술을 접목하여 2018

평창동계올림픽에서 가상현실 드론 자율주행자동차 등 5G 이동통신에 기반한 다양한 신기

술을 선보였다 특히 1218대의 드론이 군집비행을 하면서 오륜기 및 스키어 형상을 보여주

었으며 이러한 군집제어 또한 5G의 초고속 고용량 데이터 전송 저지연 전송 기술들에 기반

한 것이다[2]

나 인텔의 5G NR 지원 부품 개발 동향

인텔은 2017 년 2 월에 멀티모드 멀티밴드 지원 5G 향 모뎀인 XMM 8060 을 발표했다 이

모뎀은 3GPP 5G NR NSA 및 SA를 지원하며 밀리미터파와 서브 6GHz 밴드를 커버한다 또한

기존의 2G 3G 4G 레거시 모드도 지원하는 것으로 알려져 있다 이 제품은 또한 Massive

MIMO Beamforming Advanced Channel Coding 기능이 탑재되어 최대 5Gbps의 전송속도와 1ms

이하의 저지연을 구현한다 한편 애플은 5G향 아이폰에 기존의 퀄컴 모뎀 대신 인텔의 XMM

8060을 채택하는 것을 긍정적으로 검토하고 있다고 2017년 11월에 밝혔다 인텔은 궁극적으

로 이 제품에 28GHz 5G RFIC를 통합할 계획이다

기획시리즈-5G

9 정보통신기술진흥센터

인텔은 2017년 7월에 앞서 언급한 5G향 MTP(Mobile Trial Platform)를 발표했다 이 플랫폼

은 최대 10Gbps의 속도에 대응이 가능하며 여러 통신 환경에서의 난제를 해결하기 위한 알

고리즘을 검증하는데 최적의 솔루션을 제공한다 이 플랫폼은 서브 6GHz 밀리미터파 대역을

커버하고 4times4 MIMO 기능을 수행할 수 있으며 아톰과 제논 프로세스가 탑재되어 최적의 성

능을 보장한다 특히 이 중에서 Atom C3000 Processor는 5G향에 최적으로 설계된 것으로

4times10Gbps Ethernet 지원 초저전력 가상화 지원 Seamless Reuse 기능 등을 탑재하고 있다

4 IBM amp Ericsson

가 에릭슨의 5G NR 서비스 동향

에릭슨은 2017년 Massive MIMO와 Multi-user MIMO를 지원하는 3GPP 5G NR 규격의 AIR

6468을 발표했다 이 제품은 64개의 TX 및 RX Antenna 어레이로 구성되어 있다 스마트 빔포

밍은 클라우드 RAN 아키텍처를 도입함으로써 가능하며 5G NR 뿐만 아니라 기존의 4G LTE

에도 대응이 가능하다 에릭슨은 자사의 AIR 6468이 최초의 5G NR향 Massive MIMO를 지원

하며 광대역 특성 LTE와 5G NR을 동시에 지원하는 호환성을 가지고 있고 강력한 SW기반

의 신호분석기 등이 내장되어 경쟁사 대비 우수한 특징을 보인다고 밝혔다

에릭슨은 2016년 호주의 텔스트라와 5G 시연에서 18~22Gbps의 전송속도를 확보했다 이

시연에는 에릭슨의 5G Radio Testbed가 사용되었으며 실재 야외 환경에서 5G를 시연한 최초

의 사례이다 20Gbps에 육박하는 초고속 데이터의 전송은 에릭슨의 독자적인 Massive MIMO

및 Multi-user MIMO 알고리즘 및 하드웨어로 인해 가능했다 또한 에릭슨은 2017년 2월 BMW

및 SKT와 170kmh의 이동속도에서 28GHz 밀리미터파 대역에서의 5G 신호 전송 시연을 통해

36Gbps의 전송속도를 달성했다 또한 에릭슨은 2017년 3월 서울 강남의 도심 밀집지역에

lt자료gt Samsung lt자료gt Intel

[그림 2] 삼성전자의 5G 지원 제품 Full Line-up [그림 3] 인텔의 5G향 모뎀 XMM 8060

5G RRC and ASIC modems

chipsets

5G Home router (CPS)

5G Radio base station (AU)

Next Generation

core

주간기술동향 2018 3 28

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서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

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이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

주간기술동향 2018 3 28

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

주간기술동향 2018 3 28

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

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따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

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20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

26

로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

기획시리즈-5G

5 정보통신기술진흥센터

를 발표했다

나 퀄컴의 5G NR 서비스 및 부품 동향

퀄컴은 2017년 12월 ATampT 차이나 모바일 NTT 도코모 SK텔레콤 텔스트라(Telstra) 및

보다폰(Vodafone)과 함께 5G NR 시험 계획을 발표했다 이 시험은 33~50GHz 대역과 28GHz

및 39GHz 밀리미터파(mmWave) 대역에서 5G NR 기술의 동작을 확인하는 것을 주요 목표로

하였다 또한 퀄컴은 스냅드래곤 X50 모뎀을 발표했으며 X50 5G 제품군은 새로운 멀티 모

드 2G3G4G5G 모뎀을 채용하여 글로벌 5G NR 표준(6GHz 이하 및 멀티밴드 mmWave)과 기

가비트 LTE를 하나의 칩으로 구현한 것으로 NSA와 SA 모두를 지원한다[3]

또한 퀄컴은 2017 년 9 월 샌프란시스코에서 열린 MWCA(Mobile World Congress America)

에서 5G NR의 연구결과들을 발표 및 시연했다 그 결과 시내의 10km2 범위 내에서 65의 다

운링크 커버리지를 보여주었고 기존의 LTE 인프라를 함께 사용하여 도심 1km2 범위 내에서

더 향상된 커버리지(gt80)가 가능함을 보여주었다 뿐만 아니라 고주파대역의 넓은 대역폭

덕분에 기지국에서 먼 Cell Edges에서도 최고 100Mbps 이상까지 속도를 낼 수 있다는 점을 확

인할 수 있었다 이 시연은 3GPP 5G NR Rel 15 기반이며 최신 채널 코딩으로 800MHz 대역

폭에서 5Gbps의 다운로드 속도를 보여주었다 시연은 8개의 RF 프론트엔드를 4개의 지역에

두고 실재 스마트폰의 폼펙터를 차용한 사용단말을 기지국과 연동하여 테스트하였다

퀄컴은 2017년 10월에 세계 최초로 밀리미터파와 서브 6GHz를 동시 지원하는 멀티밴드

멀티모드 5G NR 향 모뎀인 X50과 RFIC인 SDR051을 발표했다 이 제품군은 28GHz 밀리미터

파 대역에서 8times100MHz CA(Carrier Aggregation)를 통해 800MHz 대역폭을 지원하며 Adaptive

(a) X50 (b) 28GHz Antenna Array (c) 28GHz 사용자 단말

lt자료gt Qualcomm

[그림 1] 퀄컴의 세계 최초 5G NR향 모뎀 및 단말

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

6

Beamforming 및 Beam Tracking이 가능한 MIMO 기능이 기본적으로 탑재되어 있다 X50은 기

존의 LTE 모뎀과 결합되어 2G3G4G5G를 모두 커버할 수 있다 SDR051은 밀리미터파 대역

에서 동작하는 RFIC로 기본적으로 적응형 빔포밍과 Antenna Switch Diversity 기능을 제공하고

있다[4] [그림 1]에 퀄컴의 X50 모뎀 및 28GHz 밀리미터파 모듈을 도시하였다

2 삼성

가 삼성의 5G NR 서비스 동향

삼성전자는 2017년 2월 MWC 2017에서 세계 최초로 차세대 5G 통신 상용제품 풀 라인

업을 공개했다 이 자리에서 삼성전자는 5G 서비스를 위한 소비자용 단말(Home Router CPE)

기지국(5G Radio Base Station) 차세대 코어 네트워크(Next Generation Core) 장비를 선보였다

칩셋부터 단말 네트워크까지 5G 상용제품 풀 라인업의 세계 최초 공개이다 5G 기지국은

28GHz 대역을 활용하여 최대 10Gbp의 데이터를 단말에 전송할 수 있다 삼성전자는 5G 네트

워크의 리소스 관리 실시간 데이터 트래픽 분산처리 등을 담당하는 차세대 네트워크 코어장

비(NG-Core)도 공개했다 이 장비는 소프트웨어 기반의 가상화 기술을 활용하여 유연한 네트

워크 자원관리 실시간 트래픽 분산처리가 가능하고 높은 확장성을 가지고 있다 특히 2018

년부터 본격 상용화될 것으로 예상되는 5G 고정식 무선통신 서비스(Fixed Wirelss Access) 사

물인터넷(Internet of Things) 커넥티드카(Connected Car) 등 다양한 5G 서비스를 지원할 수 있

는 유연한 구조로 설계된 것이 특징이다

한편 삼성전자는 2018년 1월에 버라이즌과 5G 기술을 활용한 고정형 무선 액세스(Fixed

Wireless Access FWA) 서비스 통신장비 공급 계약을 체결하였다 5G FWA는 유선 대신 무선

으로 각 가정에 초고속 통신 서비스를 제공하는 기술이다 인터넷 TV(IPTV)와 초고속인터넷

서비스를 유선 케이블 대신 5G 전파로 제공하는 방식이다 이번 계약 체결로 삼성전자는 첫

상용 서비스 예정 도시인 새크라멘토에 버라이즌 자체 통신 규격인 5G TF(Technology Forum)

기반의 통신장비 가정용 단말기(CPE) 네트워크 설계 서비스를 공급하게 된다 버라이즌은

앞으로 5G FWA 서비스 범위를 미국 전역 3000만 가구로 확대할 계획이다 또한 삼성전자는

2017년에 미국의 T모바일과 아웃도어 환경에서 28GHz 대역에서의 빔스티어링을 검증하였다

이 시연에서도 삼성전자가 개발한 안테나 전력증폭기 RFIC가 기지국과 라디오 액세스단에

사용되었다 2017년 12월 삼성전자는 또한 일본의 KDDI와 도쿄에서 100kmh의 속도로 달리

기획시리즈-5G

7 정보통신기술진흥센터

는 기차에서 5G 시험운용을 통해 최대 17Gbps의 데이터 전송속도를 확보했다 이 테스트에

는 삼성전자의 5G Router 5G Radio Access Unit 가상 RAN 가상 코어 등이 사용되었다 시연

에서 8K의 초고화질 영상이 끊김 없이 전송됨을 확인할 수 있었다 KDDI는 도쿄 올림픽이 열

리는 2020년 전까지 5G 서비스를 상용화할 계획을 가지고 있다

삼성전자는 2017년 9월에 SKT와 26GHz 4G LTE 28GHz 35GHz 5G 사이의 연동을 세계

최초로 성공했다 삼성전자와 SK텔레콤은 서울 을지로에 각각 다른 주파수 대역을 지원하는

4G 5G 통신 기지국과 차세대 가상화 코어 네트워크를 구축하고 4G와 5G를 동시에 지원하

는 통합 단말기를 차량에 설치하여 주행 중에도 기지국과 단말 사이에 끊김 없는 통신 서비

스가 가능함을 보여주었다 주행 중인 차량과 SK텔레콤 본사 회의실 사이에서 360도 가상현

실 라이브 스트리밍을 시연했으며 실제 차량에서 4G와 5G 통신 기술과 주파수 대역이 변경

되어도 선명하고 깨끗한 스트리밍이 가능했다 이번 시연 성공으로 5G 기술 상용화에 필수적

인 이종기술middot주파수 대역 간의 연동(Multi-RAT Interworking)이 실제 네트워크에 적용 가능함

을 확인했다

나 삼성의 5G NR 지원 부품 개발 동향

삼성전자는 2017년 3GPP가 정의한 Rel 15에 부합하는 엑시노스 5G 모뎀 칩을 발표했다

엑시노스 5G는 6GHz 이하 주파수 대역은 물론 28GHz와 39GHz 등 이른바 밀리미터파 대역을

동시에 지원하며 2G3G4G LTE 등에도 대응된다 이 칩은 28GHz 이상 고주파 대역에서

100GHz 대역 8개를 주파수 집성(CA) 기술로 묶어 최대 800MHz를 사용할 수 있어 이론상 최

대 다운로드 속도가 5Gbps에 이른다 이는 현재 서비스되고 있는 LTE(500Mbps 다운로드 속

도)보다 10배 빠른 것이고 현존 최고 사양 LTE 모뎀 칩(1~12Gbps 다운로드 속도)과 비교해

도 최대 5배 빠른 속도이다 삼성전자는 또한 2017년 2월에 상용화에 가까운 5G향 28GHz

RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)를 발표했다 이 RFIC는 상용화를 목표로 저가 고효율

초소형의 특징을 가지고 있으며 2016년 6월에 개발한 고이득 고효율 전력 증폭기와 연동

되어 넓은 커버리지를 갖고 있다 또한 이 RFIC는 송수신 특성이 크게 개선되었는데 이는 IC

의 노이즈 특성의 개선을 통한 감도 향상이 주된 이유로 보인다 해당 RFIC는 16개의 저손

실 안테나 어레이와 연동되어 동작하는 것으로 알려져 있으며 최대 20Gbps의 통신 속도를

지원한다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

8

3 인텔

가 인텔의 5G NR 표준화 및 서비스 동향

인텔은 2017년 12월 3GPP NSA 5G NR 표준제정에서 코딩 오류 수정 변조(Modulation) 공

간 서브 채널화(Spatial Sub-channelization) 빔포밍 레퍼런스 심볼 설계(Reference Symbol Designs)

무선 링크 적응 등에 안건들을 상정했다 또한 Ericsson Nokia ATampT KT NTT Docomo Verizon

등의 업체에 상호 운용성을 테스트하는데 필요한 플랫폼을 제공했으며 고성능 FPGA(Field

Programmable Gate Array) 및 코어 프로세서를 탑재한 플랫폼은 2018년 6월 Rel 15에서 보

류중인 SA 표준을 알려주는 핵심 역할을 할 것으로 기대된다 또한 인텔은 서브 6GHz 및 밀

리미터파를 지원하는 5G RFIC와 함께 28GHz 및 39GHz 대역에서 이 플랫폼을 사용하여 여러

NSA 5G NR 시험을 실시했다 인텔은 이 실험결과를 바탕으로 NSASA 5G NR 멀티 모드 모뎀

인 인텔 XMM 8000 시리즈의 상용화 버전을 2019년에 출시할 예정이다

한편 인텔은 2018년 2월에 개최되는 평창올림픽에 3GPP 5G NR 규격을 만족하는 자사의

MTP(Mobile Trial Platform)를 KT에 제공했으며 이 플랫폼에는 앞서 언급한대로 인텔의 FPGA 회

로와 코어 i7 프로세스가 탑재되어 있다 현재 이 MTP는 600~900MHz 33~42GHz 44~49GHz

51~59GHz 28GHz 및 39GHz를 지원하는 것으로 알려져 있다 인텔은 이 기술을 접목하여 2018

평창동계올림픽에서 가상현실 드론 자율주행자동차 등 5G 이동통신에 기반한 다양한 신기

술을 선보였다 특히 1218대의 드론이 군집비행을 하면서 오륜기 및 스키어 형상을 보여주

었으며 이러한 군집제어 또한 5G의 초고속 고용량 데이터 전송 저지연 전송 기술들에 기반

한 것이다[2]

나 인텔의 5G NR 지원 부품 개발 동향

인텔은 2017 년 2 월에 멀티모드 멀티밴드 지원 5G 향 모뎀인 XMM 8060 을 발표했다 이

모뎀은 3GPP 5G NR NSA 및 SA를 지원하며 밀리미터파와 서브 6GHz 밴드를 커버한다 또한

기존의 2G 3G 4G 레거시 모드도 지원하는 것으로 알려져 있다 이 제품은 또한 Massive

MIMO Beamforming Advanced Channel Coding 기능이 탑재되어 최대 5Gbps의 전송속도와 1ms

이하의 저지연을 구현한다 한편 애플은 5G향 아이폰에 기존의 퀄컴 모뎀 대신 인텔의 XMM

8060을 채택하는 것을 긍정적으로 검토하고 있다고 2017년 11월에 밝혔다 인텔은 궁극적으

로 이 제품에 28GHz 5G RFIC를 통합할 계획이다

기획시리즈-5G

9 정보통신기술진흥센터

인텔은 2017년 7월에 앞서 언급한 5G향 MTP(Mobile Trial Platform)를 발표했다 이 플랫폼

은 최대 10Gbps의 속도에 대응이 가능하며 여러 통신 환경에서의 난제를 해결하기 위한 알

고리즘을 검증하는데 최적의 솔루션을 제공한다 이 플랫폼은 서브 6GHz 밀리미터파 대역을

커버하고 4times4 MIMO 기능을 수행할 수 있으며 아톰과 제논 프로세스가 탑재되어 최적의 성

능을 보장한다 특히 이 중에서 Atom C3000 Processor는 5G향에 최적으로 설계된 것으로

4times10Gbps Ethernet 지원 초저전력 가상화 지원 Seamless Reuse 기능 등을 탑재하고 있다

4 IBM amp Ericsson

가 에릭슨의 5G NR 서비스 동향

에릭슨은 2017년 Massive MIMO와 Multi-user MIMO를 지원하는 3GPP 5G NR 규격의 AIR

6468을 발표했다 이 제품은 64개의 TX 및 RX Antenna 어레이로 구성되어 있다 스마트 빔포

밍은 클라우드 RAN 아키텍처를 도입함으로써 가능하며 5G NR 뿐만 아니라 기존의 4G LTE

에도 대응이 가능하다 에릭슨은 자사의 AIR 6468이 최초의 5G NR향 Massive MIMO를 지원

하며 광대역 특성 LTE와 5G NR을 동시에 지원하는 호환성을 가지고 있고 강력한 SW기반

의 신호분석기 등이 내장되어 경쟁사 대비 우수한 특징을 보인다고 밝혔다

에릭슨은 2016년 호주의 텔스트라와 5G 시연에서 18~22Gbps의 전송속도를 확보했다 이

시연에는 에릭슨의 5G Radio Testbed가 사용되었으며 실재 야외 환경에서 5G를 시연한 최초

의 사례이다 20Gbps에 육박하는 초고속 데이터의 전송은 에릭슨의 독자적인 Massive MIMO

및 Multi-user MIMO 알고리즘 및 하드웨어로 인해 가능했다 또한 에릭슨은 2017년 2월 BMW

및 SKT와 170kmh의 이동속도에서 28GHz 밀리미터파 대역에서의 5G 신호 전송 시연을 통해

36Gbps의 전송속도를 달성했다 또한 에릭슨은 2017년 3월 서울 강남의 도심 밀집지역에

lt자료gt Samsung lt자료gt Intel

[그림 2] 삼성전자의 5G 지원 제품 Full Line-up [그림 3] 인텔의 5G향 모뎀 XMM 8060

5G RRC and ASIC modems

chipsets

5G Home router (CPS)

5G Radio base station (AU)

Next Generation

core

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

10

서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

12

이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

주간기술동향 2018 3 28

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

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15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

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따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

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로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

24

집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

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26

로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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wwwiitpkr

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

주간기술동향 2018 3 28

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6

Beamforming 및 Beam Tracking이 가능한 MIMO 기능이 기본적으로 탑재되어 있다 X50은 기

존의 LTE 모뎀과 결합되어 2G3G4G5G를 모두 커버할 수 있다 SDR051은 밀리미터파 대역

에서 동작하는 RFIC로 기본적으로 적응형 빔포밍과 Antenna Switch Diversity 기능을 제공하고

있다[4] [그림 1]에 퀄컴의 X50 모뎀 및 28GHz 밀리미터파 모듈을 도시하였다

2 삼성

가 삼성의 5G NR 서비스 동향

삼성전자는 2017년 2월 MWC 2017에서 세계 최초로 차세대 5G 통신 상용제품 풀 라인

업을 공개했다 이 자리에서 삼성전자는 5G 서비스를 위한 소비자용 단말(Home Router CPE)

기지국(5G Radio Base Station) 차세대 코어 네트워크(Next Generation Core) 장비를 선보였다

칩셋부터 단말 네트워크까지 5G 상용제품 풀 라인업의 세계 최초 공개이다 5G 기지국은

28GHz 대역을 활용하여 최대 10Gbp의 데이터를 단말에 전송할 수 있다 삼성전자는 5G 네트

워크의 리소스 관리 실시간 데이터 트래픽 분산처리 등을 담당하는 차세대 네트워크 코어장

비(NG-Core)도 공개했다 이 장비는 소프트웨어 기반의 가상화 기술을 활용하여 유연한 네트

워크 자원관리 실시간 트래픽 분산처리가 가능하고 높은 확장성을 가지고 있다 특히 2018

년부터 본격 상용화될 것으로 예상되는 5G 고정식 무선통신 서비스(Fixed Wirelss Access) 사

물인터넷(Internet of Things) 커넥티드카(Connected Car) 등 다양한 5G 서비스를 지원할 수 있

는 유연한 구조로 설계된 것이 특징이다

한편 삼성전자는 2018년 1월에 버라이즌과 5G 기술을 활용한 고정형 무선 액세스(Fixed

Wireless Access FWA) 서비스 통신장비 공급 계약을 체결하였다 5G FWA는 유선 대신 무선

으로 각 가정에 초고속 통신 서비스를 제공하는 기술이다 인터넷 TV(IPTV)와 초고속인터넷

서비스를 유선 케이블 대신 5G 전파로 제공하는 방식이다 이번 계약 체결로 삼성전자는 첫

상용 서비스 예정 도시인 새크라멘토에 버라이즌 자체 통신 규격인 5G TF(Technology Forum)

기반의 통신장비 가정용 단말기(CPE) 네트워크 설계 서비스를 공급하게 된다 버라이즌은

앞으로 5G FWA 서비스 범위를 미국 전역 3000만 가구로 확대할 계획이다 또한 삼성전자는

2017년에 미국의 T모바일과 아웃도어 환경에서 28GHz 대역에서의 빔스티어링을 검증하였다

이 시연에서도 삼성전자가 개발한 안테나 전력증폭기 RFIC가 기지국과 라디오 액세스단에

사용되었다 2017년 12월 삼성전자는 또한 일본의 KDDI와 도쿄에서 100kmh의 속도로 달리

기획시리즈-5G

7 정보통신기술진흥센터

는 기차에서 5G 시험운용을 통해 최대 17Gbps의 데이터 전송속도를 확보했다 이 테스트에

는 삼성전자의 5G Router 5G Radio Access Unit 가상 RAN 가상 코어 등이 사용되었다 시연

에서 8K의 초고화질 영상이 끊김 없이 전송됨을 확인할 수 있었다 KDDI는 도쿄 올림픽이 열

리는 2020년 전까지 5G 서비스를 상용화할 계획을 가지고 있다

삼성전자는 2017년 9월에 SKT와 26GHz 4G LTE 28GHz 35GHz 5G 사이의 연동을 세계

최초로 성공했다 삼성전자와 SK텔레콤은 서울 을지로에 각각 다른 주파수 대역을 지원하는

4G 5G 통신 기지국과 차세대 가상화 코어 네트워크를 구축하고 4G와 5G를 동시에 지원하

는 통합 단말기를 차량에 설치하여 주행 중에도 기지국과 단말 사이에 끊김 없는 통신 서비

스가 가능함을 보여주었다 주행 중인 차량과 SK텔레콤 본사 회의실 사이에서 360도 가상현

실 라이브 스트리밍을 시연했으며 실제 차량에서 4G와 5G 통신 기술과 주파수 대역이 변경

되어도 선명하고 깨끗한 스트리밍이 가능했다 이번 시연 성공으로 5G 기술 상용화에 필수적

인 이종기술middot주파수 대역 간의 연동(Multi-RAT Interworking)이 실제 네트워크에 적용 가능함

을 확인했다

나 삼성의 5G NR 지원 부품 개발 동향

삼성전자는 2017년 3GPP가 정의한 Rel 15에 부합하는 엑시노스 5G 모뎀 칩을 발표했다

엑시노스 5G는 6GHz 이하 주파수 대역은 물론 28GHz와 39GHz 등 이른바 밀리미터파 대역을

동시에 지원하며 2G3G4G LTE 등에도 대응된다 이 칩은 28GHz 이상 고주파 대역에서

100GHz 대역 8개를 주파수 집성(CA) 기술로 묶어 최대 800MHz를 사용할 수 있어 이론상 최

대 다운로드 속도가 5Gbps에 이른다 이는 현재 서비스되고 있는 LTE(500Mbps 다운로드 속

도)보다 10배 빠른 것이고 현존 최고 사양 LTE 모뎀 칩(1~12Gbps 다운로드 속도)과 비교해

도 최대 5배 빠른 속도이다 삼성전자는 또한 2017년 2월에 상용화에 가까운 5G향 28GHz

RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)를 발표했다 이 RFIC는 상용화를 목표로 저가 고효율

초소형의 특징을 가지고 있으며 2016년 6월에 개발한 고이득 고효율 전력 증폭기와 연동

되어 넓은 커버리지를 갖고 있다 또한 이 RFIC는 송수신 특성이 크게 개선되었는데 이는 IC

의 노이즈 특성의 개선을 통한 감도 향상이 주된 이유로 보인다 해당 RFIC는 16개의 저손

실 안테나 어레이와 연동되어 동작하는 것으로 알려져 있으며 최대 20Gbps의 통신 속도를

지원한다

주간기술동향 2018 3 28

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8

3 인텔

가 인텔의 5G NR 표준화 및 서비스 동향

인텔은 2017년 12월 3GPP NSA 5G NR 표준제정에서 코딩 오류 수정 변조(Modulation) 공

간 서브 채널화(Spatial Sub-channelization) 빔포밍 레퍼런스 심볼 설계(Reference Symbol Designs)

무선 링크 적응 등에 안건들을 상정했다 또한 Ericsson Nokia ATampT KT NTT Docomo Verizon

등의 업체에 상호 운용성을 테스트하는데 필요한 플랫폼을 제공했으며 고성능 FPGA(Field

Programmable Gate Array) 및 코어 프로세서를 탑재한 플랫폼은 2018년 6월 Rel 15에서 보

류중인 SA 표준을 알려주는 핵심 역할을 할 것으로 기대된다 또한 인텔은 서브 6GHz 및 밀

리미터파를 지원하는 5G RFIC와 함께 28GHz 및 39GHz 대역에서 이 플랫폼을 사용하여 여러

NSA 5G NR 시험을 실시했다 인텔은 이 실험결과를 바탕으로 NSASA 5G NR 멀티 모드 모뎀

인 인텔 XMM 8000 시리즈의 상용화 버전을 2019년에 출시할 예정이다

한편 인텔은 2018년 2월에 개최되는 평창올림픽에 3GPP 5G NR 규격을 만족하는 자사의

MTP(Mobile Trial Platform)를 KT에 제공했으며 이 플랫폼에는 앞서 언급한대로 인텔의 FPGA 회

로와 코어 i7 프로세스가 탑재되어 있다 현재 이 MTP는 600~900MHz 33~42GHz 44~49GHz

51~59GHz 28GHz 및 39GHz를 지원하는 것으로 알려져 있다 인텔은 이 기술을 접목하여 2018

평창동계올림픽에서 가상현실 드론 자율주행자동차 등 5G 이동통신에 기반한 다양한 신기

술을 선보였다 특히 1218대의 드론이 군집비행을 하면서 오륜기 및 스키어 형상을 보여주

었으며 이러한 군집제어 또한 5G의 초고속 고용량 데이터 전송 저지연 전송 기술들에 기반

한 것이다[2]

나 인텔의 5G NR 지원 부품 개발 동향

인텔은 2017 년 2 월에 멀티모드 멀티밴드 지원 5G 향 모뎀인 XMM 8060 을 발표했다 이

모뎀은 3GPP 5G NR NSA 및 SA를 지원하며 밀리미터파와 서브 6GHz 밴드를 커버한다 또한

기존의 2G 3G 4G 레거시 모드도 지원하는 것으로 알려져 있다 이 제품은 또한 Massive

MIMO Beamforming Advanced Channel Coding 기능이 탑재되어 최대 5Gbps의 전송속도와 1ms

이하의 저지연을 구현한다 한편 애플은 5G향 아이폰에 기존의 퀄컴 모뎀 대신 인텔의 XMM

8060을 채택하는 것을 긍정적으로 검토하고 있다고 2017년 11월에 밝혔다 인텔은 궁극적으

로 이 제품에 28GHz 5G RFIC를 통합할 계획이다

기획시리즈-5G

9 정보통신기술진흥센터

인텔은 2017년 7월에 앞서 언급한 5G향 MTP(Mobile Trial Platform)를 발표했다 이 플랫폼

은 최대 10Gbps의 속도에 대응이 가능하며 여러 통신 환경에서의 난제를 해결하기 위한 알

고리즘을 검증하는데 최적의 솔루션을 제공한다 이 플랫폼은 서브 6GHz 밀리미터파 대역을

커버하고 4times4 MIMO 기능을 수행할 수 있으며 아톰과 제논 프로세스가 탑재되어 최적의 성

능을 보장한다 특히 이 중에서 Atom C3000 Processor는 5G향에 최적으로 설계된 것으로

4times10Gbps Ethernet 지원 초저전력 가상화 지원 Seamless Reuse 기능 등을 탑재하고 있다

4 IBM amp Ericsson

가 에릭슨의 5G NR 서비스 동향

에릭슨은 2017년 Massive MIMO와 Multi-user MIMO를 지원하는 3GPP 5G NR 규격의 AIR

6468을 발표했다 이 제품은 64개의 TX 및 RX Antenna 어레이로 구성되어 있다 스마트 빔포

밍은 클라우드 RAN 아키텍처를 도입함으로써 가능하며 5G NR 뿐만 아니라 기존의 4G LTE

에도 대응이 가능하다 에릭슨은 자사의 AIR 6468이 최초의 5G NR향 Massive MIMO를 지원

하며 광대역 특성 LTE와 5G NR을 동시에 지원하는 호환성을 가지고 있고 강력한 SW기반

의 신호분석기 등이 내장되어 경쟁사 대비 우수한 특징을 보인다고 밝혔다

에릭슨은 2016년 호주의 텔스트라와 5G 시연에서 18~22Gbps의 전송속도를 확보했다 이

시연에는 에릭슨의 5G Radio Testbed가 사용되었으며 실재 야외 환경에서 5G를 시연한 최초

의 사례이다 20Gbps에 육박하는 초고속 데이터의 전송은 에릭슨의 독자적인 Massive MIMO

및 Multi-user MIMO 알고리즘 및 하드웨어로 인해 가능했다 또한 에릭슨은 2017년 2월 BMW

및 SKT와 170kmh의 이동속도에서 28GHz 밀리미터파 대역에서의 5G 신호 전송 시연을 통해

36Gbps의 전송속도를 달성했다 또한 에릭슨은 2017년 3월 서울 강남의 도심 밀집지역에

lt자료gt Samsung lt자료gt Intel

[그림 2] 삼성전자의 5G 지원 제품 Full Line-up [그림 3] 인텔의 5G향 모뎀 XMM 8060

5G RRC and ASIC modems

chipsets

5G Home router (CPS)

5G Radio base station (AU)

Next Generation

core

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

10

서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

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이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

주간기술동향 2018 3 28

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

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따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

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20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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wwwiitpkr

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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wwwiitpkr

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

기획시리즈-5G

7 정보통신기술진흥센터

는 기차에서 5G 시험운용을 통해 최대 17Gbps의 데이터 전송속도를 확보했다 이 테스트에

는 삼성전자의 5G Router 5G Radio Access Unit 가상 RAN 가상 코어 등이 사용되었다 시연

에서 8K의 초고화질 영상이 끊김 없이 전송됨을 확인할 수 있었다 KDDI는 도쿄 올림픽이 열

리는 2020년 전까지 5G 서비스를 상용화할 계획을 가지고 있다

삼성전자는 2017년 9월에 SKT와 26GHz 4G LTE 28GHz 35GHz 5G 사이의 연동을 세계

최초로 성공했다 삼성전자와 SK텔레콤은 서울 을지로에 각각 다른 주파수 대역을 지원하는

4G 5G 통신 기지국과 차세대 가상화 코어 네트워크를 구축하고 4G와 5G를 동시에 지원하

는 통합 단말기를 차량에 설치하여 주행 중에도 기지국과 단말 사이에 끊김 없는 통신 서비

스가 가능함을 보여주었다 주행 중인 차량과 SK텔레콤 본사 회의실 사이에서 360도 가상현

실 라이브 스트리밍을 시연했으며 실제 차량에서 4G와 5G 통신 기술과 주파수 대역이 변경

되어도 선명하고 깨끗한 스트리밍이 가능했다 이번 시연 성공으로 5G 기술 상용화에 필수적

인 이종기술middot주파수 대역 간의 연동(Multi-RAT Interworking)이 실제 네트워크에 적용 가능함

을 확인했다

나 삼성의 5G NR 지원 부품 개발 동향

삼성전자는 2017년 3GPP가 정의한 Rel 15에 부합하는 엑시노스 5G 모뎀 칩을 발표했다

엑시노스 5G는 6GHz 이하 주파수 대역은 물론 28GHz와 39GHz 등 이른바 밀리미터파 대역을

동시에 지원하며 2G3G4G LTE 등에도 대응된다 이 칩은 28GHz 이상 고주파 대역에서

100GHz 대역 8개를 주파수 집성(CA) 기술로 묶어 최대 800MHz를 사용할 수 있어 이론상 최

대 다운로드 속도가 5Gbps에 이른다 이는 현재 서비스되고 있는 LTE(500Mbps 다운로드 속

도)보다 10배 빠른 것이고 현존 최고 사양 LTE 모뎀 칩(1~12Gbps 다운로드 속도)과 비교해

도 최대 5배 빠른 속도이다 삼성전자는 또한 2017년 2월에 상용화에 가까운 5G향 28GHz

RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)를 발표했다 이 RFIC는 상용화를 목표로 저가 고효율

초소형의 특징을 가지고 있으며 2016년 6월에 개발한 고이득 고효율 전력 증폭기와 연동

되어 넓은 커버리지를 갖고 있다 또한 이 RFIC는 송수신 특성이 크게 개선되었는데 이는 IC

의 노이즈 특성의 개선을 통한 감도 향상이 주된 이유로 보인다 해당 RFIC는 16개의 저손

실 안테나 어레이와 연동되어 동작하는 것으로 알려져 있으며 최대 20Gbps의 통신 속도를

지원한다

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wwwiitpkr

8

3 인텔

가 인텔의 5G NR 표준화 및 서비스 동향

인텔은 2017년 12월 3GPP NSA 5G NR 표준제정에서 코딩 오류 수정 변조(Modulation) 공

간 서브 채널화(Spatial Sub-channelization) 빔포밍 레퍼런스 심볼 설계(Reference Symbol Designs)

무선 링크 적응 등에 안건들을 상정했다 또한 Ericsson Nokia ATampT KT NTT Docomo Verizon

등의 업체에 상호 운용성을 테스트하는데 필요한 플랫폼을 제공했으며 고성능 FPGA(Field

Programmable Gate Array) 및 코어 프로세서를 탑재한 플랫폼은 2018년 6월 Rel 15에서 보

류중인 SA 표준을 알려주는 핵심 역할을 할 것으로 기대된다 또한 인텔은 서브 6GHz 및 밀

리미터파를 지원하는 5G RFIC와 함께 28GHz 및 39GHz 대역에서 이 플랫폼을 사용하여 여러

NSA 5G NR 시험을 실시했다 인텔은 이 실험결과를 바탕으로 NSASA 5G NR 멀티 모드 모뎀

인 인텔 XMM 8000 시리즈의 상용화 버전을 2019년에 출시할 예정이다

한편 인텔은 2018년 2월에 개최되는 평창올림픽에 3GPP 5G NR 규격을 만족하는 자사의

MTP(Mobile Trial Platform)를 KT에 제공했으며 이 플랫폼에는 앞서 언급한대로 인텔의 FPGA 회

로와 코어 i7 프로세스가 탑재되어 있다 현재 이 MTP는 600~900MHz 33~42GHz 44~49GHz

51~59GHz 28GHz 및 39GHz를 지원하는 것으로 알려져 있다 인텔은 이 기술을 접목하여 2018

평창동계올림픽에서 가상현실 드론 자율주행자동차 등 5G 이동통신에 기반한 다양한 신기

술을 선보였다 특히 1218대의 드론이 군집비행을 하면서 오륜기 및 스키어 형상을 보여주

었으며 이러한 군집제어 또한 5G의 초고속 고용량 데이터 전송 저지연 전송 기술들에 기반

한 것이다[2]

나 인텔의 5G NR 지원 부품 개발 동향

인텔은 2017 년 2 월에 멀티모드 멀티밴드 지원 5G 향 모뎀인 XMM 8060 을 발표했다 이

모뎀은 3GPP 5G NR NSA 및 SA를 지원하며 밀리미터파와 서브 6GHz 밴드를 커버한다 또한

기존의 2G 3G 4G 레거시 모드도 지원하는 것으로 알려져 있다 이 제품은 또한 Massive

MIMO Beamforming Advanced Channel Coding 기능이 탑재되어 최대 5Gbps의 전송속도와 1ms

이하의 저지연을 구현한다 한편 애플은 5G향 아이폰에 기존의 퀄컴 모뎀 대신 인텔의 XMM

8060을 채택하는 것을 긍정적으로 검토하고 있다고 2017년 11월에 밝혔다 인텔은 궁극적으

로 이 제품에 28GHz 5G RFIC를 통합할 계획이다

기획시리즈-5G

9 정보통신기술진흥센터

인텔은 2017년 7월에 앞서 언급한 5G향 MTP(Mobile Trial Platform)를 발표했다 이 플랫폼

은 최대 10Gbps의 속도에 대응이 가능하며 여러 통신 환경에서의 난제를 해결하기 위한 알

고리즘을 검증하는데 최적의 솔루션을 제공한다 이 플랫폼은 서브 6GHz 밀리미터파 대역을

커버하고 4times4 MIMO 기능을 수행할 수 있으며 아톰과 제논 프로세스가 탑재되어 최적의 성

능을 보장한다 특히 이 중에서 Atom C3000 Processor는 5G향에 최적으로 설계된 것으로

4times10Gbps Ethernet 지원 초저전력 가상화 지원 Seamless Reuse 기능 등을 탑재하고 있다

4 IBM amp Ericsson

가 에릭슨의 5G NR 서비스 동향

에릭슨은 2017년 Massive MIMO와 Multi-user MIMO를 지원하는 3GPP 5G NR 규격의 AIR

6468을 발표했다 이 제품은 64개의 TX 및 RX Antenna 어레이로 구성되어 있다 스마트 빔포

밍은 클라우드 RAN 아키텍처를 도입함으로써 가능하며 5G NR 뿐만 아니라 기존의 4G LTE

에도 대응이 가능하다 에릭슨은 자사의 AIR 6468이 최초의 5G NR향 Massive MIMO를 지원

하며 광대역 특성 LTE와 5G NR을 동시에 지원하는 호환성을 가지고 있고 강력한 SW기반

의 신호분석기 등이 내장되어 경쟁사 대비 우수한 특징을 보인다고 밝혔다

에릭슨은 2016년 호주의 텔스트라와 5G 시연에서 18~22Gbps의 전송속도를 확보했다 이

시연에는 에릭슨의 5G Radio Testbed가 사용되었으며 실재 야외 환경에서 5G를 시연한 최초

의 사례이다 20Gbps에 육박하는 초고속 데이터의 전송은 에릭슨의 독자적인 Massive MIMO

및 Multi-user MIMO 알고리즘 및 하드웨어로 인해 가능했다 또한 에릭슨은 2017년 2월 BMW

및 SKT와 170kmh의 이동속도에서 28GHz 밀리미터파 대역에서의 5G 신호 전송 시연을 통해

36Gbps의 전송속도를 달성했다 또한 에릭슨은 2017년 3월 서울 강남의 도심 밀집지역에

lt자료gt Samsung lt자료gt Intel

[그림 2] 삼성전자의 5G 지원 제품 Full Line-up [그림 3] 인텔의 5G향 모뎀 XMM 8060

5G RRC and ASIC modems

chipsets

5G Home router (CPS)

5G Radio base station (AU)

Next Generation

core

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

10

서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

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12

이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

주간기술동향 2018 3 28

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

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18

따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

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20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

22

2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

주간기술동향 2018 3 28

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24

집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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wwwiitpkr

26

로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

주간기술동향 2018 3 28

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8

3 인텔

가 인텔의 5G NR 표준화 및 서비스 동향

인텔은 2017년 12월 3GPP NSA 5G NR 표준제정에서 코딩 오류 수정 변조(Modulation) 공

간 서브 채널화(Spatial Sub-channelization) 빔포밍 레퍼런스 심볼 설계(Reference Symbol Designs)

무선 링크 적응 등에 안건들을 상정했다 또한 Ericsson Nokia ATampT KT NTT Docomo Verizon

등의 업체에 상호 운용성을 테스트하는데 필요한 플랫폼을 제공했으며 고성능 FPGA(Field

Programmable Gate Array) 및 코어 프로세서를 탑재한 플랫폼은 2018년 6월 Rel 15에서 보

류중인 SA 표준을 알려주는 핵심 역할을 할 것으로 기대된다 또한 인텔은 서브 6GHz 및 밀

리미터파를 지원하는 5G RFIC와 함께 28GHz 및 39GHz 대역에서 이 플랫폼을 사용하여 여러

NSA 5G NR 시험을 실시했다 인텔은 이 실험결과를 바탕으로 NSASA 5G NR 멀티 모드 모뎀

인 인텔 XMM 8000 시리즈의 상용화 버전을 2019년에 출시할 예정이다

한편 인텔은 2018년 2월에 개최되는 평창올림픽에 3GPP 5G NR 규격을 만족하는 자사의

MTP(Mobile Trial Platform)를 KT에 제공했으며 이 플랫폼에는 앞서 언급한대로 인텔의 FPGA 회

로와 코어 i7 프로세스가 탑재되어 있다 현재 이 MTP는 600~900MHz 33~42GHz 44~49GHz

51~59GHz 28GHz 및 39GHz를 지원하는 것으로 알려져 있다 인텔은 이 기술을 접목하여 2018

평창동계올림픽에서 가상현실 드론 자율주행자동차 등 5G 이동통신에 기반한 다양한 신기

술을 선보였다 특히 1218대의 드론이 군집비행을 하면서 오륜기 및 스키어 형상을 보여주

었으며 이러한 군집제어 또한 5G의 초고속 고용량 데이터 전송 저지연 전송 기술들에 기반

한 것이다[2]

나 인텔의 5G NR 지원 부품 개발 동향

인텔은 2017 년 2 월에 멀티모드 멀티밴드 지원 5G 향 모뎀인 XMM 8060 을 발표했다 이

모뎀은 3GPP 5G NR NSA 및 SA를 지원하며 밀리미터파와 서브 6GHz 밴드를 커버한다 또한

기존의 2G 3G 4G 레거시 모드도 지원하는 것으로 알려져 있다 이 제품은 또한 Massive

MIMO Beamforming Advanced Channel Coding 기능이 탑재되어 최대 5Gbps의 전송속도와 1ms

이하의 저지연을 구현한다 한편 애플은 5G향 아이폰에 기존의 퀄컴 모뎀 대신 인텔의 XMM

8060을 채택하는 것을 긍정적으로 검토하고 있다고 2017년 11월에 밝혔다 인텔은 궁극적으

로 이 제품에 28GHz 5G RFIC를 통합할 계획이다

기획시리즈-5G

9 정보통신기술진흥센터

인텔은 2017년 7월에 앞서 언급한 5G향 MTP(Mobile Trial Platform)를 발표했다 이 플랫폼

은 최대 10Gbps의 속도에 대응이 가능하며 여러 통신 환경에서의 난제를 해결하기 위한 알

고리즘을 검증하는데 최적의 솔루션을 제공한다 이 플랫폼은 서브 6GHz 밀리미터파 대역을

커버하고 4times4 MIMO 기능을 수행할 수 있으며 아톰과 제논 프로세스가 탑재되어 최적의 성

능을 보장한다 특히 이 중에서 Atom C3000 Processor는 5G향에 최적으로 설계된 것으로

4times10Gbps Ethernet 지원 초저전력 가상화 지원 Seamless Reuse 기능 등을 탑재하고 있다

4 IBM amp Ericsson

가 에릭슨의 5G NR 서비스 동향

에릭슨은 2017년 Massive MIMO와 Multi-user MIMO를 지원하는 3GPP 5G NR 규격의 AIR

6468을 발표했다 이 제품은 64개의 TX 및 RX Antenna 어레이로 구성되어 있다 스마트 빔포

밍은 클라우드 RAN 아키텍처를 도입함으로써 가능하며 5G NR 뿐만 아니라 기존의 4G LTE

에도 대응이 가능하다 에릭슨은 자사의 AIR 6468이 최초의 5G NR향 Massive MIMO를 지원

하며 광대역 특성 LTE와 5G NR을 동시에 지원하는 호환성을 가지고 있고 강력한 SW기반

의 신호분석기 등이 내장되어 경쟁사 대비 우수한 특징을 보인다고 밝혔다

에릭슨은 2016년 호주의 텔스트라와 5G 시연에서 18~22Gbps의 전송속도를 확보했다 이

시연에는 에릭슨의 5G Radio Testbed가 사용되었으며 실재 야외 환경에서 5G를 시연한 최초

의 사례이다 20Gbps에 육박하는 초고속 데이터의 전송은 에릭슨의 독자적인 Massive MIMO

및 Multi-user MIMO 알고리즘 및 하드웨어로 인해 가능했다 또한 에릭슨은 2017년 2월 BMW

및 SKT와 170kmh의 이동속도에서 28GHz 밀리미터파 대역에서의 5G 신호 전송 시연을 통해

36Gbps의 전송속도를 달성했다 또한 에릭슨은 2017년 3월 서울 강남의 도심 밀집지역에

lt자료gt Samsung lt자료gt Intel

[그림 2] 삼성전자의 5G 지원 제품 Full Line-up [그림 3] 인텔의 5G향 모뎀 XMM 8060

5G RRC and ASIC modems

chipsets

5G Home router (CPS)

5G Radio base station (AU)

Next Generation

core

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

10

서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

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이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

주간기술동향 2018 3 28

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

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따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

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20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

22

2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

24

집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

26

로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

기획시리즈-5G

9 정보통신기술진흥센터

인텔은 2017년 7월에 앞서 언급한 5G향 MTP(Mobile Trial Platform)를 발표했다 이 플랫폼

은 최대 10Gbps의 속도에 대응이 가능하며 여러 통신 환경에서의 난제를 해결하기 위한 알

고리즘을 검증하는데 최적의 솔루션을 제공한다 이 플랫폼은 서브 6GHz 밀리미터파 대역을

커버하고 4times4 MIMO 기능을 수행할 수 있으며 아톰과 제논 프로세스가 탑재되어 최적의 성

능을 보장한다 특히 이 중에서 Atom C3000 Processor는 5G향에 최적으로 설계된 것으로

4times10Gbps Ethernet 지원 초저전력 가상화 지원 Seamless Reuse 기능 등을 탑재하고 있다

4 IBM amp Ericsson

가 에릭슨의 5G NR 서비스 동향

에릭슨은 2017년 Massive MIMO와 Multi-user MIMO를 지원하는 3GPP 5G NR 규격의 AIR

6468을 발표했다 이 제품은 64개의 TX 및 RX Antenna 어레이로 구성되어 있다 스마트 빔포

밍은 클라우드 RAN 아키텍처를 도입함으로써 가능하며 5G NR 뿐만 아니라 기존의 4G LTE

에도 대응이 가능하다 에릭슨은 자사의 AIR 6468이 최초의 5G NR향 Massive MIMO를 지원

하며 광대역 특성 LTE와 5G NR을 동시에 지원하는 호환성을 가지고 있고 강력한 SW기반

의 신호분석기 등이 내장되어 경쟁사 대비 우수한 특징을 보인다고 밝혔다

에릭슨은 2016년 호주의 텔스트라와 5G 시연에서 18~22Gbps의 전송속도를 확보했다 이

시연에는 에릭슨의 5G Radio Testbed가 사용되었으며 실재 야외 환경에서 5G를 시연한 최초

의 사례이다 20Gbps에 육박하는 초고속 데이터의 전송은 에릭슨의 독자적인 Massive MIMO

및 Multi-user MIMO 알고리즘 및 하드웨어로 인해 가능했다 또한 에릭슨은 2017년 2월 BMW

및 SKT와 170kmh의 이동속도에서 28GHz 밀리미터파 대역에서의 5G 신호 전송 시연을 통해

36Gbps의 전송속도를 달성했다 또한 에릭슨은 2017년 3월 서울 강남의 도심 밀집지역에

lt자료gt Samsung lt자료gt Intel

[그림 2] 삼성전자의 5G 지원 제품 Full Line-up [그림 3] 인텔의 5G향 모뎀 XMM 8060

5G RRC and ASIC modems

chipsets

5G Home router (CPS)

5G Radio base station (AU)

Next Generation

core

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

10

서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

12

이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

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따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

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19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

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로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

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[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

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25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

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27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

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서 4G LTE와 28GHz 밀리미터파 5G의 연동실험을 했다 5G NR을 위해서는 2times4 Single User

MIMO를 사용했으며 TDD 800MHz 대역폭을 사용하였다 한편 4G LTE 환경에서는 26GHz의

주파수에서 FDD 60MHz 대역폭을 사용했으며 4times4 Single User MIMO를 이용했다

나 IBM amp Ericsson의 5G NR 지원 부품 개발 동향

IBM과 에릭슨은 2017년 8월에 열린 5G Summit에서 5G향 밀리미터파 빔포밍 어레이를

합작으로 시연했다 이 부품의 특징은 IC 기반이며 위상과 크기를 직교적으로 컨트롤이 가능

하다는 점과 Antenna-in-Package로 제품을 구현한 점이다 또한 이 시제품은 세계 최초의 실

리콘 기반의 밀리미터파 안테나 어레이 IC라 할 수 있다 [그림 4]는 본 시연에 사용된 28GHz

밀리미터파 IC의 구조도를 나타낸다 그림과 같이 RF 위상 천이 구조를 도입하고 TRX는 안

테나 Passive Phase Shifter 그리고 Passive CombinerSplitter를 공유함으로써 복잡도를 최소화

하였다 IC는 2-step Sliding-IF 방식을 사용하며 이를 위해 28GHz RF 8GHz Internal IF 그리고

3GHz의 External IF가 사용되었다 8GHz Internal IF를 만들기 위해서는 20GHz의 RF-LO가 필

요한데 이는 5GHz의 외부 신호를 4체배함으로써 얻을 수 있다 실재 어레이의 Beam Resolution

은 14 도 이하를 확보하였다 또한 TX 단의 P1dB(Output Power at 1dB Gain Compression) 값

은 시뮬레이션보다 12dB 향상된 15dBm을 27~29GHz의 광대역에서 얻을 수 있었고 LNA(Low

Noise Amp)는 27~29GHz의 광대역에서 7dB 이하의 양호한 잡음지수를 얻었다 16개의 Monolithic

IC는 Global Foundry 013 SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었다 칩 사이즈는 158times108mm2

(a) 5G 밀리미터파 IC (b) 측정모듈

lt자료gt IBM amp Ericsson

[그림 4] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 및 측정 모듈

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

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이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

18

따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

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로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

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25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

기획시리즈-5G

11 정보통신기술진흥센터

[표 1] IBM amp Ericsson의 5G 밀리미터파 IC

(a) TRX 특성

Full IC performance

1 sample 27 samples μα

Temperature 25C 65C 85C 25C

TX

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 32plusmn40 27plusmn44 24plusmn45 3415plusmn4002

Single-path Op1dB(dBm) 14 141 139 13504

Single-path Psat(dBm) 164 166 162 1602

PA+switch peak effciency measured in full IC() 221 201 208 20506

3dB BW(GHz) 2

Op1dBPsat variation across 360degphase control(dB) lt01 lt02 lt05

RX Op1dBPsat variation across 8dB gain control(dB) lt01 lt05 lt2

Single-path gain plusmn Phase Invariant Gain Control(dB) 34plusmn40 31plusmn44 28plusmn45 3506plusmn4002

3dB BW(GHz) 15

Sub-block performance

LNA NF(dB) 37 41 43

LNA+switch+off=mode PANF(dB) 60 66 69

TXRX VGA gain control(dB) 8 88 91

TXRX VGA phase variation(deg) plusmn15 plusmn2 plusmn15

Phase shifter phase control(deg) 210 210 210

Phase shifter loss variation(dB) plusmn01 plusmn02 plusmn04

RX front end Ip 1dB(dBm) -225 -215 -215

(b) 경쟁사 비교표

구분 This work

(ISSCC 2017 IMS 2017

Anokiwave (AWMF-0129 Datasheet)

UCSD (RFIC 2017)

LG (RFIC 2017)

UCSD (IMS 2017)

Number of Antennas

64 64 32 8 4

Simultaneous polarizations

2 1 1 2 1

FE Elements in PackageBoard

128 64 32 16 4

Number of ICs 4 8 8 2 1

Input Interface IF 3GHz Not published RF 28GHz Baseband RF 28GHz

EIRP per polarization

54dBm (psat)

50dBm (P1dB)

41dBm(P1dB) 29GHz

315dBm (psat)

245dBm(P1dB) 29GHz

DC power per polarzation

132W(RX)+ 204W(TX)

54dBm EIRP

18W (average)

42W(RX)+ 64W(TX)

04W(RX)+ 068W(TX)

24dBm EIRP

042W(RX)+ 08W(TX)

IC Technology GF SiGe 8HP

130nm Not published

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

TSMC 28nm RF CMOS

Jazz SBC18H3 SiGe BiCMOS

lt자료gt IBM amp Ericsson

주간기술동향 2018 3 28

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12

이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

18

따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

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로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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wwwiitpkr

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

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이며 안테나는 Air Cavity로 패키징과 동시에 구현하였고 패키징 타입은 BGA(Ball Grid Array)

를 사용하였다

실재 측정은 [그림 4]와 같이 안테나 챔버에서 진행하였다 184m의 거리에서 64개의 어

레이 안테나를 사용하여 측정하였다 외부 LO에 52GHz를 인가하고 IF 신호에 3GHz를 인가

하였으며 28GHz RF 대역에서 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정해서 64 어레이

에서는 54dBm을 확보하였다 전체 Full Chip의 특성을 요약하여 [표 1]에 도시하였다 상온에

서 164dBm의 Psat(Output Saturation Power)를 보여 우수한 특성을 보였으며 감도에 영향을

미치는 LNA의 NF 또한 37dB로 우수하다 [표 1]의 비교표에서 보는 바와 같이 경쟁사 대비

칩의 효율 특성이 우수함을 알 수 있다

5 기타 기업 및 학계동향

가 5G 장비 세계 1위를 준비하는 화웨이

2017년 11월 LG U+와 화웨이는 서울의 강남에서 세계 최초로 5G 광역 테스트를 진행했

다 이 네트워크는 35GHz와 28GHz의 연동을 포함하고 있으며 4K고화질의 전송으로 고속 전

송 이종간의 연결 셀 간 핸드오브를 검증하였다 35GHz 대역에서 1Gbps의 속도를 밀리미터

파 대역에서는 5Gbps 이상의 속도를 확보했다 35GHz와 28GHz의 Dual Connectivity 상황에서

는 최대 20Gbps의 속도를 달성하기도 했다 이동성에서의 안정적 속도를 보기 위해서 이동 버

스와 드론에서 4K 고화질 영상을 전송하는 시연을 했다 이번 시연은 특히 화웨이의 5G 기지

국 시제품과 앞서 언급한 인텔의 5G Mobile Trial Platform을 이용하여 실시되었다 이를 위해

화웨이는 2017년 상반기에 인텔과 가상화 기반 구축에 관해 협업한 바가 있다 이 밖에 화웨

이는 2017년 1월에 싱가포르의 StarHub와 5G 시범전송을 진행하여 밀리미터파 대역에서 최

대 35Gbps를 달성했으며 호주의 Optus와는 11월에 73GHz의 밀리미터파 대역에서 Polar 코

드 코딩으로 최대 35Gbps의 전송속도를 안정적으로 확보했다 화웨이는 유럽에서도 5G의 승

기를 잡기 위해 분주히 움직이고 있다 2017년 9월 도이치텔레콤과 베를린에서 3GPP Rel 15

5G NR 규격(NSA)에 기반한 전송시험을 진행하였다 37GHz 의 주파수 대역에서 진행된 이번

연동시험에서 2Gbps의 전송속도와 3msec의 저지연을 달성하였다

또한 2017년 12월에 화웨이와 썬라이즈는 클라우드 기반으로 종단간의 5G 성능 테스트

를 4K 고화질 VR 영상의 전송으로 검증하였다 다운로드 속도는 32Gbps였으며 모바일 인터

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

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따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

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로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

주간기술동향 2018 3 28

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

주간기술동향 2018 3 28

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

26

로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

기획시리즈-5G

13 정보통신기술진흥센터

넷 링크 속도로는 세계 최고 수준이었다 한편 2017년 9월 화웨이는 일본의 소프트뱅크와 5G

네트워크를 시범적으로 구성하고 초고용량 데이터 전송과 저지연 실험을 진행하였다 저지

연 특성을 측정하기 위해 카메라 인지로 상황을 판단하고 이 정보를 5G 코어망과 기지국을

통해 로봇이 위치한 서버에서 실재의 로봇 Arm 종단까지 정보를 전달하는 과정에서 2ms의

저지연 속도를 확보하였다

나 5G향 밀리미터파 RF 신생기업 모반디

2017년 9월 모반디는 안테나 어레이와 기지국 인터페이스를 포함하는 RF 프론트엔드 제

품인 BeamX를 MWCA(Mobile World Congress America)에서 발표하였다 BeamX는 경쟁사 대

비 30 이상의 전력전송 효율 5dB 이상의 감도성능을 가지며 28GHz와 39GHz에서 동작하는

모듈제품이다 모반디는 이 제품으로 LOS(Line of Sight) 환경에서 400미터 거리까지 안정적으

로 5Gbps를 전송했다 안테나 어레이는 최대 64개이며 Chip in Package로 알려졌다 모듈은

기지국까지 IQ 신호로 연결되며 SDI(Serial Digital Interface)로 컨트롤된다 특히 모반디의 칩은

상대적으로 저가인 CMOS 공정으로 제작되었다

다 5G향 밀리미터파 IC 특화 기업 Anokiwave

2017년 10월 5G향 밀리미터파 IC 특화기업 Anokiwave는 256개의 Active Antenna Array

로 구성된 Innovator Kits AWA-0134를 발표했다 이 킷은 265~295GHz 5G Quad Core IC로 저

지연 빔스티어링이 가능한 AWMF-0108이 중요한 역할을 한다 이 IC는 세계 최초의 28GHz 대

역의 재구성 가능한 256개의 Phased Array 제품으로 알려져 있다 또한 AWMF-0108은 4개

의 TRx Radiating Elements를 가지며 5bit로 위상과 이득을 제어하며 빔스티어링을 지원한다

Tx 모드에서 9dBm의 출력전력과 26dB의 송신 이득을 가지며 수신모드에서는 28dB의 이득

5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3를 가진다

한편 Anokiwave는 2425~275GHz의 K-band Silicon 5G Quad Core IC인 AWMF-0135도 발

표했다 AWMF-0135 는 RTX 가 Half 듀플렉스 방식으로 동작하며 5bit 로 위상과 이득을 제어

한다 Transmission Mode에서는 23dB의 이득과 10dBm의 출력전력을 가지며 Receiver Mode에

서는 26dB의 이득과 5dB의 NF 그리고 -28dBm의 IIP3 값을 가진다 18V에서 동작을 하며

10dBm의 최대 출력에서 09W의 DC 전력을 소비하고 48핀 QFN(Quad Flat No-leads) 패키징

을 이용한다

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

18

따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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wwwiitpkr

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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wwwiitpkr

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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wwwiitpkr

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

주간기술동향 2018 3 28

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라 5G향 밀리미터파 IC 연구기관 UCSD

2017년 2월 UCSD(University of Cal San Diego)는 5G향 Phased Array 칩셋을 개발하고 30미

터의 거리에서 최대 12Gbps의 전송률을 달성했다고 발표했다 칩은 타워재즈사의 SiGe BiCMOS

공정으로 제작되었으며 28~31GHz의 밀리미터파 대역을 지원한다 신호는 64-QAM(Quadrature

Amplitude Modulation 직교진폭변조) 신호로 변조했으며 30미터의 거리에서 5의 EVM(Error

Vector Magnitude)을 달성했다 칩은 SiGe BiCMOS로 제작되었으며 32 Phased Array 안테나와

의 실장은 ML-PCB(Multi Layer Printed Circuit Board)를 이용했다 출력전력은 최대 20dBm이며

20의 효율을 나타내었다 또한 수신단의 저잡음증폭기의 경우 24dB의 잡음지수를 가진다

한편 UCSD는 2017년 12월에 보다 향상된 64 Elements의 Phased Array 칩 안테나 모듈을 발

표하고 키사이트의 5G 전용 장비인 UXM으로 시연하였다 이 장비는 자체적으로 빔포밍 알고

리즘과 저지연 테스트가 가능하게 구성되어 있다 현재까지 Pre-5G Tech Forum의 표준을 준

용하여 측정 알고리즘이 탑재되어 있으며 표준화의 진행에 맞춰 알고리즘들을 업데이트 할

수 있다 [그림 6]은 UCSD에서 제작한 5Gg향 64 Phased Array RFIC Antenna이다

III 결론 및 시사점

새로운 이동통신표준인 5G가 2020년 상용화를 목표로 하고 있는 가운데 표준 서비스

시스템 부품 등 각 분야에서 분주한 움직임을 보이고 있다 한국은 2018년 평창올림픽과 맞

물려 5G 시장을 선점하기 위해 ldquoPre 5G 표준rdquo을 정해 서비스를 선보였다 통신 시장에서의

lt자료gt Movandi lt자료gt UCSD

[그림 5] 모반디사의 5G 밀리미터파 RF

프론트엔드 Array 모듈

lt자료gt UCSD lt자료gt UCSD

[그림 6] UCSD의 28GHz 5향 64 Phased Arrayed

RFIC Antenna 모듈

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

18

따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

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20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

기획시리즈-5G

15 정보통신기술진흥센터

캐시카우는 단말 및 부품임은 부정할 수 없는 사실이다 현재 5G의 핵심 단말 부품군인 모

뎀과 RF 등은 퀄컴 인텔 삼성 등의 대기업들을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있다 퀄

컴은 4G까지의 선도적 지위를 그대로 유지하기 위해 5G 부품에서도 경쟁력 있는 시제품들을

발표하고 있으며 인텔은 PC 시장에 주력하다가 스마트폰 등의 모바일 단말 부품에 소홀히

했던 실기를 다시 반복하지 않기 위해 5G 부품 개발에 심혈을 기울이고 있다 삼성 또한 일

찍부터 밀리미터파 부품을 위시한 5G 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 버라이즌과 같은

미국 통신사업자의 시범 서비스의 부품 공급 파트너로 선정되기도 했다 지금까지는 그런대

로 추세를 잘 따라주고 있지만 진검승부는 2020년 이후 본격적으로 5G 시장이 성장할 때 시

작될 것이다 다만 미국의 경우 5G의 진입장벽 중 하나인 밀리미터파 대역의 어레이 부품군

에서 독자적인 기술력을 가진 신생 벤처들이 많이 생겨나면서 조화를 이루고 있는 반면 국내

의 경우는 삼성과 같은 대기업에 부품 개발의 포커스가 맞춰져 있는 점은 여전히 아쉽다 단

말 및 시스템 부품이라는 관점에서만 봤을 때 국내의 중소기업들은 주로 핵심 부품을 수입

해서 조립가공으로 통신시스템을 제조해 왔고 그런 만큼 포화된 시장을 버텨 내기가 힘들었

다 모처럼 맞고 있는 5G의 도래와 이로 말미암은 향후 10여년의 통신 호황기에 중소기업들

이 성장하기 위해서는 표준이 완료되는 시점에서 독자적이고 경쟁력 있는 기술을 바탕으로

제품을 공급할 준비를 해야 할 시기가 아닌가 한다

[ 참고문헌 ]

[1] B Sadhu et al ldquoA 28GHz 32-element Phased-array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized

Beams amp 14 Degree Beam-steering Resolution for 5G Communicationrdquo IEEE JSSC Vol 52 2017

pp3373-3391

[2] Erik Ekudden ldquoInnovation in The 5G Network Platform Ericssonrdquo Ericsson Mobility Report 2017 3

[3] Qualcomm ldquoMaking 5G NR a Commercial Realityrdquo Qualcomm Tech Report 2017 12

[4] Qualcomm ldquoThe Promise of 5G mmWaverdquo Qualcomm Tech Report 2016 6

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

16

이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

18

따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

24

집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

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26

로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

주간기술동향 2018 3 28

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이승훈

가천대학교 에너지 IT 교수

I 서론

최근 테슬라는 8만 파운드급 우리 기준으로는 35톤급 전기 트럭인 Semi를 발표했다([그

림 1] 참조) 이 과정에서 한 가지 아주 중요한 기술적인 목표를 발표했는데 35톤 트럭을 한

번의 완전 충전으로 800km를 이동할 수 있게 하겠다는 점이다

일반적인 물리학의 원칙상 35톤 무게의 트럭을 1km 움직이기 위해서는 대략 1kWh의 전

기 에너지가 필요하다1) 그렇기 때문에 Semi가 한번 충전으로 800km를 이동하기 위해서는 적

어도 800kWh라는 엄청난 용량의 배터리를 가지고 있어야 한다 즉 트럭의 본체에 800kWh분

의 에너지를 담은 배터리를 싣고 다녀야 한다는 의미다 800kWh 용량의 배터리는 엔트리급

전기차인 현대차의 아이오닉 EV 배터리의 28배가 넘는 크기[2]이며 테슬라의 최고 사양 모

델인 모델S P100D 배터리의 8배에 달하는 엄

청난 크기이다2) 테슬라가 약속한 Semi의 출

시연도는 2019년이다 테슬라가 이 약속을 지

키기 위해서는 두 가지 풀어야 할 과제가 존

재한다 첫 번째 과제는 현재의 배터리 가격

이 충분히 하락해야 한다는 것이고3) 두 번

째 과제는 많은 에너지를 제한된 공간에 담

기 위해 배터리 영역의 기술적 진보가 있어

야 한다는 점이다

본 내용은 가천대학교 이승훈 교수( 031-750-8561 iloverochgmailcom)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

1) 테슬라는 Semi의 에너지 효율이 2kWh마일 이하라고 하였다 대략 1kWhkm와 비슷한 수준의 에너지 효율을 가질 것으로 예

상할 수 있다

2) 현대차의 아이오닉 EV의 배터리 용량은 28kWh이며 테슬라의 모델S P100D의 배터리 용량은 100kWh이다 3) 테슬라는 Semi를 발표하면 판매가격을 18만 달러로 책정하였다 기존의 디젤 트럭과 총비용을 비교하면 충분히 경쟁력 있는

가격이지만 이 가격이 현실이 되기 위해서는 배터리 가격이 충분히 하락해야 한다는 전제가 필요하다

에너지 컴퍼니 테슬라 - 지속 가능한 지구를 위하여 -

lt자료gt httpswwwtheengineercouk

[그림 1] 테슬라 전기트럭 세미

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

18

따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

22

2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

주간기술동향 2018 3 28

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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wwwiitpkr

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

ICT 신기술

17 정보통신기술진흥센터

그렇다면 전기차의 원재료에 가까운 배터리라는 영역에서 가격의 인하와 기술적 진보는

누가 이루어야 할까 일반적인 상식으로는 자동차 생산 기업의 역할은 아닐 것이다 LG화학

을 비롯하여 삼성 SDI SK 이노베이션 등 배터리를 전문적으로 개발하고 생산하는 배터리 전

문 기업의 역할로 이해하기가 쉬울 것이다 하지만 테슬라는 이러한 도전적인 미션을 직접

수행할 뿐 아니라 누구보다도 앞서서 적극적으로 노력하고 있다 사실 테슬라는 일런 머스크

(Elon Musk)라는 걸출한 인물에 의해서 만들어진 전기자동차 회사로 주로 알려져 있다 하지

만 테슬라가 추구하는 기업의 본질은 자동차 기업인 테슬라 모터스(Tesla Motors)가 아니라

배터리 기업 더 나아가 에너지 기업으로서의 테슬라(Tesla)이다4)

본 고에서는 자동차 회사로서의 테슬라가 아닌 에너지 회사로서의 테슬라에 대한 고찰을

해보고자 한다 테슬라의 재무상태와 현재 진행하고 있는 거대한 프로젝트들에 대한 우려 그

리고 당면한 Model 3 생산의 차질 등으로 최근 테슬라를 바라보는 시각이 곱지 않다 하지만

대부분의 사람들은 테슬라가 하고자 하는 바가 무엇인지 잘 이해하지 못하고 있다 2017년 신

재생에너지 분야에 대한 평가를 보면 가장 큰 장애요소로 ldquo에너지 저장장치rdquo를 꼽고 있다[3]

태양광도 풍력도 기술적 진보를 통해 충분한 경쟁력을 확보해 나가고 있는데 반해 에너지 저

장장치의 발전 속도가 느리다는 것이다 이 문제의 중심에 테슬라가 있다

II 배터리의 진화

배터리의 진화는 여러 가지 각도에서 살펴볼 수 있다 우선 배터리에 사용되는 소재의 진

화인데 이 부분의 분석은 많은 변동성을 갖고 있기에 여기에서는 제외하고자 한다 아직 검

증되지 않은 부분이 너무 많기 때문이다 본 고에서는 리튬이온 배터리를 가정하고 첫째 배

터리의 생산가격이 얼마까지 하락할 수 있을 것인가 둘째 에너지 무게 혹은 부피 밀도가 얼

마나 하락할 수 있을 것인가에 대해 분석해 본다

1 가격

현재 테슬라 Semi는 두 가지 종류를 발표했는데 한 번의 완전 충전으로 갈수 있는 거리에

4) 테슬라는 2017년 사명을 Tesla Motors에서 Tesla로 변경하였다

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따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

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로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

주간기술동향 2018 3 28

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따라 500km(300마일)용과 800km(500마일)용이 있다 500km용의 가격은 15만 달러고 800km

용의 가격은 18만 달러이다 아직은 상세한 스펙을 공개하지 않았지만 두 가지 모델의 주행

가능 거리(다시 말하면 다른 용량의 배터리)에 따라 다른 가격을 제시했기에 방정식을 풀어

보면 배터리를 제외한 트럭의 원가를 대략 추정할 수 있다 3만 달러의 차이로 300km의 주행

거리 차이가 발생하고 1km 주행에 약 1kWh의 배터리가 사용되므로 3만 달러에 해당하는 배

터리 용량은 300kWh이다 즉 배터리를 제외한 트럭의 가격은 10만 달러 수준이고 5만 달러

8만 달러를 각기 배터리 원가로 생각할 수 있다 따라서 테슬라 Semi의 1kWh당 배터리 가

격을 추정해보면 약 100달러로 산출된다 테슬라가 가지고 있던 기존의 배터리 원가 목표였던

150달러를 다시 100달러로 내려 잡은 모습이다

신재생에너지의 중요성이 증대되고 에너지 수요와 생산이 매칭되기 힘들어짐에 따라 배

터리의 중요성은 점점 더 커져 가고 있다 한편 점점 보편화되어 가는 모바일 기기들에서도

배터리의 성능이 모바일 기기 성능의 가장 중요한 요소가 되고 있다 최근 벌어진 애플의 배

터리 노후화와 고의적 성능 저하에 따른 문제도 결국은 배터리의 문제로 이해해야 할 것이다

현재 가장 안정적이면서 원가 경쟁력을 가진 배터리는 리튬이온 배터리로 그 생산가격의 하

락은 눈부시게 이루어지고 있다

[그림 2]의 블룸버그 시장조사를 보면 2016년에 리튬이온 배터리의 배터리 팩 가격은 1kWh

에 273달러까지 하락한 것으로 나타나고 있다[4] 2017년에도 기존의 추세가 이어졌다면 그

BNEF lithium-ion battery price survey 2010~16($kWh)

주) This includes cells plus pack prices For years where there were two surveys the data in this chart is an average for the year

lt자료gt Bloomberg New Energy Finance

[그림 2] 리튬이온 배터리 가격 동향

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

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20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

22

2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

ICT 신기술

19 정보통신기술진흥센터

가격은 250달러 아래까지 내려왔을 가능성이 있다 그런데 이를 150달러 나아가 100달러까

지 내리겠다는 것이 테슬라의 생각이다 그렇다면 과연 테슬라가 현재 1kWh 당 250 달러 수

준인 배터리의 가격을 150달러를 넘어 100 달러대까지 낮출 수 있을까 이것이 Semi를 계

획대로 출시하기 위해 풀어야 하는 테슬라의 첫 번째 과제이다

결국 1kWh당 150달러이든 100달러이든 배터리 가격 하락의 열쇠는 규모의 경제의 달성

에 있을 것이다 테슬라가 어떻게 규모의 경제를 달성하기 위해 노력하고 있는지는 뒤에서

보다 자세히 살펴보겠다

2 에너지 밀도

에너지 밀도는 동일한 부피에 집적될 수 있는 에너지의 양을 의미하는데 테슬라 Semi는

800kWh라는 에너지를 저장할 수 있는 배터리를 좁은 공간에 설치해야 한다는 문제를 갖고 있

다 또한 멀리 가기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하고 많은 양의 에너지를 저장하는 저

장장치를 장착하게 되면 그만큼 차체는 무거워진다 게다가 차체가 무거워지면 그만큼 에너

지 효율이 떨어지게 된다5) 즉 배터리가 부피와 무게 측면에서 작고 가벼워지면서 많은 양의

에너지를 저장할 수 있어야 한다는 것이다 아울러 배터리에 많은 양의 에너지가 저장됨에

따라 발생하는 발열 문제와 충격 문제 역시 해결해야 한다

테슬라는 승용차 모델인 Model S를 생산

하면서 배터리팩을 차체의 바닥에 설치하였

다 [그림 3]과 같이 차량 바닥에 배터리팩을

설치하는 것을 시작으로 전기차 플랫폼을 본

질적으로 다시 설계한 것이다 이 결과 이전

과는 달리 최대 100kWh에 달하는 아주 많은

양의 배터리를 장착할 수 있게 되었다6) 장

착된 배터리 양이 많다 보니 한번의 충전으

5) 테슬라의 모델S 90D 모델은 90kWh의 대용량 배터리를 채용하고 있어 공차중량이 2000kg을 넘고 연비는 약 5kmkWh 수준

이다 이에 비해 현대차의 아이오닉 EV는 28kWh 배터리를 채용하여 공차중량은 1400kg 수준에 연비는 상대적으로 높은

63kmkWh 수준이다 물론 전기차의 연비가 배터리 무게에 좌우되는 것은 아니지만 차량 자체의 무게와는 충분한 연관성이

있다

6) 기존에 생산되던 전기차들은 내연기관 플랫폼을 그대로 사용하여 트렁크 등의 남는 공간에 20~30kWh 용량의 작은 배터리를

적용했지만 테슬라의 모델S는 전기차 전용 플랫폼을 개발하여 차량 바닥에 90~100kWh의 배터리를 적용하였다

lt자료gt httpsinsideevscom

[그림 3] 테슬라 모델 S의 배터리팩 모습

주간기술동향 2018 3 28

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20

로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

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23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

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25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

주간기술동향 2018 3 28

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로 갈 수 있는 거리가 늘어나 전기차가 드디어 방전의 공포에서 벗어나 시장성을 확보하게

된 것이다 그리고 배터리팩을 차체 바닥에 설치함에 따라 차량의 무게중심이 내려가는 부가

적인 장점도 갖게 되었다 물론 예상되었던 발열이나 파손 충격 등의 문제도 거의 완벽히 해

결함으로써 배터리를 묶는 기술 즉 배터리팩 기술에서의 진보도 만들어냈다

하지만 Semi의 경우에는 해결해야 하는 문제의 난이도가 좀 더 높아 보인다 승용차와 트

럭 간의 차체 면적의 차이를 약 2배 정도로 가정하면 테슬라의 Semi는 모델S에 비해서 최

대 2배의 바닥 면적을 갖는다고 가정할 수 있다7) 모델 S가 현재 최대 100kWh의 배터리를

장착하고 있기에 Semi의 최대 배터리 적재 용량은 200kWh로 간단히 예상할 수 있다 즉 면

적 기준으로 200kWh를 장착한다면 800kWh를 장착하기 위해서는 2층으로 쌓더라도 현재의

기준으로는 두 배 정도 에너지 밀도를 올려야 한다 기구적으로 배터리를 2층 이상으로 쌓는

다는 것도 가정할 수 있지만 리튬이온 배터리의 최대 단점인 발열을 생각하면 쉽지 않은 가

정이기 때문이다

무게 역시 중요한 문제이다 현재 리튬이온 배터리는 평균적으로 1kg에 약 150W 수준의

무게밀도를 가지고 있다 역으로 환산하면 1kWh 배터리의 무게가 65kg 정도인 것이다 앞서

언급한 100kWh 배터리를 장착한 모델S 100D로 계산을 해보면 배터리 무게만 약 650kg이다

모델 S 100D의 차체중량이 2196kg이니 전체 무게에서 약 30를 차지하고 있다 이를 Semi

에 그대로 대입하면 배터리 무게만 5200kg에 달하게 된다 트럭의 경우 자체 무게가 무겁다

는 것은 그만큼 힘이 더 든다는 의미가 된다 즉 부피밀도뿐 아니라 무게밀도에 있어서도 상

당한 개선이 있어야만 한다는 이야기다

이런 상황에서 테슬라는 기존에 안정적으로 사용하던 18650 원통형 배터리를 2170으로 바

꾸면서 이러한 에너지 밀도의 문제를 해결하려는 모습을 보이고 있다 [표 1]은 현재 테슬라

가 발표한 새로운 배터리셀인 2170과 기존의 18650에 대한 스펙을 비교한 것이다 정확한 발

표가 이루어지지 않았기에 테슬라의 발표를 바탕으로 추정해 보았다

먼저 이 변화는 에너지의 부피밀도와 무게밀도 측면에서 모두 15 정도의 개선을 만들어

냈다 아울러 테슬라가 목표로 하고 있는 전류 6000mAh를 달성하게 되면 5를 더해 20의

에너지 밀도 상승이 가능하게 된다 물론 이 정도 개선으로 배터리의 부피와 무게가 가지고

7) 테슬라 모델S와 대표적인 트레일러 트럭인 피터빌트 379 모델의 전장과 전폭을 비교해보면 피터빌트 379가 대략 15배 정

도의 면적을 갖는다

ICT 신기술

21 정보통신기술진흥센터

[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

lt자료gt wwwteslacom

있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

주간기술동향 2018 3 28

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

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25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

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조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

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[표 1] 테슬라의 배터리 사양 비교(18650 vs 2170)

구분 부피 중량 전압 전류 전력양 부피밀도 무게밀도

mm3 g V mAh Wh Whmm3 Whg

18650 1653 45 37 3400 12582 0761 0280

2170 2423 66 37 5750 21275 0878 0322

47 47 - 69 69 15 15

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있는 문제점이 완벽히 해결되지는 않지만 2170 배터리가 상대적으로 가지고 있는 품질관리

(QC) 등 단셀 품질의 향상과 향후 에너지 밀도를 높일 수 있는 여지 등으로 그 가능성은 조

금씩 높아질 것이다

III 에너지 컴퍼니 테슬라

언급했던 두 가지 문제 즉 배터리 가격의 문제와 에너지 밀도의 문제에 대해서 테슬라는

상당히 적극적인 대응을 하고 있다 테슬라를 자동차 회사가 아닌 에너지 회사로 재정의해야

하는 이유는 여기에 있다 주기적으로 이루어지고 있는 테슬라의 전기차에 대한 발표는 시장

에 많은 반향을 일으키고 있으며 드러나고 있진 않지만 그 혁신의 대부분은 에너지 저장장

치인 배터리에 있기 때문이다 이제 전기자동차 회사가 아닌 에너지 컴퍼니 테슬라에 대해

살펴본다

테슬라의 미션은 ldquoAccelerate the worldrsquos transition to sustainable energyrdquo(세계의 지속 가

능 에너지 체제로의 전환을 앞당긴다)이다 고갈되어 가는 그리고 지구 온난화의 주범으로

인식되고 있는 화석에너지 중심에서 친환경에너지 체제로의 전환을 기업의 목표로 갖고 있

는 곳이 바로 우리에게는 전기자동차 회사로 인식되고 있는 테슬라(Tesla)이다 2012 년 모델

S라는 획기적인 전기차를 만들어냄으로써 전기차가 단순히 친환경적인 차가 아니라 모든 면

에서 우수한 차라는 평가를 만들어낸 기업이다 그 기업의 미션이 바로 세계의 지속 가능한

에너지 체제로의 전환을 앞당기는 것이다 때때로 미션은 조금 거창하기도 하고 현실과 동떨

어지기도 한다 물론 그런 핑계로 테슬라의 미션 역시 그럴듯한 멋진 말 정도로 치부해 버릴

수도 있을 것이다 하지만 테슬라라는 기업을 조금 더 들여다보면 이 미션이 어떤 의미를 갖

는지 정확히 알 수 있다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

주간기술동향 2018 3 28

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

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2016년 테슬라의 일론 머스크는 자신이 대주주로 있

던 솔라시티(Solar City)를 테슬라에 합병한다 솔라시티

를 26억 달러 가치로 산정하여 솔라시티 한 주 당 테슬

라 주식 011 주를 발행하여 솔라시티를 테슬라의 일부

분으로 만든 것이다 물론 합병 전에도 솔라시티는 테

슬라의 급속충전소인 슈퍼차저를 운영하였기에 사업적

인 연관성은 존재했었다 하지만 태양광 설치 및 임대

사업을 영위한 솔라시티와 테슬라 간에 직접적인 사업

적 연관성은 존재하지 않았다 하지만 위에 언급한 테슬라의 미션을 보면 이 합병이 의미하

는 바를 이해할 수 있고 또한 이 합병에 배터리라는 아주 중요한 요소가 존재한다는 것을

알 수 있다

현재 테슬라는 본래의 업이던 전기차 사업과 합병한 솔라시티의 태양광 사업([그림 4] 참

조) 두 가지 사업을 갖고 있으며 그 중 태양광 사업에 대해서 조금 더 자세히 알아보고자

한다 미국의 태양광 시장을 보면 2016년을 시작으로 태양광 발전은 전국 신규 전력용량 증

설에서 30를 차지함으로써 새로이 늘어나는 전력공급에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다

보조금의 영향이 있기는 하지만 2017년 3분기에만 미국에서는 태양광 발전이 2GW가 늘어났

다 이는 8분기 연속으로 분기 용량 증설이 2GW를 초과한 것으로 태양광은 이제 미국 신재

생의 중심이 되고 있다 비록 2017년을 기점으로 성장세가 다소 둔화되었지만 자신의 지붕에

솔라패널을 설치하려는 사람들이 여전히 존재하고 있음을 의미한다

이 시장에서 테슬라의 솔라시티는 전체 개인주택 시장에서 35의 점유율을 차지하여 리

더의 자리에 위치하고 있으며 누적 기준 현재 약 32GW의 발전 용량을 갖고 있다 현재 한국

의 전체 태양광 발전 용량이 57GW 수준임을 감안하면 그 규모(한국 전체 태양광 발전 양의

50를 넘음)를 이해할 수 있다

신재생에너지 생산비용이 일반적으로 그리드에 연결하여 사용하는 전기요금보다 낮아지

는 것을 그리드 패리티(Grid Prity)라고 하며 주 별로 전기요금이 상이한 미국에서는 [그림 5]

와 같이 이미 20개 주가 그리드 패리티에 도달하였다 즉 일조량이 충분한 주에서는 정부의

별도의 지원이 없이도 태양광이 발전원으로서 충분한 경제성을 지녔다는 의미이다

이제 갓 상용화 단계에 진입한 테슬라의 솔라루프(Solar Roof)는 [그림 6]을 기준으로 간단

lt자료gt httpgreensourceenergy

[그림 4] 솔라시티 비즈니스 모델

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

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집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

ICT 신기술

23 정보통신기술진흥센터

히 경제성을 살펴보면 3만 달러의 투자로 매일 30kWh 전력을 생산할 수 있는 태양광 설비(일

조시간을 6시간으로 볼 경우 5kW 용량의 장

비설치 시)를 설치할 수 있다 미국 평균 가

구의 월 전력 사용량인 900kWh를 감안하면

모든 전력소비를 태양광으로 충족시킬 수

있다는 결론이 나온다 물론 2만 달러라는 실

질적인 투자비는8) 최소 30년에 달하는 태양

광 패널의 발전 보증 기간 동안 원래 매달

지불해야 하는 전기요금과 비교해도 경제적

으로 의미 있는 투자이다9)

문제는 전력을 생산하는 시간대와 소비하는 시간대가 상이하다는 것과 태양광이 가진 예

측 불가능성을 어떻게 극복할 것인가이다 이미 태양광이 보편화되기 시작한 미국의 캘리포

니아에서는 전력 수요의 피크타임이 기존의 낮 시간대에서 저녁으로 이동하는 모습을 보이

고 있다 [그림 7]의 그래프 모양새가 오리와 비슷하여 Duck Curve라는 이름을 붙이고 있는데

이는 태양광 발전으로 인해 낮 시간의 수요가 태양광 발전으로 소화되고 전력 수요가 저녁에

8) 현재 미국은 태양광 발전 시설에 대해 투자세액공제 30 지원 정책을 운영하고 있다

9) 미국의 평균 전기요금은 1265센트kWh이고 월 900kWh의 전력을 30년 동안 사용하면 총 전기요금은 약 41000 달러이다

lt자료gt wwwteslacom

[그림 6] 솔라루프를 지붕으로 채용한 주택 전경

주) Grid parity metries account for all NEM and rate reforms currently in effect for modeled utlities

lt자료gt GTM Research 20 US States At Grid Parity For Residental Solar

[그림 5] 미국 주별 태양광 발전단가 비교 그래프

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

24

집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

26

로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

24

집중되기 때문이다 즉 일반적으로 낮 시간대에 피크타임이 존재하여 이를 해결하기 위한

방안들이 이미 운영되고 있는 기존의 전기 발전에 대한 사고방식이 태양광의 도입으로 새롭

게 변화해야 하는 상황이 발생하고 있다

게다가 그리드 패리티에 도달한 주가 점점 많아지면서 혜택에 대한 형평성의 문제도 이

슈가 되고 있다 즉 태양광에 너무 많은 혜택을 주고 있다는 주장이 제기되기 시작한 것이다

이미 패널의 생산 비용이 충분히 저렴해져서 일부 주에서는 일반적인 그리드와 충분히 경쟁

이 될만한 상황인데도 여전히 투자세액공제나 넷미터링과 같은 혜택이 너무 많다는 지적이

다 넷미터링은 신재생으로 생산한 전기만큼 발전가구의 전기 사용 미터를 거꾸로 돌려주는

방식으로 전기를 전력사업자가 매입해주는 방식을 의미한다

위에서 간단히 계산한 솔라루프의 경제성 분석 결과 역시 태양광 패널을 통해 생산된 전

력의 100를 모두 사용했다는 것이 전제된 결과이므로 만약 넷미터링 제도가 사라지거나 세제

혜택이 줄어드는 방향으로 제도가 변경되면 태양광의 매력도는 크게 줄어들 것이다

피크타임의 변화와 넷미터링의 정책 일몰과 같은 시장의 변화를 수용하기 위한 가장 좋

은 방법은 에너지 저장장치에 있다 태양이 좋을 때 생산한 전력을 에너지 저장장치에 저장

하여 태양이 없는 저녁에 사용하는 방법으로 특별한 제도의 혜택 없이도 스스로가 생산한 전

lt자료gt wwwgreentechmediacom

[그림 7] Duck Curve 그래프 모습

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

ICT 신기술

25 정보통신기술진흥센터

력을 100 소비할 수 있도록 하는 것이다 즉 가정용 ESS의 적극적인 보급이 태양광의 보급

의 성공에 필수적인 요소라고 할 수 있다

테슬라는 이 문제의 해결을 위해 가정용 에너지 저장장치인 Powerwall을 만들어 공급하고

있다 현재 공급하고 있는 14kWh 용량의 Powerwall 2는 소비자 가격이 7000달러 수준(설치비

1500달러 포함)으로 인버터를 내장하고 있다고 하더라도 다소 부담스러운 수준이다 하지만

솔라시티의 태양광과 전기자동차가 만나는 부분이 바로 이 지점이다 Powerwall 2의 가격에서

설치비를 제외하고 대략적인 인버터 가격 1500달러를 제외하면 배터리만의 가격을 대략 4000

달러로 예상할 수 있다 즉 1kWh당 가격은 285달러 수준이 된다 또한 테슬라의 전기자동

차 역시 현재 배터리 비용이 차량 전체 비용 중 대략 25~30 정도로 알려져 있기 때문에

1kWh당 가격은 약 250달러 수준이 될 것이다 결국 배터리 가격이 하락해야 테슬라의 태양

광 사업과 전기차 사업 모두 경쟁력을 가지며 소비자의 수용 가능성을 높일 수 있게 된다는

의미이다

IV 기가팩토리

테슬라가 배터리 생산가격을 하락시키기 위해 선택한 방법은 규모의 경제이다 배터리의

생산규모를 늘리면 자연스레 생산단가는 떨어질 것이라는 예측이다 이 예측은 이미 리튬이

온 배터리의 지속적 가격 인하를 통해 증명되어 왔다 하지만 테슬라가 돌파해야 하는 구간

은 그 효율이 이미 많이 올라간 구간이라는

것이 문제이다

2016년 7월 테슬라는 네바다에 기가팩토리

[그림 8]를 일부 오픈했다 기기팩토리의 전체

21개 구획 중 14인 3개 구획에 전기차를 위

한 배터리팩 생산공정을 오픈하였다 예상되는

전체 공장의 완공은 2020년으로 예상되며 2020

년 전체 공장의 완공을 통해 전기차와 Powerwall

2에 사용되는 배터리의 가격을 30 정도 하락

시킬 수 있을 것으로 보고 있다 2020년에 목표

lt자료gt enwikipediaorg

[그림 8] 건설 중인 기가팩토리 전경

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

26

로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

28

[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

주간기술동향 2018 3 28

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26

로 하고 있는 배터리 가격은 1kWh에 100달러 수준이다 2018년에 예상되는 배터리의 총 생

산규모는 50GWh이며 2020년 완공 시에 예상되는 생산규모는 150GWh이다 2015년 기준으

로 전세계 리튬이온 배터리의 생산량이 35GWh 수준임을 감안하면 어마어마한 수준이다

테슬라가 배터리에 사운을 걸고 있는 것은 이미 설명한 것처럼 명백하다 테슬라가 달성

해야 할 과제가 단지 배터리 생산단가의 하락뿐만 아니라 한해 50만 대의 전기차를 생산할 만

한 수준의 생산 능력을 갖춰야 하는 상황이기도 하기 때문이다 규모의 경제를 통해 생산가

격의 하락과 규모 그 자체를 확보해야 하는 것이다

V 결론 및 시사점

이미 언급한 바와 같이 미국의 일반적인 가정은 매월 900kWh의 전기를 소비한다 테슬라

의 모델S는 1kWh당 약 5km를 달릴 수 있다 일반적인 월 주행거리를 1500km 정도로 보면

전기차를 위해 추가로 필요한 전력량은 월 300kWh이다 앞서 가정한 5kW 태양광 발전에 전

기차 충전을 위한 2kW 용량을 추가하여 지붕에 총 7kW의 태양광 패널을 설치한다고 가정하면

월 생산하는 전력은 1260kWh가 되어 오로지 태양광만으로 자동차 운행과 가정용 전력소비가

가능하다

테슬라의 생각을 한국에 적용해봐도 충분히 의미 있는 계산이 가능하다 한국의 평균 일

lt자료gt wwwteslacom

[그림 9] 테슬라가 지향하는 에너지 자립 하우스 모습

ICT 신기술

27 정보통신기술진흥센터

조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

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조시간은 약 36 시간으로 미국의 절반 수준이다10) 하지만 미국의 가정과는 달리 한국가정의

에너지 소비량은 가구당 평균 230kWh 수준으로 미국의 13 이하이다[5] 상대적으로 일조시

간은 부족하지만 소비량은 그 차이보다 더 적기 때문에 유사한 태양광 설비의 적용이 가능하

다 즉 한국에서도 태양광만으로 가정용 전력 수요 충족이 충분히 가능하다는 의미이다

결론적으로 테슬라가 추구하는 지속 가능한 에너지 체제는 아마도 에너지 소비의 상당

부분을 차지하는 자동차 운행과11) 가정용 전력소비 모두를 재생에너지를 통해 충당하는 모습

일 것이다 하지만 이러한 지속 가능한 에너지 체제를 앞당기는 것은 테슬라의 미션일 뿐 아

니라 테슬라의 생존과도 같이 맞물려 있어 보인다 테슬라는 전기자동차와 태양광이라는 두

개의 장기적 리턴이 예상되는 사업을 확장하고 있다 전기차는 매년 50만 대 생산이라는 원대

한 목표를 설정하고 이의 달성을 위한 생산설비에 막대한 자금을 투입하고 있다 솔라시티의

태양광 사업은 10년 내에 수익을 만들어 내는 것이 불가능해 보이고 여기에 솔라루프라는 신

제품의 양산을 위한 기가팩토리 2를 건설하기로 했다 즉 테슬라는 매분기 거의 1조에 가까

운 현금을 쓰고 있으며 시장은 테슬라가 수익을 만들 때까지 최소 10조 원 이상의 추가적인

투자가 필요할 것으로 보고 있다

테슬라는 일런 머스크라는 천재적인 사업가의 기획과 실행력을 바탕으로 먼 길을 걸어가

고 있다 일반적인 기업가들의 시각에서는 미치광이의 놀음으로 밖에 보이지 않을 수도 있다

하지만 누군가의 행동을 폄하할 때는 우선 그들이 무엇을 목표로 하고 있는지를 진정으로 이

해하는 것이 필요하다 테슬라가 추구하고 있는 전기차와 태양광이라는 두 가지 목표의 달성

이 너무 멀지 않은 미래에 가시화 된다면 그들의 미션처럼 무언가 지속 가능해질 것 같다는

생각이 들기 때문이다 여전히 미치광이의 놀음으로 보일지라도 우선은 테슬라에게 조금의

시간을 더 주었으면 한다 폄하는 그 뒤에 해도 늦지 않을 것이다 지금 이러한 노력을 기울

이고 있는 기업은 테슬라 뿐이니 말이다

[ 참고문헌 ]

[1] 테슬라 공식 홈페이지 wwwteslacom

[2] 현대차 공식 홈페이지 wwwhyundaicom

10) 미국 전체의 평균 일조시간은 68시간이다

11) 전 세계 전체 에너지 소비에서 Transportation 영역이 차지하는 비율은 약 35이다

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

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[3] wwwieaorgpublicationsWEO_2017_Executive_Summary_Korean_versionpdf

[4] httpsaboutbnefcombloglithium-ion-battery-costs-squeezed-margins-new-business-models

[5] 한전 공식 홈페이지 wwwkepcocokr

최신 ICT 이슈

29 정보통신기술진흥센터

자율운전차 시장규모가 2050년 7조 달러에 이를 것으로 전망되고 있는 가운데 현재 웨이모와

GM 등 자율운전 기술 선도업체들의 움직임을 보면 그 시작은 2020년이 될 가능성이 높음 미국

업체들이 초기 기술 논의를 주도한 상황에서 일본의 자동차업체들은 2020년 도쿄 올림픽을 겨냥

한 자율운전차 실증 테스트에 돌입하였음 올림픽 기간 동안 자율운전 기술력을 확실히 인정받

은 후 글로벌 자율운전차 시장 선점 경쟁에 본격적으로 뛰어든다는 전략임

I 2020년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들

일본은 2020년 도쿄 올림픽을 타깃으로 대규모 자율운전 테스트를 준비하고 있으며 가장

난관으로 여겨지는 것이 도심 시가지에서의 주행 테스트임

일본의 자동차업체들은 2020년 올림픽을 현재 자신들이 개발 중인 자율주행차의 성능 테스트

를 위한 절호의 기회로 보고 있는데 이는 도쿄가 자율운전 기술이 해결해야 할 어려운 과

제들이 집약되어 있는 환경이기 때문

자율운전 최대 난관이 집약된 메가 시티에서 기술과 서비스의 품질을 증명할 수 있다면 일

본이 세계 자율운전차 시장에 진출할 추진력을 얻을 수 있다고 보는 것임

도요타 등 주요 제조업체들은 ldquo하네다 국제공항 도시 고속도로 도심 시가지rdquo의 3개 장소를

중심으로 실증 실험 준비를 시작하였음

본 내용과 관련된 사항은 산업분석팀( 042-612-8296)과 최신 ICT 동향 컬럼리스트 박종훈 집필위원(soma0722navercom 02-576-2600)에게 문의하시기 바랍니다

본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다

최신 ICT 이슈

공항 내 도시 고속도로 도심 시가지

lt자료gt xTech

[그림 1] 일본의 3개 자율운전 테스트 장소

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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항공기에서 입국장까지 운행하는 버스가 자율운전으로 작동하고 공항에서 도심으로 나가는

고속도로에서도 자율운전차가 고속 주행하며 도쿄 올림픽 경기장을 중심으로 시가지에서도

자율운전차가 선수와 대회 관계자를 이동시키는 모습을 보여주겠다는 계획임

이 3개 장소 중 가장 난관으로 여겨지는 것은 bdquo도심 시가지‟인데 시가지는 보행자나 자전거

등이 자유롭게 다니고 장애물도 많기 때문에 엄격한 교통 규칙으로 관리되는 공항 내부나

보행자가 없는 고속도로와 비교해 주행이 매우 어렵기 때문

실증 실험이라고는 하나 한번이라도 사고를 일으킨다면 큰 문제로 불거질 수도 있고 점차

고조되는 자율운전에 대한 기대에 찬물을 끼얹는 결과로 이어질 수 있음에도 불구하고 일

본 자동차업체들은 시가지에서의 자율운전 실현에 강한 의지를 보이고 있음

대표적으로 닛산 자동차는 ldquo기술혁신의 최전선에 있는 새로운 모빌리티 서비스rdquo의 제공이

사업 발전으로 이어질 것이라며 철도나 버스 등의 기간 교통 시스템과 목적지 사이를 잇는

ldquo라스트 마일 이동성(last mile mobility)rdquo을 핵심 컨셉으로 서비스를 구축할 것이라고 발표

자동차업체들이 자율운전을 이용한 이동 서비스의 실용화를 목표로 내 건 데에는 자동차

산업의 구조 변화와 새로운 거대시장 형성이라는 상반된 배경이 함께 작동하고 있음

자동차업체들에게 부정적인 환경 요인은 자동차를 바라보는 관점이 bdquo소유‟에서 bdquo이용‟으로

변해 가는 거대한 패러다임 전환임

[표 1] 전기자동차(EV)와 자율운전차 시장 전개의 3가지 시나리오

구분 보수적 시나리오 현실적 시나리오 급진적 시나리오

배터리 비용 연평균 2 감소 연평균 5 감소 연평균 10 감소

EV 소비자 보급 제한적 보급 완만한 보급 급격한 보급

연료 가격

(가솔린 전기)

가솔린 15달러갤런

전기 015달러kWh

가솔린 25달러갤런

전기 012 달러kWh

가솔린 35달러갤런

전기 01달러kWh

CO2 배출규제

(CAFEacute 등) 느슨한 규제

현재 협약으로 예정된

수준의 규제 엄격한 규제

자율운전차의

부품 비용

2025~2035년 기간 동안

연평균 5 감소

2025~2035년 기간 동안

연평균 12 감소

2025~2035년 기간 동안

연평균 20 감소

자율운전차의

공유 서비스 2027년경에 시작 2025년경에 시작 2021년경에 시작

자율운전차

관련 규제 2027년경에 마련 2025년경에 마련 2021년경에 마련

lt자료gt Boston Consulting Group

최신 ICT 이슈

31 정보통신기술진흥센터

새로운 시대의 도래에 따라 100년간 이어온 자동차 제조middot판매업이 성립하기 어려워지고 있

다는 것인데 보스턴컨설팅그룹(BCG)에 따르면 공유 서비스 용도의 자동차 판매가 성장을

지속하면서 개인 소유 목적의 신차 판매는 2025년을 기점으로 감소세로 돌아설 전망

차량 판매라는 기존 사업모델이 침체를 겪을 것으로 예상되는 반면 서비스 사업을 중심으로

한 신규 사업의 이익은 크게 늘어나 BCG에 따르면 2035년 자동차업계 영업이익의 40는 신

규 사업모델에서 발생할 것으로 예상됨

인텔이 시장조사기관 스트래티지 애널리틱스와 공동으로 발표한 자료에 따르면 자율운전차

의 보급에 의해 2050년경에 7조 달러의 거대한 서비스 시장이 형성될 전망

인텔은 자율운전차가 만들어 내는 제품과 서비스를 ldquoPassenger Economy(승객 경제)rdquo라고 명

명했으며 자율운전차량에 의한 교통 수단을 사업자나 개인에게 제공하는 이동 서비스를

ldquoMaaS(Mobility as a Service 서비스로 이용하는 이동성)rdquo라 부르고 있음

인텔은 2020년경부터 자율운전차 보급에 의해 서비스 시장이 창출되기 시작하여 2035년에

8000억 달러 규모로 모멘텀을 확보한 이후 급성장하여 2050년경에 7조 달러의 거대 시장

을 형성할 것으로 보고 있음

인텔은 먼저 택배 및 장거리 수송 등 사업자용 MaaS가 형성된 이후 소비자용 MaaS가 확산

되어 갈 것으로 보고 있으며 A 지점에서 B 지점으로 이동을 제공할 뿐만 아니라 운전에서

해방되는 시간을 즐기거나 유용하게 이용하는 서비스가 속속 등장할 것으로 예상

예측에 따르면 2050 년의 소비자용 MaaS의 시장 규모는 3조 7000억 달러에 달할 전망

lt자료gt Intel amp Strategy Analytics

[그림 2] 2030~2050 자율운전차 파생 시장규모

주간기술동향 2018 3 28

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일본 자동차업체 중 도요타는 2020년에 제한 구역 내에서 레벨 4 수준의 자율운전차로 올

림픽 참가선수와 대회 관계자를 실어 나른다는 계획을 밝히고 있음

도요타는 2020년대 초반에 미국을 비롯한 전세계 시장에서 서비스 시연을 확대하고 사업 규

모 및 수익 창출 타당성 등을 검증해 나갈 계획이며 그런 만큼 도쿄 올림픽에서의 실증 실

험은 신사업의 중요한 첫 걸음이 됨

도요타가 실증 실험에 사용할 차량은 이동성과 물류 물건 판매 등 다양한 용도의 서비스에

활용될 것을 상정한 전기자동차(EV) ldquoe-Palette Concept(e-팔레트 컨셉)rdquo임

차량 크기는 bdquo길이 4800mmtimes전폭 2000mmtimes전고 2250mm‟로 서서 타는 방식이며 20명이

탑승할 수 있으며 도쿄 올림픽에서 여러 대를 운영할 예정

ldquoe-팔레트 컨셉rdquo은 저상 박스형 디자인

을 채택하고 넓은 실내 공간을 구현했으

며 도쿄 올림픽에서는 사람을 나르는 용

도로 한정하여 사용할 것으로 보이지만

실내는 용도에 따라 다양한 설비를 탑재

할 수 있게 한다는 구상

e-팔레트 차량의 정보는 차량에 장착된

통신 단말기를 통해 수집되어 도요타의

데이터센터에 축적되며 도요타는 수집

된 차량의 빅데이터를 활용할 수 있도록 다양한 API(응용 프로그래밍 인터페이스)를 준비한

다고 함

이런 데이터들을 정리한 서비스 기반이 되는 ldquo모바일 서비스 플랫폼(MSPF)rdquo을 구축할 것이

며 MSPF를 중심으로 ldquo모빌리티 서비스 플랫폼 사업rdquo으로 성장 전략을 펴 나간다는 것이 도

요타의 계획임

플랫폼 사업자를 지향하는 도요타의 움직임에 맞춰 부품업체들도 지원을 서두르고 있는데

예를 들어 덴소는 MaaS용 자동차 통신기기인 ldquoMobility IoT Core(모빌리티 IoT 코어)rdquo와 클라우

드 기반을 개발했음

덴소는 차량의 위치 정보와 속도 스티어링 액셀 브레이크 등의 데이터를 ldquo모빌리티 IoT 코

어rdquo를 통해 클라우드로 축적하고 차량 데이터를 분석하여 MaaS 차량이 효율적으로 주행할

경로를 제안할 것이며 원격으로 차량을 정지하는 시스템도 준비할 예정임

lt자료gt Toyota Motors

[그림 3] 도요타의 e-팔레트 컨셉

최신 ICT 이슈

33 정보통신기술진흥센터

교통의 효율화를 구현하는 알고리즘에 대해서는 양자 컴퓨터의 활용도 검토 중인데 덴소 측

에 따르면 사람이 생각해 낼 수 없는 안내 루트를 즉시 도출할 수 있다고 하며 현재 도요타

통상과 공동으로 실제 교통 데이터를 이용한 검증을 시작했다고 함

닛산도 2020년대 초에 본격 서비스 개시를 목표로 개발을 서두르고 있으며 DeNA와 공동

으로 자율운전기술 기반 교통 서비스 ldquoEasy Ride(이지 라이드)rdquo를 준비 중

2020년대 초에 서비스를 본격 제공하기 위한 초석의 제 1단계로 닛산은 시가지 도로에서 자

율운전차량에 일반인을 탑승시키는 실증 실험을 2018년 3월에 실시하였음

보행자가 많은 요코하마의 미나토 미라이 지구를 실증 실험의 장소로 선택했는데 닛산에 따

르면 개념을 제시하는 단계에서 실제로 탑승시키고 주위에서 보게 하며 완성도를 높여 가는

단계로 이행하기 위한 중요한 계기가 될 것이라고 함

이번 닛산의 실증 실험에서 주목 받고

있는 것은 서비스의 완성도이며 자율운

전차를 스마트폰 앱으로 예약하고 호출

한 후 자동차에 탑승하면 차량 정보 단

말기가 주변의 추천 명소를 표시하거나

매장에서 사용할 수 있는 쿠폰을 발행하

고 있음

단순한 이동이 아니라 지역의 매력적인

장소 상품 서비스를 만날 수 있는 기회

도 제공한다는 것인데 서비스와 스마트

폰 앱의 개발은 DeNA에 일임하였고 닛산은 차량과 자율운전 기술의 개발을 전담하였음

닛산은 각 전문 파트너와 협력하는 것이 미래를 위해 중요하다는 입장이며 DeNA와는 2017

년 1월부터 1세대 리프(Leaf)를 베이스로 한 자율운전차 이용 교통 서비스 개발을 진행해 왔

고 2017년 12월 서비스 명칭을 bdquoEasy Ride(이지 라이드)‟로 결정하였음

도요타와 닛산의 자율운전 테스트 과정에서는 저비용화와 제어 개선 신뢰성 확보 등 해결

해야 할 과제도 드러났으며 이 중 높은 판매 비용 문제가 가장 많이 지적되고 있음

서비스 전용의 자율운전차가 될 도요타의 e-팔레트는 탑재될 배터리의 용량에 따라 가격이

크게 변하는데 당분간은 10만 달러를 훌쩍 넘는 고가의 자동차가 될 전망

lt자료gt Nissan

[그림 4] 이지 라이드 단말의 쿠폰 발행

주간기술동향 2018 3 28

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닛산 역시 제한된 구역이 아니라 도심 시가지에서 자율운전 서비스를 겨냥하고 있기 때문에

기술과 안전도를 높이기 위한 비용 증가가 불가피하다는 지적

이런 문제점을 해결하려 나선 곳은 야마하 모터인데 골프 카트를 기반으로 한 자율운전차

량인 ldquoPublic Personal Mobility(PPM)rdquo의 개발을 시작하였음

골프 카트 차체의 가격은 1만 달러 전후이며 내middot외장을 변경하고 자율운전시스템을 탑재

하여 2~3만 달러에 맞춰 개발한다는 계획

탑재하는 자율운전시스템도 독특하여 최소한의 센서로 구현하였으며 자차 위치 추정은 차량

하부에 장착된 카메라 1대로만 실시함

도로를 촬영하여 미리 획득해 놓은 노면 이

미지와 패턴을 매칭시켜 위치를 식별하는

데 미국의 독립 연구기구인 사우스웨스트

리서치 연구소(Southwest Research Institute)

가 개발한 기술을 채택한 것임

PPM의 속력은 시속 20km 이하로 느리지만

야마하 측은 라스트 마일 이동성을 상정하

고 있기 때문에 문제가 되지 않을 것으로

보고 있음

오히려 차량 밖의 사람과도 대화가 가능한 점 차량 속도가 느릴수록 제어도 용이하고 보행

자 곁을 주행해도 부상을 입힐 위험이 적다는 점 등 천천히 주행하는 것도 장점이 많다는

것이 야마하의 생각

제어의 개선도 선결 과제인데 일본 자동차업체들은 장기간에 걸친 테스트를 통해 제어의

완성도를 높이고 장기 신뢰성을 구축해 나간다는 계획

지금까지 일본의 자율운전 실증 실험은 1주일 정도 단기간 진행되며 자율운전이 가능하다는

것을 보여주는데 그쳐 왔음

그러나 최근 도쿄 올림픽을 겨냥해 일본 자동차업체들이 시작하고 있는 실증 실험은 보다

장기간에 걸쳐 진행되며 장기간 주행을 통해 다양한 과제를 식별하고 해결함으로써 자율운

전차의 장기 신뢰성을 확보한다는 목표 하에 전개되고 있음

가령 카 쉐어링 서비스에 사용되는 자율운전차의 구동시간은 지금보다 매우 길어지게 되므

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 5] 야마하의 자율운전차 PPM

최신 ICT 이슈

35 정보통신기술진흥센터

로 하루 24시간 중 95 이상을 주차장에서 대기하고 있는 현재의 자동차에 요구되는 것과

는 급이 다른 내구성 기준과 정비 기준이 마련될 필요가 있다고 보고 있음

안전과 관련해서는 제어 기능의 향상에 초점을 두고 있는데 버스 사업자들에 따르면 버스

안에서 일어나는 사고 중 가장 빈도가 높은 것은 급브레이크를 걸 때 승객이 넘어져 부상을

당하는 것이라고 함

일본 자동차업체는 아니나 프랑스의 자동차 벤처기업인 Navya(나브야)는 소프트뱅크와 손 잡

고 도쿄 올림픽을 겨냥하여 3월부터 일본에서 실증 실험을 시작하고 있음

나브야가 개발한 미니밴 타입의 무인 버

스인 ldquoAUTONOM CAB(오토놈 캡)rdquo은 브레

이크를 걸었을 때 마치 면허를 처음 딴

사람이 운전하는 것 같은 느낌이 든다는

평을 받고 있는데 일본 자동차업체들은

이런 평가에 주목하고 있음

브레이크 외에도 도로 가장자리에 차를

부드럽게 붙이거나 차간 거리를 좁혀 주

차시키는 등의 제어가 자율운전차 기반

서비스의 품질을 크게 좌우할 것으로 보이기 때문에 나브야뿐 아니라 일본 자동차업체들은

향후 이 점을 염두에 두고 개선해 나갈 것으로 보임

현재 자율운전차 시장은 미국 업체들이 주도하고 있으나 도쿄 올림픽을 계기로 일본 자동

차업체들이 적극 가세하며 보다 급속한 발전의 모멘텀을 확보해 가고 있음

현재 자율운전차 시장을 주도하고 있는 웨이모와 GM은 2019년에 상용화를 시작한다는 계획

을 세우고 있고 이에 근거하여 애널리스트들은 2020년을 전후하여 다양한 자율운전차 기반

서비스 시장이 본격화될 것으로 보고 있음

일본의 자동차업체들도 2020년을 겨냥하여 움직이기 시작했으며 마침 이 시기에 열리는 도

쿄 올림픽을 통해 일본의 자율운전차 기술을 세계에 어필하고 새로운 거대시장을 선점하기

위한 경쟁에 적극 뛰어든다는 계획을 밝히고 있음

따라서 2020년 자율운전 상용화의 가능성은 점점 더 높아지고 있는데 이는 우리나라도 단순

히 기술적 가능성을 확인하기 위한 테스트에서 벗어나 자율운전차 기반의 다양한 서비스

컨셉을 실증하기 위한 단계로 서둘러 진입할 필요가 있음을 시사함

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 6] Navya의 무인 버스 Autonom Cab

주간기술동향 2018 3 28

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현대자동차도 이번 평창올림픽에서 자체 자율운전차 bdquoNexo(넥소)‟ 5대가 서울에서 평창까지

고속도로 구간 190km를 주행하는 데모를 선보인바 있으나 우리나라는 현재 2020년에 레벨

3의 자율주행차 개발을 목표로 하고 있음

2020년경에 시작될 것으로 예상되는 글로벌 자율주행차 상용화 경쟁에 참여하기 위해서는

기술 목표를 상향할 필요가 있어 보이며 최단 기간 내에 레벨 4 5 수준으로 넘어가기 위해

자동차 기업과 ICT 기업 간 적극적 협업을 통한 기술 개발 노력이 가속화될 필요가 있음

[ 참고문헌 ]

[1] GCR ldquo2018 year of the autonomous busrdquo 2018 3 14

[2] Bloomberg ldquoToyota Adding $28 Billion to Self-Driving Software Outlaysrdquo 2018 3 5

[3] Forbes ldquoJapan‟s First-Ever Self-Driving Robo-Taxis Testing On Public Roadsrdquo 2018 2 28

[4] The Verge- ldquoIntel predicts a $7 trillion self-driving futurerdquo 2017 6 1

II 마그네슘 합금 향후 10년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단

ldquo마그네슘(Mg) 합금rdquo은 현재 가장 뜨거운 이슈가 되고 있는 금속 재료이며 미국과 유럽의

자동차 제조업체를 중심으로 향후 10년간 수요가 2배 가량 증가할 전망

호주의 컨설팅업체 CM 그룹의 예측에 따르면 2016년에 약 85만 톤이었던 전세계 마그네슘

합금의 수요가 계속 증가하여 향후 10년 동안 연평균 6씩 성장하며 2026년에는 157만 톤

으로 두 배 가까이 늘어날 전망

마그네슘 합금의 급속한 수요 증가를 일

으키는 것은 자동차 경량화 요구이며 자

동차 부품에 사용되는 다이캐스팅용 마그

네슘 합금의 수요를 보면 2016년 약 23만

6000톤에서 연간 103씩 증가하여 2026

년에 약 57 만 톤으로 2 배 이상 늘어날

전망

다이캐스팅(Die Casting)은 정밀한 금형(金

型)을 사용하여 자동 또는 수동 방식으로

lt자료gt CM Group

[그림 1] 전세계 마그네슘 합금 수요 전망

최신 ICT 이슈

37 정보통신기술진흥센터

주탕(酒湯)하고 쇳물에 압력을 가해 주조하는 방법으로 정도(精度)가 높아 거의 기계적 다듬

질이 필요 없는 장점이 있고 대량 생산에 적합하여 가전과 자동차 부품 생산에 많이 이용됨

이 같은 장점 때문에 미국과 유럽의 자동차 메이커들은 도입에 적극적이며 마그네슘 합금

수요의 글로벌 비중을 보면 10년 전부터 유럽과 미국이 압도적으로 높아 각각 45 정도를

차지했고 그 다음 일본이 5 정도를 차지하고 있음

가령 아우디(Audi)는 단일 재료로 차체를 경량화하겠다는 생각을 버리고 철강(고장력 강판)

알루미늄(Al) 합금 탄소 섬유 강화 수지(CFRP) 마그네슘 합금 등 4종류의 경량 소재를 적재

middot적소middot적량으로 사용하는 ldquo다소재 차체(multi material body)rdquo 설계에 주력하고 있음

실제 고급 세단 bdquoA8‟에서는 차체의 비틀림 강성을 높이는 스트럿 브레이스에 마그네슘 합금

을 채택했으며 기존 알루미늄 합금 대비 28의 경량화를 실현하였음

스트럿 브레이스는 주행 중에 자동차의 직진성을 확보하고 회전할 때 좌우의 흔들림을 최소

화하여 주행 안정성을 높여 주는 보조장치로 정식 명칭은 스트럿 타워 브레이스 바(strut

tower brace bar)임

경량화를 추구하는 데 있어 마그네슘 합금은 매우 매력적인 재료인데 이는 구조재로 사용

할 수 있는 강도middot강성이 있는 금속 중 가장 가볍기 때문

마그네슘 합금의 비중은 17으로 알루미늄의 약 23 강철의 약 14 밖에 되지 않으며 게다가

질량당 강도(비강도)와 강성(비강성)이 높기 때문에 두께가 얇아도 강도를 유지하며 굽힘 강

성이 뛰어난 부품을 만들 수 있음

이런 특성을 최대한 살리고자 먼저 나선 곳이 유럽과 미국의 자동차 메이커였던 것이며 그

외에 항공기 기체나 고속철도 차량의 경량화 목적으로도 많이 사용하고 있음

디지털 기기도 마그네슘 합금의 채택에 의한 경량화로 휴대성을 높이려는 시도가 활발한데

노트북 케이스에서는 이미 마그네슘 합금을 많이 사용하고 있음

건축 자재 중에는 적천정(吊天井) 주위에 설치하여 지진 등이 발생할 경우 붕괴 사고를 방지

할 수 있는 불연성을 갖춘 마그네슘 합금 재료가 상품화되어 있음

금속 관악기 등도 마그네슘 합금을 이용하여 경량화 효과를 볼 수 있는 분야로 꼽히고 있음

가볍다는 점 외에도 마그네슘 합금의 장점은 절삭 저항이 작고 내공동성이 뛰어나 함몰이

되기 어렵다는 장점도 있음

주간기술동향 2018 3 28

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또한 재활용이 가능하며 분해 흡수되어 최종적으로 생체 조직과 일체화하는 특성 즉 생체

흡수성이 있기 때문에 의료 분야에서의 활용도 적극 검토되고 있음

활용도만 보면 마그네슘 합금은 완전 무결의 재료로 보이지만 꼭 그렇지마는 않으며 매력

이 큰 만큼 단점도 많은 재료이며 가연성과 부식성이 높은 문제가 있음

CM그룹의 전망에서 보듯 향후 10년간 마그네슘 합금의 수요 증가폭은 클 것으로 예상되나

당장의 연간 수요량은 100만 톤에 못 미치는데 이는 철강 및 알루미늄 합금에 비해 압도적

으로 이용량이 작은 것으로 그 만큼 마그네슘 합금의 단점이 많음을 시사

단점 중 하나는 불에 타기 쉽다는 것으로 마그네슘 합금은 550~600 정도로 비교적 낮은

온도에서 발화하며 덩어리 상태라면 쉽게 발화되지 않지만 분말이나 절분 등 작은 금속 조

각이 되면 이야기가 달라져 주변에 불씨가 있다면 쉽게 발화하는 문제가 있음

부식에 견디는 성질을 의미하는 내식성이 낮은 것도 문제인데 마그네슘 합금은 다른 금속과

결합할 경우 서로 다른 금속이 접촉할 때 한쪽이 다른 쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써

일어나는 부식 즉 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)을 일으키기 쉬움

불에 타기 쉽다는 점과 내식성이 약하다는 점은 기술적 해결책을 마련할 수 있으나 이렇게

되면 비용이 추가로 발생하여 단가가 높아지는 치명적인 문제가 발생하게 됨

가연성이 높은 문제는 생산과 가공 현장에서 공기와 직접 닿지 않는 구조의 가마와 온수기

를 사용함으로써 해결할 수 있음

갈바닉 부식은 마그네슘 합금과 이종 금속 사이에 절연체를 삽입하여 두 금속 사이에 물이

들어 가지 않도록 밀봉하거나 표면처리를 하는 등의 방법으로 피할 수 있음

그러나 가연성이 높고 내식성이 약한 문제를 해결하는 데에는 비용이 추가되며 이로 인해

사실 마그네슘 합금 덩어리의 가격은 1kg당 3달러 정도로 알루미늄 합금 덩어리와 크게 차

이가 없으나 마그네슘 합금으로 만든 부품의 가격은 알루미늄 합금으로 만든 부품보다 높

아지게 됨

미국과 유럽을 제외한 지역의 자동차업체 엔지니어들 사이에서 마그네슘 합금을 사용하고

싶어도 사용할 수 없다는 목소리가 커지는 가장 큰 이유가 바로 여기에 있음

자동차의 경량화라는 관점에서 보면 마그네슘 합금의 최대 라이벌은 알루미늄 합금이며

알루미늄 합금이 강적이긴 하지만 마그네슘 합금에 전혀 승산이 없는 것은 아님

최신 ICT 이슈

39 정보통신기술진흥센터

전세계적으로 환경 부하 경감의 목소리가 높아지고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 규

제 강화와 에너지 절약middot고연비를 추구하는 흐름이 가속화 되고 있고 다소 비용이 들더라

도 경량화를 우선시하는 요구도 적잖이 있기 때문

실제로 ldquo차체 1kg의 경량화rdquo를 위해 6~10달러 정도의 비용이 상승하더라도 고객들이 감당할

수 있다고 예상하는 부품 메이커들도 나오고 있음

ldquo마그네슘에는 해결과제가 많다rdquo는 지적이 나오는 것도 그리 나쁜 소식이 아닌데 기업들이

마그네슘 합금의 채택을 진지하게 검토하고 있다는 반증이기 때문

마그네슘 합금에 대한 기업들의 관심 고조에 호응하듯 최근 남아 있는 또 하나의 과제 즉

가공성과 내열성이 떨어진다는 약점을 해소할 수 있는 새로운 마그네슘 합금도 등장하고

있음

마그네슘 합금의 가공성이 떨어진다는 점은 부연 설명이 필요한데 일반적으로 합금은 사용

하는 형태에 따라 금속을 녹여 주형에 넣은 후 응고시켜 제품을 만드는 주조용 합금과 두들

기거나 기계적으로 압력을 가해 일정한 모양을 만드는 전신재(展伸材)용 합금이 있음

가공성이 낮다는 것은 후자 즉 전신재(展伸材)용 마그네슘 합금일 경우를 말하며 대량 생산

이 가능하고 프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금 판재는 거의 존재하지 않음

프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금이 있기는 하며 알루미늄을 3 질량 아연(Zn)을 1 질

량 포함한 마그네슘 합금 판재를 bdquoAZ31‟이라고 하는데 AZ31은 내식성이 너무 약해 내장재

로 밖에 사용할 수 없어 사용 영역이 한정되기 때문에 실제 이용이 어려움

bdquoAZ91‟은 알루미늄을 9질량 아연을 1질량 함유한 마그네슘 합금으로 AZ31보다 알루미

늄의 함유량을 늘려 내식성을 높이고 있지만 저항력이 약해져 소성 가공이 없다는 약점이

있으며 최근에는 이 bdquoAZ91‟을 개량하여 문제를 해결하려는 시도가 나타나고 있음

개량된 AZ91은 AZ31 판재와 마찬가지로

프레스 성형이 가능하면서도 보다 내식

성이 우수한 특성을 실현하였고 노트북

의 케이스로 제품화하는 데 성공한 기업

도 나오고 있음

개량된 AZ91은 최종적으로 자동차 부품

사업을 겨냥할 것으로 보이며 가령 자동

lt자료gt Lunt Manufacturing

[그림 2] 마그네슘 합금으로 만든 크로스 빔

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차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

최신 ICT 이슈

41 정보통신기술진흥센터

추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

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으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

주간기술동향 2016 3 9

wwwiitpkr 4

• 표지
• 판권
• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
          • • EG위원
            • 뒷표지

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항공기에서 입국장까지 운행하는 버스가 자율운전으로 작동하고 공항에서 도심으로 나가는

고속도로에서도 자율운전차가 고속 주행하며 도쿄 올림픽 경기장을 중심으로 시가지에서도

자율운전차가 선수와 대회 관계자를 이동시키는 모습을 보여주겠다는 계획임

이 3개 장소 중 가장 난관으로 여겨지는 것은 bdquo도심 시가지‟인데 시가지는 보행자나 자전거

등이 자유롭게 다니고 장애물도 많기 때문에 엄격한 교통 규칙으로 관리되는 공항 내부나

보행자가 없는 고속도로와 비교해 주행이 매우 어렵기 때문

실증 실험이라고는 하나 한번이라도 사고를 일으킨다면 큰 문제로 불거질 수도 있고 점차

고조되는 자율운전에 대한 기대에 찬물을 끼얹는 결과로 이어질 수 있음에도 불구하고 일

본 자동차업체들은 시가지에서의 자율운전 실현에 강한 의지를 보이고 있음

대표적으로 닛산 자동차는 ldquo기술혁신의 최전선에 있는 새로운 모빌리티 서비스rdquo의 제공이

사업 발전으로 이어질 것이라며 철도나 버스 등의 기간 교통 시스템과 목적지 사이를 잇는

ldquo라스트 마일 이동성(last mile mobility)rdquo을 핵심 컨셉으로 서비스를 구축할 것이라고 발표

자동차업체들이 자율운전을 이용한 이동 서비스의 실용화를 목표로 내 건 데에는 자동차

산업의 구조 변화와 새로운 거대시장 형성이라는 상반된 배경이 함께 작동하고 있음

자동차업체들에게 부정적인 환경 요인은 자동차를 바라보는 관점이 bdquo소유‟에서 bdquo이용‟으로

변해 가는 거대한 패러다임 전환임

[표 1] 전기자동차(EV)와 자율운전차 시장 전개의 3가지 시나리오

구분 보수적 시나리오 현실적 시나리오 급진적 시나리오

배터리 비용 연평균 2 감소 연평균 5 감소 연평균 10 감소

EV 소비자 보급 제한적 보급 완만한 보급 급격한 보급

연료 가격

(가솔린 전기)

가솔린 15달러갤런

전기 015달러kWh

가솔린 25달러갤런

전기 012 달러kWh

가솔린 35달러갤런

전기 01달러kWh

CO2 배출규제

(CAFEacute 등) 느슨한 규제

현재 협약으로 예정된

수준의 규제 엄격한 규제

자율운전차의

부품 비용

2025~2035년 기간 동안

연평균 5 감소

2025~2035년 기간 동안

연평균 12 감소

2025~2035년 기간 동안

연평균 20 감소

자율운전차의

공유 서비스 2027년경에 시작 2025년경에 시작 2021년경에 시작

자율운전차

관련 규제 2027년경에 마련 2025년경에 마련 2021년경에 마련

lt자료gt Boston Consulting Group

최신 ICT 이슈

31 정보통신기술진흥센터

새로운 시대의 도래에 따라 100년간 이어온 자동차 제조middot판매업이 성립하기 어려워지고 있

다는 것인데 보스턴컨설팅그룹(BCG)에 따르면 공유 서비스 용도의 자동차 판매가 성장을

지속하면서 개인 소유 목적의 신차 판매는 2025년을 기점으로 감소세로 돌아설 전망

차량 판매라는 기존 사업모델이 침체를 겪을 것으로 예상되는 반면 서비스 사업을 중심으로

한 신규 사업의 이익은 크게 늘어나 BCG에 따르면 2035년 자동차업계 영업이익의 40는 신

규 사업모델에서 발생할 것으로 예상됨

인텔이 시장조사기관 스트래티지 애널리틱스와 공동으로 발표한 자료에 따르면 자율운전차

의 보급에 의해 2050년경에 7조 달러의 거대한 서비스 시장이 형성될 전망

인텔은 자율운전차가 만들어 내는 제품과 서비스를 ldquoPassenger Economy(승객 경제)rdquo라고 명

명했으며 자율운전차량에 의한 교통 수단을 사업자나 개인에게 제공하는 이동 서비스를

ldquoMaaS(Mobility as a Service 서비스로 이용하는 이동성)rdquo라 부르고 있음

인텔은 2020년경부터 자율운전차 보급에 의해 서비스 시장이 창출되기 시작하여 2035년에

8000억 달러 규모로 모멘텀을 확보한 이후 급성장하여 2050년경에 7조 달러의 거대 시장

을 형성할 것으로 보고 있음

인텔은 먼저 택배 및 장거리 수송 등 사업자용 MaaS가 형성된 이후 소비자용 MaaS가 확산

되어 갈 것으로 보고 있으며 A 지점에서 B 지점으로 이동을 제공할 뿐만 아니라 운전에서

해방되는 시간을 즐기거나 유용하게 이용하는 서비스가 속속 등장할 것으로 예상

예측에 따르면 2050 년의 소비자용 MaaS의 시장 규모는 3조 7000억 달러에 달할 전망

lt자료gt Intel amp Strategy Analytics

[그림 2] 2030~2050 자율운전차 파생 시장규모

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일본 자동차업체 중 도요타는 2020년에 제한 구역 내에서 레벨 4 수준의 자율운전차로 올

림픽 참가선수와 대회 관계자를 실어 나른다는 계획을 밝히고 있음

도요타는 2020년대 초반에 미국을 비롯한 전세계 시장에서 서비스 시연을 확대하고 사업 규

모 및 수익 창출 타당성 등을 검증해 나갈 계획이며 그런 만큼 도쿄 올림픽에서의 실증 실

험은 신사업의 중요한 첫 걸음이 됨

도요타가 실증 실험에 사용할 차량은 이동성과 물류 물건 판매 등 다양한 용도의 서비스에

활용될 것을 상정한 전기자동차(EV) ldquoe-Palette Concept(e-팔레트 컨셉)rdquo임

차량 크기는 bdquo길이 4800mmtimes전폭 2000mmtimes전고 2250mm‟로 서서 타는 방식이며 20명이

탑승할 수 있으며 도쿄 올림픽에서 여러 대를 운영할 예정

ldquoe-팔레트 컨셉rdquo은 저상 박스형 디자인

을 채택하고 넓은 실내 공간을 구현했으

며 도쿄 올림픽에서는 사람을 나르는 용

도로 한정하여 사용할 것으로 보이지만

실내는 용도에 따라 다양한 설비를 탑재

할 수 있게 한다는 구상

e-팔레트 차량의 정보는 차량에 장착된

통신 단말기를 통해 수집되어 도요타의

데이터센터에 축적되며 도요타는 수집

된 차량의 빅데이터를 활용할 수 있도록 다양한 API(응용 프로그래밍 인터페이스)를 준비한

다고 함

이런 데이터들을 정리한 서비스 기반이 되는 ldquo모바일 서비스 플랫폼(MSPF)rdquo을 구축할 것이

며 MSPF를 중심으로 ldquo모빌리티 서비스 플랫폼 사업rdquo으로 성장 전략을 펴 나간다는 것이 도

요타의 계획임

플랫폼 사업자를 지향하는 도요타의 움직임에 맞춰 부품업체들도 지원을 서두르고 있는데

예를 들어 덴소는 MaaS용 자동차 통신기기인 ldquoMobility IoT Core(모빌리티 IoT 코어)rdquo와 클라우

드 기반을 개발했음

덴소는 차량의 위치 정보와 속도 스티어링 액셀 브레이크 등의 데이터를 ldquo모빌리티 IoT 코

어rdquo를 통해 클라우드로 축적하고 차량 데이터를 분석하여 MaaS 차량이 효율적으로 주행할

경로를 제안할 것이며 원격으로 차량을 정지하는 시스템도 준비할 예정임

lt자료gt Toyota Motors

[그림 3] 도요타의 e-팔레트 컨셉

최신 ICT 이슈

33 정보통신기술진흥센터

교통의 효율화를 구현하는 알고리즘에 대해서는 양자 컴퓨터의 활용도 검토 중인데 덴소 측

에 따르면 사람이 생각해 낼 수 없는 안내 루트를 즉시 도출할 수 있다고 하며 현재 도요타

통상과 공동으로 실제 교통 데이터를 이용한 검증을 시작했다고 함

닛산도 2020년대 초에 본격 서비스 개시를 목표로 개발을 서두르고 있으며 DeNA와 공동

으로 자율운전기술 기반 교통 서비스 ldquoEasy Ride(이지 라이드)rdquo를 준비 중

2020년대 초에 서비스를 본격 제공하기 위한 초석의 제 1단계로 닛산은 시가지 도로에서 자

율운전차량에 일반인을 탑승시키는 실증 실험을 2018년 3월에 실시하였음

보행자가 많은 요코하마의 미나토 미라이 지구를 실증 실험의 장소로 선택했는데 닛산에 따

르면 개념을 제시하는 단계에서 실제로 탑승시키고 주위에서 보게 하며 완성도를 높여 가는

단계로 이행하기 위한 중요한 계기가 될 것이라고 함

이번 닛산의 실증 실험에서 주목 받고

있는 것은 서비스의 완성도이며 자율운

전차를 스마트폰 앱으로 예약하고 호출

한 후 자동차에 탑승하면 차량 정보 단

말기가 주변의 추천 명소를 표시하거나

매장에서 사용할 수 있는 쿠폰을 발행하

고 있음

단순한 이동이 아니라 지역의 매력적인

장소 상품 서비스를 만날 수 있는 기회

도 제공한다는 것인데 서비스와 스마트

폰 앱의 개발은 DeNA에 일임하였고 닛산은 차량과 자율운전 기술의 개발을 전담하였음

닛산은 각 전문 파트너와 협력하는 것이 미래를 위해 중요하다는 입장이며 DeNA와는 2017

년 1월부터 1세대 리프(Leaf)를 베이스로 한 자율운전차 이용 교통 서비스 개발을 진행해 왔

고 2017년 12월 서비스 명칭을 bdquoEasy Ride(이지 라이드)‟로 결정하였음

도요타와 닛산의 자율운전 테스트 과정에서는 저비용화와 제어 개선 신뢰성 확보 등 해결

해야 할 과제도 드러났으며 이 중 높은 판매 비용 문제가 가장 많이 지적되고 있음

서비스 전용의 자율운전차가 될 도요타의 e-팔레트는 탑재될 배터리의 용량에 따라 가격이

크게 변하는데 당분간은 10만 달러를 훌쩍 넘는 고가의 자동차가 될 전망

lt자료gt Nissan

[그림 4] 이지 라이드 단말의 쿠폰 발행

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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닛산 역시 제한된 구역이 아니라 도심 시가지에서 자율운전 서비스를 겨냥하고 있기 때문에

기술과 안전도를 높이기 위한 비용 증가가 불가피하다는 지적

이런 문제점을 해결하려 나선 곳은 야마하 모터인데 골프 카트를 기반으로 한 자율운전차

량인 ldquoPublic Personal Mobility(PPM)rdquo의 개발을 시작하였음

골프 카트 차체의 가격은 1만 달러 전후이며 내middot외장을 변경하고 자율운전시스템을 탑재

하여 2~3만 달러에 맞춰 개발한다는 계획

탑재하는 자율운전시스템도 독특하여 최소한의 센서로 구현하였으며 자차 위치 추정은 차량

하부에 장착된 카메라 1대로만 실시함

도로를 촬영하여 미리 획득해 놓은 노면 이

미지와 패턴을 매칭시켜 위치를 식별하는

데 미국의 독립 연구기구인 사우스웨스트

리서치 연구소(Southwest Research Institute)

가 개발한 기술을 채택한 것임

PPM의 속력은 시속 20km 이하로 느리지만

야마하 측은 라스트 마일 이동성을 상정하

고 있기 때문에 문제가 되지 않을 것으로

보고 있음

오히려 차량 밖의 사람과도 대화가 가능한 점 차량 속도가 느릴수록 제어도 용이하고 보행

자 곁을 주행해도 부상을 입힐 위험이 적다는 점 등 천천히 주행하는 것도 장점이 많다는

것이 야마하의 생각

제어의 개선도 선결 과제인데 일본 자동차업체들은 장기간에 걸친 테스트를 통해 제어의

완성도를 높이고 장기 신뢰성을 구축해 나간다는 계획

지금까지 일본의 자율운전 실증 실험은 1주일 정도 단기간 진행되며 자율운전이 가능하다는

것을 보여주는데 그쳐 왔음

그러나 최근 도쿄 올림픽을 겨냥해 일본 자동차업체들이 시작하고 있는 실증 실험은 보다

장기간에 걸쳐 진행되며 장기간 주행을 통해 다양한 과제를 식별하고 해결함으로써 자율운

전차의 장기 신뢰성을 확보한다는 목표 하에 전개되고 있음

가령 카 쉐어링 서비스에 사용되는 자율운전차의 구동시간은 지금보다 매우 길어지게 되므

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 5] 야마하의 자율운전차 PPM

최신 ICT 이슈

35 정보통신기술진흥센터

로 하루 24시간 중 95 이상을 주차장에서 대기하고 있는 현재의 자동차에 요구되는 것과

는 급이 다른 내구성 기준과 정비 기준이 마련될 필요가 있다고 보고 있음

안전과 관련해서는 제어 기능의 향상에 초점을 두고 있는데 버스 사업자들에 따르면 버스

안에서 일어나는 사고 중 가장 빈도가 높은 것은 급브레이크를 걸 때 승객이 넘어져 부상을

당하는 것이라고 함

일본 자동차업체는 아니나 프랑스의 자동차 벤처기업인 Navya(나브야)는 소프트뱅크와 손 잡

고 도쿄 올림픽을 겨냥하여 3월부터 일본에서 실증 실험을 시작하고 있음

나브야가 개발한 미니밴 타입의 무인 버

스인 ldquoAUTONOM CAB(오토놈 캡)rdquo은 브레

이크를 걸었을 때 마치 면허를 처음 딴

사람이 운전하는 것 같은 느낌이 든다는

평을 받고 있는데 일본 자동차업체들은

이런 평가에 주목하고 있음

브레이크 외에도 도로 가장자리에 차를

부드럽게 붙이거나 차간 거리를 좁혀 주

차시키는 등의 제어가 자율운전차 기반

서비스의 품질을 크게 좌우할 것으로 보이기 때문에 나브야뿐 아니라 일본 자동차업체들은

향후 이 점을 염두에 두고 개선해 나갈 것으로 보임

현재 자율운전차 시장은 미국 업체들이 주도하고 있으나 도쿄 올림픽을 계기로 일본 자동

차업체들이 적극 가세하며 보다 급속한 발전의 모멘텀을 확보해 가고 있음

현재 자율운전차 시장을 주도하고 있는 웨이모와 GM은 2019년에 상용화를 시작한다는 계획

을 세우고 있고 이에 근거하여 애널리스트들은 2020년을 전후하여 다양한 자율운전차 기반

서비스 시장이 본격화될 것으로 보고 있음

일본의 자동차업체들도 2020년을 겨냥하여 움직이기 시작했으며 마침 이 시기에 열리는 도

쿄 올림픽을 통해 일본의 자율운전차 기술을 세계에 어필하고 새로운 거대시장을 선점하기

위한 경쟁에 적극 뛰어든다는 계획을 밝히고 있음

따라서 2020년 자율운전 상용화의 가능성은 점점 더 높아지고 있는데 이는 우리나라도 단순

히 기술적 가능성을 확인하기 위한 테스트에서 벗어나 자율운전차 기반의 다양한 서비스

컨셉을 실증하기 위한 단계로 서둘러 진입할 필요가 있음을 시사함

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 6] Navya의 무인 버스 Autonom Cab

주간기술동향 2018 3 28

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현대자동차도 이번 평창올림픽에서 자체 자율운전차 bdquoNexo(넥소)‟ 5대가 서울에서 평창까지

고속도로 구간 190km를 주행하는 데모를 선보인바 있으나 우리나라는 현재 2020년에 레벨

3의 자율주행차 개발을 목표로 하고 있음

2020년경에 시작될 것으로 예상되는 글로벌 자율주행차 상용화 경쟁에 참여하기 위해서는

기술 목표를 상향할 필요가 있어 보이며 최단 기간 내에 레벨 4 5 수준으로 넘어가기 위해

자동차 기업과 ICT 기업 간 적극적 협업을 통한 기술 개발 노력이 가속화될 필요가 있음

[ 참고문헌 ]

[1] GCR ldquo2018 year of the autonomous busrdquo 2018 3 14

[2] Bloomberg ldquoToyota Adding $28 Billion to Self-Driving Software Outlaysrdquo 2018 3 5

[3] Forbes ldquoJapan‟s First-Ever Self-Driving Robo-Taxis Testing On Public Roadsrdquo 2018 2 28

[4] The Verge- ldquoIntel predicts a $7 trillion self-driving futurerdquo 2017 6 1

II 마그네슘 합금 향후 10년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단

ldquo마그네슘(Mg) 합금rdquo은 현재 가장 뜨거운 이슈가 되고 있는 금속 재료이며 미국과 유럽의

자동차 제조업체를 중심으로 향후 10년간 수요가 2배 가량 증가할 전망

호주의 컨설팅업체 CM 그룹의 예측에 따르면 2016년에 약 85만 톤이었던 전세계 마그네슘

합금의 수요가 계속 증가하여 향후 10년 동안 연평균 6씩 성장하며 2026년에는 157만 톤

으로 두 배 가까이 늘어날 전망

마그네슘 합금의 급속한 수요 증가를 일

으키는 것은 자동차 경량화 요구이며 자

동차 부품에 사용되는 다이캐스팅용 마그

네슘 합금의 수요를 보면 2016년 약 23만

6000톤에서 연간 103씩 증가하여 2026

년에 약 57 만 톤으로 2 배 이상 늘어날

전망

다이캐스팅(Die Casting)은 정밀한 금형(金

型)을 사용하여 자동 또는 수동 방식으로

lt자료gt CM Group

[그림 1] 전세계 마그네슘 합금 수요 전망

최신 ICT 이슈

37 정보통신기술진흥센터

주탕(酒湯)하고 쇳물에 압력을 가해 주조하는 방법으로 정도(精度)가 높아 거의 기계적 다듬

질이 필요 없는 장점이 있고 대량 생산에 적합하여 가전과 자동차 부품 생산에 많이 이용됨

이 같은 장점 때문에 미국과 유럽의 자동차 메이커들은 도입에 적극적이며 마그네슘 합금

수요의 글로벌 비중을 보면 10년 전부터 유럽과 미국이 압도적으로 높아 각각 45 정도를

차지했고 그 다음 일본이 5 정도를 차지하고 있음

가령 아우디(Audi)는 단일 재료로 차체를 경량화하겠다는 생각을 버리고 철강(고장력 강판)

알루미늄(Al) 합금 탄소 섬유 강화 수지(CFRP) 마그네슘 합금 등 4종류의 경량 소재를 적재

middot적소middot적량으로 사용하는 ldquo다소재 차체(multi material body)rdquo 설계에 주력하고 있음

실제 고급 세단 bdquoA8‟에서는 차체의 비틀림 강성을 높이는 스트럿 브레이스에 마그네슘 합금

을 채택했으며 기존 알루미늄 합금 대비 28의 경량화를 실현하였음

스트럿 브레이스는 주행 중에 자동차의 직진성을 확보하고 회전할 때 좌우의 흔들림을 최소

화하여 주행 안정성을 높여 주는 보조장치로 정식 명칭은 스트럿 타워 브레이스 바(strut

tower brace bar)임

경량화를 추구하는 데 있어 마그네슘 합금은 매우 매력적인 재료인데 이는 구조재로 사용

할 수 있는 강도middot강성이 있는 금속 중 가장 가볍기 때문

마그네슘 합금의 비중은 17으로 알루미늄의 약 23 강철의 약 14 밖에 되지 않으며 게다가

질량당 강도(비강도)와 강성(비강성)이 높기 때문에 두께가 얇아도 강도를 유지하며 굽힘 강

성이 뛰어난 부품을 만들 수 있음

이런 특성을 최대한 살리고자 먼저 나선 곳이 유럽과 미국의 자동차 메이커였던 것이며 그

외에 항공기 기체나 고속철도 차량의 경량화 목적으로도 많이 사용하고 있음

디지털 기기도 마그네슘 합금의 채택에 의한 경량화로 휴대성을 높이려는 시도가 활발한데

노트북 케이스에서는 이미 마그네슘 합금을 많이 사용하고 있음

건축 자재 중에는 적천정(吊天井) 주위에 설치하여 지진 등이 발생할 경우 붕괴 사고를 방지

할 수 있는 불연성을 갖춘 마그네슘 합금 재료가 상품화되어 있음

금속 관악기 등도 마그네슘 합금을 이용하여 경량화 효과를 볼 수 있는 분야로 꼽히고 있음

가볍다는 점 외에도 마그네슘 합금의 장점은 절삭 저항이 작고 내공동성이 뛰어나 함몰이

되기 어렵다는 장점도 있음

주간기술동향 2018 3 28

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또한 재활용이 가능하며 분해 흡수되어 최종적으로 생체 조직과 일체화하는 특성 즉 생체

흡수성이 있기 때문에 의료 분야에서의 활용도 적극 검토되고 있음

활용도만 보면 마그네슘 합금은 완전 무결의 재료로 보이지만 꼭 그렇지마는 않으며 매력

이 큰 만큼 단점도 많은 재료이며 가연성과 부식성이 높은 문제가 있음

CM그룹의 전망에서 보듯 향후 10년간 마그네슘 합금의 수요 증가폭은 클 것으로 예상되나

당장의 연간 수요량은 100만 톤에 못 미치는데 이는 철강 및 알루미늄 합금에 비해 압도적

으로 이용량이 작은 것으로 그 만큼 마그네슘 합금의 단점이 많음을 시사

단점 중 하나는 불에 타기 쉽다는 것으로 마그네슘 합금은 550~600 정도로 비교적 낮은

온도에서 발화하며 덩어리 상태라면 쉽게 발화되지 않지만 분말이나 절분 등 작은 금속 조

각이 되면 이야기가 달라져 주변에 불씨가 있다면 쉽게 발화하는 문제가 있음

부식에 견디는 성질을 의미하는 내식성이 낮은 것도 문제인데 마그네슘 합금은 다른 금속과

결합할 경우 서로 다른 금속이 접촉할 때 한쪽이 다른 쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써

일어나는 부식 즉 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)을 일으키기 쉬움

불에 타기 쉽다는 점과 내식성이 약하다는 점은 기술적 해결책을 마련할 수 있으나 이렇게

되면 비용이 추가로 발생하여 단가가 높아지는 치명적인 문제가 발생하게 됨

가연성이 높은 문제는 생산과 가공 현장에서 공기와 직접 닿지 않는 구조의 가마와 온수기

를 사용함으로써 해결할 수 있음

갈바닉 부식은 마그네슘 합금과 이종 금속 사이에 절연체를 삽입하여 두 금속 사이에 물이

들어 가지 않도록 밀봉하거나 표면처리를 하는 등의 방법으로 피할 수 있음

그러나 가연성이 높고 내식성이 약한 문제를 해결하는 데에는 비용이 추가되며 이로 인해

사실 마그네슘 합금 덩어리의 가격은 1kg당 3달러 정도로 알루미늄 합금 덩어리와 크게 차

이가 없으나 마그네슘 합금으로 만든 부품의 가격은 알루미늄 합금으로 만든 부품보다 높

아지게 됨

미국과 유럽을 제외한 지역의 자동차업체 엔지니어들 사이에서 마그네슘 합금을 사용하고

싶어도 사용할 수 없다는 목소리가 커지는 가장 큰 이유가 바로 여기에 있음

자동차의 경량화라는 관점에서 보면 마그네슘 합금의 최대 라이벌은 알루미늄 합금이며

알루미늄 합금이 강적이긴 하지만 마그네슘 합금에 전혀 승산이 없는 것은 아님

최신 ICT 이슈

39 정보통신기술진흥센터

전세계적으로 환경 부하 경감의 목소리가 높아지고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 규

제 강화와 에너지 절약middot고연비를 추구하는 흐름이 가속화 되고 있고 다소 비용이 들더라

도 경량화를 우선시하는 요구도 적잖이 있기 때문

실제로 ldquo차체 1kg의 경량화rdquo를 위해 6~10달러 정도의 비용이 상승하더라도 고객들이 감당할

수 있다고 예상하는 부품 메이커들도 나오고 있음

ldquo마그네슘에는 해결과제가 많다rdquo는 지적이 나오는 것도 그리 나쁜 소식이 아닌데 기업들이

마그네슘 합금의 채택을 진지하게 검토하고 있다는 반증이기 때문

마그네슘 합금에 대한 기업들의 관심 고조에 호응하듯 최근 남아 있는 또 하나의 과제 즉

가공성과 내열성이 떨어진다는 약점을 해소할 수 있는 새로운 마그네슘 합금도 등장하고

있음

마그네슘 합금의 가공성이 떨어진다는 점은 부연 설명이 필요한데 일반적으로 합금은 사용

하는 형태에 따라 금속을 녹여 주형에 넣은 후 응고시켜 제품을 만드는 주조용 합금과 두들

기거나 기계적으로 압력을 가해 일정한 모양을 만드는 전신재(展伸材)용 합금이 있음

가공성이 낮다는 것은 후자 즉 전신재(展伸材)용 마그네슘 합금일 경우를 말하며 대량 생산

이 가능하고 프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금 판재는 거의 존재하지 않음

프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금이 있기는 하며 알루미늄을 3 질량 아연(Zn)을 1 질

량 포함한 마그네슘 합금 판재를 bdquoAZ31‟이라고 하는데 AZ31은 내식성이 너무 약해 내장재

로 밖에 사용할 수 없어 사용 영역이 한정되기 때문에 실제 이용이 어려움

bdquoAZ91‟은 알루미늄을 9질량 아연을 1질량 함유한 마그네슘 합금으로 AZ31보다 알루미

늄의 함유량을 늘려 내식성을 높이고 있지만 저항력이 약해져 소성 가공이 없다는 약점이

있으며 최근에는 이 bdquoAZ91‟을 개량하여 문제를 해결하려는 시도가 나타나고 있음

개량된 AZ91은 AZ31 판재와 마찬가지로

프레스 성형이 가능하면서도 보다 내식

성이 우수한 특성을 실현하였고 노트북

의 케이스로 제품화하는 데 성공한 기업

도 나오고 있음

개량된 AZ91은 최종적으로 자동차 부품

사업을 겨냥할 것으로 보이며 가령 자동

lt자료gt Lunt Manufacturing

[그림 2] 마그네슘 합금으로 만든 크로스 빔

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차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

최신 ICT 이슈

41 정보통신기술진흥센터

추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

주간기술동향 2018 3 28

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으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

주간기술동향 2016 3 9

wwwiitpkr 4

• 표지
• 판권
• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
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새로운 시대의 도래에 따라 100년간 이어온 자동차 제조middot판매업이 성립하기 어려워지고 있

다는 것인데 보스턴컨설팅그룹(BCG)에 따르면 공유 서비스 용도의 자동차 판매가 성장을

지속하면서 개인 소유 목적의 신차 판매는 2025년을 기점으로 감소세로 돌아설 전망

차량 판매라는 기존 사업모델이 침체를 겪을 것으로 예상되는 반면 서비스 사업을 중심으로

한 신규 사업의 이익은 크게 늘어나 BCG에 따르면 2035년 자동차업계 영업이익의 40는 신

규 사업모델에서 발생할 것으로 예상됨

인텔이 시장조사기관 스트래티지 애널리틱스와 공동으로 발표한 자료에 따르면 자율운전차

의 보급에 의해 2050년경에 7조 달러의 거대한 서비스 시장이 형성될 전망

인텔은 자율운전차가 만들어 내는 제품과 서비스를 ldquoPassenger Economy(승객 경제)rdquo라고 명

명했으며 자율운전차량에 의한 교통 수단을 사업자나 개인에게 제공하는 이동 서비스를

ldquoMaaS(Mobility as a Service 서비스로 이용하는 이동성)rdquo라 부르고 있음

인텔은 2020년경부터 자율운전차 보급에 의해 서비스 시장이 창출되기 시작하여 2035년에

8000억 달러 규모로 모멘텀을 확보한 이후 급성장하여 2050년경에 7조 달러의 거대 시장

을 형성할 것으로 보고 있음

인텔은 먼저 택배 및 장거리 수송 등 사업자용 MaaS가 형성된 이후 소비자용 MaaS가 확산

되어 갈 것으로 보고 있으며 A 지점에서 B 지점으로 이동을 제공할 뿐만 아니라 운전에서

해방되는 시간을 즐기거나 유용하게 이용하는 서비스가 속속 등장할 것으로 예상

예측에 따르면 2050 년의 소비자용 MaaS의 시장 규모는 3조 7000억 달러에 달할 전망

lt자료gt Intel amp Strategy Analytics

[그림 2] 2030~2050 자율운전차 파생 시장규모

주간기술동향 2018 3 28

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일본 자동차업체 중 도요타는 2020년에 제한 구역 내에서 레벨 4 수준의 자율운전차로 올

림픽 참가선수와 대회 관계자를 실어 나른다는 계획을 밝히고 있음

도요타는 2020년대 초반에 미국을 비롯한 전세계 시장에서 서비스 시연을 확대하고 사업 규

모 및 수익 창출 타당성 등을 검증해 나갈 계획이며 그런 만큼 도쿄 올림픽에서의 실증 실

험은 신사업의 중요한 첫 걸음이 됨

도요타가 실증 실험에 사용할 차량은 이동성과 물류 물건 판매 등 다양한 용도의 서비스에

활용될 것을 상정한 전기자동차(EV) ldquoe-Palette Concept(e-팔레트 컨셉)rdquo임

차량 크기는 bdquo길이 4800mmtimes전폭 2000mmtimes전고 2250mm‟로 서서 타는 방식이며 20명이

탑승할 수 있으며 도쿄 올림픽에서 여러 대를 운영할 예정

ldquoe-팔레트 컨셉rdquo은 저상 박스형 디자인

을 채택하고 넓은 실내 공간을 구현했으

며 도쿄 올림픽에서는 사람을 나르는 용

도로 한정하여 사용할 것으로 보이지만

실내는 용도에 따라 다양한 설비를 탑재

할 수 있게 한다는 구상

e-팔레트 차량의 정보는 차량에 장착된

통신 단말기를 통해 수집되어 도요타의

데이터센터에 축적되며 도요타는 수집

된 차량의 빅데이터를 활용할 수 있도록 다양한 API(응용 프로그래밍 인터페이스)를 준비한

다고 함

이런 데이터들을 정리한 서비스 기반이 되는 ldquo모바일 서비스 플랫폼(MSPF)rdquo을 구축할 것이

며 MSPF를 중심으로 ldquo모빌리티 서비스 플랫폼 사업rdquo으로 성장 전략을 펴 나간다는 것이 도

요타의 계획임

플랫폼 사업자를 지향하는 도요타의 움직임에 맞춰 부품업체들도 지원을 서두르고 있는데

예를 들어 덴소는 MaaS용 자동차 통신기기인 ldquoMobility IoT Core(모빌리티 IoT 코어)rdquo와 클라우

드 기반을 개발했음

덴소는 차량의 위치 정보와 속도 스티어링 액셀 브레이크 등의 데이터를 ldquo모빌리티 IoT 코

어rdquo를 통해 클라우드로 축적하고 차량 데이터를 분석하여 MaaS 차량이 효율적으로 주행할

경로를 제안할 것이며 원격으로 차량을 정지하는 시스템도 준비할 예정임

lt자료gt Toyota Motors

[그림 3] 도요타의 e-팔레트 컨셉

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교통의 효율화를 구현하는 알고리즘에 대해서는 양자 컴퓨터의 활용도 검토 중인데 덴소 측

에 따르면 사람이 생각해 낼 수 없는 안내 루트를 즉시 도출할 수 있다고 하며 현재 도요타

통상과 공동으로 실제 교통 데이터를 이용한 검증을 시작했다고 함

닛산도 2020년대 초에 본격 서비스 개시를 목표로 개발을 서두르고 있으며 DeNA와 공동

으로 자율운전기술 기반 교통 서비스 ldquoEasy Ride(이지 라이드)rdquo를 준비 중

2020년대 초에 서비스를 본격 제공하기 위한 초석의 제 1단계로 닛산은 시가지 도로에서 자

율운전차량에 일반인을 탑승시키는 실증 실험을 2018년 3월에 실시하였음

보행자가 많은 요코하마의 미나토 미라이 지구를 실증 실험의 장소로 선택했는데 닛산에 따

르면 개념을 제시하는 단계에서 실제로 탑승시키고 주위에서 보게 하며 완성도를 높여 가는

단계로 이행하기 위한 중요한 계기가 될 것이라고 함

이번 닛산의 실증 실험에서 주목 받고

있는 것은 서비스의 완성도이며 자율운

전차를 스마트폰 앱으로 예약하고 호출

한 후 자동차에 탑승하면 차량 정보 단

말기가 주변의 추천 명소를 표시하거나

매장에서 사용할 수 있는 쿠폰을 발행하

고 있음

단순한 이동이 아니라 지역의 매력적인

장소 상품 서비스를 만날 수 있는 기회

도 제공한다는 것인데 서비스와 스마트

폰 앱의 개발은 DeNA에 일임하였고 닛산은 차량과 자율운전 기술의 개발을 전담하였음

닛산은 각 전문 파트너와 협력하는 것이 미래를 위해 중요하다는 입장이며 DeNA와는 2017

년 1월부터 1세대 리프(Leaf)를 베이스로 한 자율운전차 이용 교통 서비스 개발을 진행해 왔

고 2017년 12월 서비스 명칭을 bdquoEasy Ride(이지 라이드)‟로 결정하였음

도요타와 닛산의 자율운전 테스트 과정에서는 저비용화와 제어 개선 신뢰성 확보 등 해결

해야 할 과제도 드러났으며 이 중 높은 판매 비용 문제가 가장 많이 지적되고 있음

서비스 전용의 자율운전차가 될 도요타의 e-팔레트는 탑재될 배터리의 용량에 따라 가격이

크게 변하는데 당분간은 10만 달러를 훌쩍 넘는 고가의 자동차가 될 전망

lt자료gt Nissan

[그림 4] 이지 라이드 단말의 쿠폰 발행

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닛산 역시 제한된 구역이 아니라 도심 시가지에서 자율운전 서비스를 겨냥하고 있기 때문에

기술과 안전도를 높이기 위한 비용 증가가 불가피하다는 지적

이런 문제점을 해결하려 나선 곳은 야마하 모터인데 골프 카트를 기반으로 한 자율운전차

량인 ldquoPublic Personal Mobility(PPM)rdquo의 개발을 시작하였음

골프 카트 차체의 가격은 1만 달러 전후이며 내middot외장을 변경하고 자율운전시스템을 탑재

하여 2~3만 달러에 맞춰 개발한다는 계획

탑재하는 자율운전시스템도 독특하여 최소한의 센서로 구현하였으며 자차 위치 추정은 차량

하부에 장착된 카메라 1대로만 실시함

도로를 촬영하여 미리 획득해 놓은 노면 이

미지와 패턴을 매칭시켜 위치를 식별하는

데 미국의 독립 연구기구인 사우스웨스트

리서치 연구소(Southwest Research Institute)

가 개발한 기술을 채택한 것임

PPM의 속력은 시속 20km 이하로 느리지만

야마하 측은 라스트 마일 이동성을 상정하

고 있기 때문에 문제가 되지 않을 것으로

보고 있음

오히려 차량 밖의 사람과도 대화가 가능한 점 차량 속도가 느릴수록 제어도 용이하고 보행

자 곁을 주행해도 부상을 입힐 위험이 적다는 점 등 천천히 주행하는 것도 장점이 많다는

것이 야마하의 생각

제어의 개선도 선결 과제인데 일본 자동차업체들은 장기간에 걸친 테스트를 통해 제어의

완성도를 높이고 장기 신뢰성을 구축해 나간다는 계획

지금까지 일본의 자율운전 실증 실험은 1주일 정도 단기간 진행되며 자율운전이 가능하다는

것을 보여주는데 그쳐 왔음

그러나 최근 도쿄 올림픽을 겨냥해 일본 자동차업체들이 시작하고 있는 실증 실험은 보다

장기간에 걸쳐 진행되며 장기간 주행을 통해 다양한 과제를 식별하고 해결함으로써 자율운

전차의 장기 신뢰성을 확보한다는 목표 하에 전개되고 있음

가령 카 쉐어링 서비스에 사용되는 자율운전차의 구동시간은 지금보다 매우 길어지게 되므

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 5] 야마하의 자율운전차 PPM

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로 하루 24시간 중 95 이상을 주차장에서 대기하고 있는 현재의 자동차에 요구되는 것과

는 급이 다른 내구성 기준과 정비 기준이 마련될 필요가 있다고 보고 있음

안전과 관련해서는 제어 기능의 향상에 초점을 두고 있는데 버스 사업자들에 따르면 버스

안에서 일어나는 사고 중 가장 빈도가 높은 것은 급브레이크를 걸 때 승객이 넘어져 부상을

당하는 것이라고 함

일본 자동차업체는 아니나 프랑스의 자동차 벤처기업인 Navya(나브야)는 소프트뱅크와 손 잡

고 도쿄 올림픽을 겨냥하여 3월부터 일본에서 실증 실험을 시작하고 있음

나브야가 개발한 미니밴 타입의 무인 버

스인 ldquoAUTONOM CAB(오토놈 캡)rdquo은 브레

이크를 걸었을 때 마치 면허를 처음 딴

사람이 운전하는 것 같은 느낌이 든다는

평을 받고 있는데 일본 자동차업체들은

이런 평가에 주목하고 있음

브레이크 외에도 도로 가장자리에 차를

부드럽게 붙이거나 차간 거리를 좁혀 주

차시키는 등의 제어가 자율운전차 기반

서비스의 품질을 크게 좌우할 것으로 보이기 때문에 나브야뿐 아니라 일본 자동차업체들은

향후 이 점을 염두에 두고 개선해 나갈 것으로 보임

현재 자율운전차 시장은 미국 업체들이 주도하고 있으나 도쿄 올림픽을 계기로 일본 자동

차업체들이 적극 가세하며 보다 급속한 발전의 모멘텀을 확보해 가고 있음

현재 자율운전차 시장을 주도하고 있는 웨이모와 GM은 2019년에 상용화를 시작한다는 계획

을 세우고 있고 이에 근거하여 애널리스트들은 2020년을 전후하여 다양한 자율운전차 기반

서비스 시장이 본격화될 것으로 보고 있음

일본의 자동차업체들도 2020년을 겨냥하여 움직이기 시작했으며 마침 이 시기에 열리는 도

쿄 올림픽을 통해 일본의 자율운전차 기술을 세계에 어필하고 새로운 거대시장을 선점하기

위한 경쟁에 적극 뛰어든다는 계획을 밝히고 있음

따라서 2020년 자율운전 상용화의 가능성은 점점 더 높아지고 있는데 이는 우리나라도 단순

히 기술적 가능성을 확인하기 위한 테스트에서 벗어나 자율운전차 기반의 다양한 서비스

컨셉을 실증하기 위한 단계로 서둘러 진입할 필요가 있음을 시사함

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 6] Navya의 무인 버스 Autonom Cab

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현대자동차도 이번 평창올림픽에서 자체 자율운전차 bdquoNexo(넥소)‟ 5대가 서울에서 평창까지

고속도로 구간 190km를 주행하는 데모를 선보인바 있으나 우리나라는 현재 2020년에 레벨

3의 자율주행차 개발을 목표로 하고 있음

2020년경에 시작될 것으로 예상되는 글로벌 자율주행차 상용화 경쟁에 참여하기 위해서는

기술 목표를 상향할 필요가 있어 보이며 최단 기간 내에 레벨 4 5 수준으로 넘어가기 위해

자동차 기업과 ICT 기업 간 적극적 협업을 통한 기술 개발 노력이 가속화될 필요가 있음

[ 참고문헌 ]

[1] GCR ldquo2018 year of the autonomous busrdquo 2018 3 14

[2] Bloomberg ldquoToyota Adding $28 Billion to Self-Driving Software Outlaysrdquo 2018 3 5

[3] Forbes ldquoJapan‟s First-Ever Self-Driving Robo-Taxis Testing On Public Roadsrdquo 2018 2 28

[4] The Verge- ldquoIntel predicts a $7 trillion self-driving futurerdquo 2017 6 1

II 마그네슘 합금 향후 10년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단

ldquo마그네슘(Mg) 합금rdquo은 현재 가장 뜨거운 이슈가 되고 있는 금속 재료이며 미국과 유럽의

자동차 제조업체를 중심으로 향후 10년간 수요가 2배 가량 증가할 전망

호주의 컨설팅업체 CM 그룹의 예측에 따르면 2016년에 약 85만 톤이었던 전세계 마그네슘

합금의 수요가 계속 증가하여 향후 10년 동안 연평균 6씩 성장하며 2026년에는 157만 톤

으로 두 배 가까이 늘어날 전망

마그네슘 합금의 급속한 수요 증가를 일

으키는 것은 자동차 경량화 요구이며 자

동차 부품에 사용되는 다이캐스팅용 마그

네슘 합금의 수요를 보면 2016년 약 23만

6000톤에서 연간 103씩 증가하여 2026

년에 약 57 만 톤으로 2 배 이상 늘어날

전망

다이캐스팅(Die Casting)은 정밀한 금형(金

型)을 사용하여 자동 또는 수동 방식으로

lt자료gt CM Group

[그림 1] 전세계 마그네슘 합금 수요 전망

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주탕(酒湯)하고 쇳물에 압력을 가해 주조하는 방법으로 정도(精度)가 높아 거의 기계적 다듬

질이 필요 없는 장점이 있고 대량 생산에 적합하여 가전과 자동차 부품 생산에 많이 이용됨

이 같은 장점 때문에 미국과 유럽의 자동차 메이커들은 도입에 적극적이며 마그네슘 합금

수요의 글로벌 비중을 보면 10년 전부터 유럽과 미국이 압도적으로 높아 각각 45 정도를

차지했고 그 다음 일본이 5 정도를 차지하고 있음

가령 아우디(Audi)는 단일 재료로 차체를 경량화하겠다는 생각을 버리고 철강(고장력 강판)

알루미늄(Al) 합금 탄소 섬유 강화 수지(CFRP) 마그네슘 합금 등 4종류의 경량 소재를 적재

middot적소middot적량으로 사용하는 ldquo다소재 차체(multi material body)rdquo 설계에 주력하고 있음

실제 고급 세단 bdquoA8‟에서는 차체의 비틀림 강성을 높이는 스트럿 브레이스에 마그네슘 합금

을 채택했으며 기존 알루미늄 합금 대비 28의 경량화를 실현하였음

스트럿 브레이스는 주행 중에 자동차의 직진성을 확보하고 회전할 때 좌우의 흔들림을 최소

화하여 주행 안정성을 높여 주는 보조장치로 정식 명칭은 스트럿 타워 브레이스 바(strut

tower brace bar)임

경량화를 추구하는 데 있어 마그네슘 합금은 매우 매력적인 재료인데 이는 구조재로 사용

할 수 있는 강도middot강성이 있는 금속 중 가장 가볍기 때문

마그네슘 합금의 비중은 17으로 알루미늄의 약 23 강철의 약 14 밖에 되지 않으며 게다가

질량당 강도(비강도)와 강성(비강성)이 높기 때문에 두께가 얇아도 강도를 유지하며 굽힘 강

성이 뛰어난 부품을 만들 수 있음

이런 특성을 최대한 살리고자 먼저 나선 곳이 유럽과 미국의 자동차 메이커였던 것이며 그

외에 항공기 기체나 고속철도 차량의 경량화 목적으로도 많이 사용하고 있음

디지털 기기도 마그네슘 합금의 채택에 의한 경량화로 휴대성을 높이려는 시도가 활발한데

노트북 케이스에서는 이미 마그네슘 합금을 많이 사용하고 있음

건축 자재 중에는 적천정(吊天井) 주위에 설치하여 지진 등이 발생할 경우 붕괴 사고를 방지

할 수 있는 불연성을 갖춘 마그네슘 합금 재료가 상품화되어 있음

금속 관악기 등도 마그네슘 합금을 이용하여 경량화 효과를 볼 수 있는 분야로 꼽히고 있음

가볍다는 점 외에도 마그네슘 합금의 장점은 절삭 저항이 작고 내공동성이 뛰어나 함몰이

되기 어렵다는 장점도 있음

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또한 재활용이 가능하며 분해 흡수되어 최종적으로 생체 조직과 일체화하는 특성 즉 생체

흡수성이 있기 때문에 의료 분야에서의 활용도 적극 검토되고 있음

활용도만 보면 마그네슘 합금은 완전 무결의 재료로 보이지만 꼭 그렇지마는 않으며 매력

이 큰 만큼 단점도 많은 재료이며 가연성과 부식성이 높은 문제가 있음

CM그룹의 전망에서 보듯 향후 10년간 마그네슘 합금의 수요 증가폭은 클 것으로 예상되나

당장의 연간 수요량은 100만 톤에 못 미치는데 이는 철강 및 알루미늄 합금에 비해 압도적

으로 이용량이 작은 것으로 그 만큼 마그네슘 합금의 단점이 많음을 시사

단점 중 하나는 불에 타기 쉽다는 것으로 마그네슘 합금은 550~600 정도로 비교적 낮은

온도에서 발화하며 덩어리 상태라면 쉽게 발화되지 않지만 분말이나 절분 등 작은 금속 조

각이 되면 이야기가 달라져 주변에 불씨가 있다면 쉽게 발화하는 문제가 있음

부식에 견디는 성질을 의미하는 내식성이 낮은 것도 문제인데 마그네슘 합금은 다른 금속과

결합할 경우 서로 다른 금속이 접촉할 때 한쪽이 다른 쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써

일어나는 부식 즉 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)을 일으키기 쉬움

불에 타기 쉽다는 점과 내식성이 약하다는 점은 기술적 해결책을 마련할 수 있으나 이렇게

되면 비용이 추가로 발생하여 단가가 높아지는 치명적인 문제가 발생하게 됨

가연성이 높은 문제는 생산과 가공 현장에서 공기와 직접 닿지 않는 구조의 가마와 온수기

를 사용함으로써 해결할 수 있음

갈바닉 부식은 마그네슘 합금과 이종 금속 사이에 절연체를 삽입하여 두 금속 사이에 물이

들어 가지 않도록 밀봉하거나 표면처리를 하는 등의 방법으로 피할 수 있음

그러나 가연성이 높고 내식성이 약한 문제를 해결하는 데에는 비용이 추가되며 이로 인해

사실 마그네슘 합금 덩어리의 가격은 1kg당 3달러 정도로 알루미늄 합금 덩어리와 크게 차

이가 없으나 마그네슘 합금으로 만든 부품의 가격은 알루미늄 합금으로 만든 부품보다 높

아지게 됨

미국과 유럽을 제외한 지역의 자동차업체 엔지니어들 사이에서 마그네슘 합금을 사용하고

싶어도 사용할 수 없다는 목소리가 커지는 가장 큰 이유가 바로 여기에 있음

자동차의 경량화라는 관점에서 보면 마그네슘 합금의 최대 라이벌은 알루미늄 합금이며

알루미늄 합금이 강적이긴 하지만 마그네슘 합금에 전혀 승산이 없는 것은 아님

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전세계적으로 환경 부하 경감의 목소리가 높아지고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 규

제 강화와 에너지 절약middot고연비를 추구하는 흐름이 가속화 되고 있고 다소 비용이 들더라

도 경량화를 우선시하는 요구도 적잖이 있기 때문

실제로 ldquo차체 1kg의 경량화rdquo를 위해 6~10달러 정도의 비용이 상승하더라도 고객들이 감당할

수 있다고 예상하는 부품 메이커들도 나오고 있음

ldquo마그네슘에는 해결과제가 많다rdquo는 지적이 나오는 것도 그리 나쁜 소식이 아닌데 기업들이

마그네슘 합금의 채택을 진지하게 검토하고 있다는 반증이기 때문

마그네슘 합금에 대한 기업들의 관심 고조에 호응하듯 최근 남아 있는 또 하나의 과제 즉

가공성과 내열성이 떨어진다는 약점을 해소할 수 있는 새로운 마그네슘 합금도 등장하고

있음

마그네슘 합금의 가공성이 떨어진다는 점은 부연 설명이 필요한데 일반적으로 합금은 사용

하는 형태에 따라 금속을 녹여 주형에 넣은 후 응고시켜 제품을 만드는 주조용 합금과 두들

기거나 기계적으로 압력을 가해 일정한 모양을 만드는 전신재(展伸材)용 합금이 있음

가공성이 낮다는 것은 후자 즉 전신재(展伸材)용 마그네슘 합금일 경우를 말하며 대량 생산

이 가능하고 프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금 판재는 거의 존재하지 않음

프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금이 있기는 하며 알루미늄을 3 질량 아연(Zn)을 1 질

량 포함한 마그네슘 합금 판재를 bdquoAZ31‟이라고 하는데 AZ31은 내식성이 너무 약해 내장재

로 밖에 사용할 수 없어 사용 영역이 한정되기 때문에 실제 이용이 어려움

bdquoAZ91‟은 알루미늄을 9질량 아연을 1질량 함유한 마그네슘 합금으로 AZ31보다 알루미

늄의 함유량을 늘려 내식성을 높이고 있지만 저항력이 약해져 소성 가공이 없다는 약점이

있으며 최근에는 이 bdquoAZ91‟을 개량하여 문제를 해결하려는 시도가 나타나고 있음

개량된 AZ91은 AZ31 판재와 마찬가지로

프레스 성형이 가능하면서도 보다 내식

성이 우수한 특성을 실현하였고 노트북

의 케이스로 제품화하는 데 성공한 기업

도 나오고 있음

개량된 AZ91은 최종적으로 자동차 부품

사업을 겨냥할 것으로 보이며 가령 자동

lt자료gt Lunt Manufacturing

[그림 2] 마그네슘 합금으로 만든 크로스 빔

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차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

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추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

주간기술동향 2018 3 28

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으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

주간기술동향 2016 3 9

wwwiitpkr 4

• 표지
• 판권
• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
          • • EG위원
            • 뒷표지

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일본 자동차업체 중 도요타는 2020년에 제한 구역 내에서 레벨 4 수준의 자율운전차로 올

림픽 참가선수와 대회 관계자를 실어 나른다는 계획을 밝히고 있음

도요타는 2020년대 초반에 미국을 비롯한 전세계 시장에서 서비스 시연을 확대하고 사업 규

모 및 수익 창출 타당성 등을 검증해 나갈 계획이며 그런 만큼 도쿄 올림픽에서의 실증 실

험은 신사업의 중요한 첫 걸음이 됨

도요타가 실증 실험에 사용할 차량은 이동성과 물류 물건 판매 등 다양한 용도의 서비스에

활용될 것을 상정한 전기자동차(EV) ldquoe-Palette Concept(e-팔레트 컨셉)rdquo임

차량 크기는 bdquo길이 4800mmtimes전폭 2000mmtimes전고 2250mm‟로 서서 타는 방식이며 20명이

탑승할 수 있으며 도쿄 올림픽에서 여러 대를 운영할 예정

ldquoe-팔레트 컨셉rdquo은 저상 박스형 디자인

을 채택하고 넓은 실내 공간을 구현했으

며 도쿄 올림픽에서는 사람을 나르는 용

도로 한정하여 사용할 것으로 보이지만

실내는 용도에 따라 다양한 설비를 탑재

할 수 있게 한다는 구상

e-팔레트 차량의 정보는 차량에 장착된

통신 단말기를 통해 수집되어 도요타의

데이터센터에 축적되며 도요타는 수집

된 차량의 빅데이터를 활용할 수 있도록 다양한 API(응용 프로그래밍 인터페이스)를 준비한

다고 함

이런 데이터들을 정리한 서비스 기반이 되는 ldquo모바일 서비스 플랫폼(MSPF)rdquo을 구축할 것이

며 MSPF를 중심으로 ldquo모빌리티 서비스 플랫폼 사업rdquo으로 성장 전략을 펴 나간다는 것이 도

요타의 계획임

플랫폼 사업자를 지향하는 도요타의 움직임에 맞춰 부품업체들도 지원을 서두르고 있는데

예를 들어 덴소는 MaaS용 자동차 통신기기인 ldquoMobility IoT Core(모빌리티 IoT 코어)rdquo와 클라우

드 기반을 개발했음

덴소는 차량의 위치 정보와 속도 스티어링 액셀 브레이크 등의 데이터를 ldquo모빌리티 IoT 코

어rdquo를 통해 클라우드로 축적하고 차량 데이터를 분석하여 MaaS 차량이 효율적으로 주행할

경로를 제안할 것이며 원격으로 차량을 정지하는 시스템도 준비할 예정임

lt자료gt Toyota Motors

[그림 3] 도요타의 e-팔레트 컨셉

최신 ICT 이슈

33 정보통신기술진흥센터

교통의 효율화를 구현하는 알고리즘에 대해서는 양자 컴퓨터의 활용도 검토 중인데 덴소 측

에 따르면 사람이 생각해 낼 수 없는 안내 루트를 즉시 도출할 수 있다고 하며 현재 도요타

통상과 공동으로 실제 교통 데이터를 이용한 검증을 시작했다고 함

닛산도 2020년대 초에 본격 서비스 개시를 목표로 개발을 서두르고 있으며 DeNA와 공동

으로 자율운전기술 기반 교통 서비스 ldquoEasy Ride(이지 라이드)rdquo를 준비 중

2020년대 초에 서비스를 본격 제공하기 위한 초석의 제 1단계로 닛산은 시가지 도로에서 자

율운전차량에 일반인을 탑승시키는 실증 실험을 2018년 3월에 실시하였음

보행자가 많은 요코하마의 미나토 미라이 지구를 실증 실험의 장소로 선택했는데 닛산에 따

르면 개념을 제시하는 단계에서 실제로 탑승시키고 주위에서 보게 하며 완성도를 높여 가는

단계로 이행하기 위한 중요한 계기가 될 것이라고 함

이번 닛산의 실증 실험에서 주목 받고

있는 것은 서비스의 완성도이며 자율운

전차를 스마트폰 앱으로 예약하고 호출

한 후 자동차에 탑승하면 차량 정보 단

말기가 주변의 추천 명소를 표시하거나

매장에서 사용할 수 있는 쿠폰을 발행하

고 있음

단순한 이동이 아니라 지역의 매력적인

장소 상품 서비스를 만날 수 있는 기회

도 제공한다는 것인데 서비스와 스마트

폰 앱의 개발은 DeNA에 일임하였고 닛산은 차량과 자율운전 기술의 개발을 전담하였음

닛산은 각 전문 파트너와 협력하는 것이 미래를 위해 중요하다는 입장이며 DeNA와는 2017

년 1월부터 1세대 리프(Leaf)를 베이스로 한 자율운전차 이용 교통 서비스 개발을 진행해 왔

고 2017년 12월 서비스 명칭을 bdquoEasy Ride(이지 라이드)‟로 결정하였음

도요타와 닛산의 자율운전 테스트 과정에서는 저비용화와 제어 개선 신뢰성 확보 등 해결

해야 할 과제도 드러났으며 이 중 높은 판매 비용 문제가 가장 많이 지적되고 있음

서비스 전용의 자율운전차가 될 도요타의 e-팔레트는 탑재될 배터리의 용량에 따라 가격이

크게 변하는데 당분간은 10만 달러를 훌쩍 넘는 고가의 자동차가 될 전망

lt자료gt Nissan

[그림 4] 이지 라이드 단말의 쿠폰 발행

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닛산 역시 제한된 구역이 아니라 도심 시가지에서 자율운전 서비스를 겨냥하고 있기 때문에

기술과 안전도를 높이기 위한 비용 증가가 불가피하다는 지적

이런 문제점을 해결하려 나선 곳은 야마하 모터인데 골프 카트를 기반으로 한 자율운전차

량인 ldquoPublic Personal Mobility(PPM)rdquo의 개발을 시작하였음

골프 카트 차체의 가격은 1만 달러 전후이며 내middot외장을 변경하고 자율운전시스템을 탑재

하여 2~3만 달러에 맞춰 개발한다는 계획

탑재하는 자율운전시스템도 독특하여 최소한의 센서로 구현하였으며 자차 위치 추정은 차량

하부에 장착된 카메라 1대로만 실시함

도로를 촬영하여 미리 획득해 놓은 노면 이

미지와 패턴을 매칭시켜 위치를 식별하는

데 미국의 독립 연구기구인 사우스웨스트

리서치 연구소(Southwest Research Institute)

가 개발한 기술을 채택한 것임

PPM의 속력은 시속 20km 이하로 느리지만

야마하 측은 라스트 마일 이동성을 상정하

고 있기 때문에 문제가 되지 않을 것으로

보고 있음

오히려 차량 밖의 사람과도 대화가 가능한 점 차량 속도가 느릴수록 제어도 용이하고 보행

자 곁을 주행해도 부상을 입힐 위험이 적다는 점 등 천천히 주행하는 것도 장점이 많다는

것이 야마하의 생각

제어의 개선도 선결 과제인데 일본 자동차업체들은 장기간에 걸친 테스트를 통해 제어의

완성도를 높이고 장기 신뢰성을 구축해 나간다는 계획

지금까지 일본의 자율운전 실증 실험은 1주일 정도 단기간 진행되며 자율운전이 가능하다는

것을 보여주는데 그쳐 왔음

그러나 최근 도쿄 올림픽을 겨냥해 일본 자동차업체들이 시작하고 있는 실증 실험은 보다

장기간에 걸쳐 진행되며 장기간 주행을 통해 다양한 과제를 식별하고 해결함으로써 자율운

전차의 장기 신뢰성을 확보한다는 목표 하에 전개되고 있음

가령 카 쉐어링 서비스에 사용되는 자율운전차의 구동시간은 지금보다 매우 길어지게 되므

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 5] 야마하의 자율운전차 PPM

최신 ICT 이슈

35 정보통신기술진흥센터

로 하루 24시간 중 95 이상을 주차장에서 대기하고 있는 현재의 자동차에 요구되는 것과

는 급이 다른 내구성 기준과 정비 기준이 마련될 필요가 있다고 보고 있음

안전과 관련해서는 제어 기능의 향상에 초점을 두고 있는데 버스 사업자들에 따르면 버스

안에서 일어나는 사고 중 가장 빈도가 높은 것은 급브레이크를 걸 때 승객이 넘어져 부상을

당하는 것이라고 함

일본 자동차업체는 아니나 프랑스의 자동차 벤처기업인 Navya(나브야)는 소프트뱅크와 손 잡

고 도쿄 올림픽을 겨냥하여 3월부터 일본에서 실증 실험을 시작하고 있음

나브야가 개발한 미니밴 타입의 무인 버

스인 ldquoAUTONOM CAB(오토놈 캡)rdquo은 브레

이크를 걸었을 때 마치 면허를 처음 딴

사람이 운전하는 것 같은 느낌이 든다는

평을 받고 있는데 일본 자동차업체들은

이런 평가에 주목하고 있음

브레이크 외에도 도로 가장자리에 차를

부드럽게 붙이거나 차간 거리를 좁혀 주

차시키는 등의 제어가 자율운전차 기반

서비스의 품질을 크게 좌우할 것으로 보이기 때문에 나브야뿐 아니라 일본 자동차업체들은

향후 이 점을 염두에 두고 개선해 나갈 것으로 보임

현재 자율운전차 시장은 미국 업체들이 주도하고 있으나 도쿄 올림픽을 계기로 일본 자동

차업체들이 적극 가세하며 보다 급속한 발전의 모멘텀을 확보해 가고 있음

현재 자율운전차 시장을 주도하고 있는 웨이모와 GM은 2019년에 상용화를 시작한다는 계획

을 세우고 있고 이에 근거하여 애널리스트들은 2020년을 전후하여 다양한 자율운전차 기반

서비스 시장이 본격화될 것으로 보고 있음

일본의 자동차업체들도 2020년을 겨냥하여 움직이기 시작했으며 마침 이 시기에 열리는 도

쿄 올림픽을 통해 일본의 자율운전차 기술을 세계에 어필하고 새로운 거대시장을 선점하기

위한 경쟁에 적극 뛰어든다는 계획을 밝히고 있음

따라서 2020년 자율운전 상용화의 가능성은 점점 더 높아지고 있는데 이는 우리나라도 단순

히 기술적 가능성을 확인하기 위한 테스트에서 벗어나 자율운전차 기반의 다양한 서비스

컨셉을 실증하기 위한 단계로 서둘러 진입할 필요가 있음을 시사함

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 6] Navya의 무인 버스 Autonom Cab

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현대자동차도 이번 평창올림픽에서 자체 자율운전차 bdquoNexo(넥소)‟ 5대가 서울에서 평창까지

고속도로 구간 190km를 주행하는 데모를 선보인바 있으나 우리나라는 현재 2020년에 레벨

3의 자율주행차 개발을 목표로 하고 있음

2020년경에 시작될 것으로 예상되는 글로벌 자율주행차 상용화 경쟁에 참여하기 위해서는

기술 목표를 상향할 필요가 있어 보이며 최단 기간 내에 레벨 4 5 수준으로 넘어가기 위해

자동차 기업과 ICT 기업 간 적극적 협업을 통한 기술 개발 노력이 가속화될 필요가 있음

[ 참고문헌 ]

[1] GCR ldquo2018 year of the autonomous busrdquo 2018 3 14

[2] Bloomberg ldquoToyota Adding $28 Billion to Self-Driving Software Outlaysrdquo 2018 3 5

[3] Forbes ldquoJapan‟s First-Ever Self-Driving Robo-Taxis Testing On Public Roadsrdquo 2018 2 28

[4] The Verge- ldquoIntel predicts a $7 trillion self-driving futurerdquo 2017 6 1

II 마그네슘 합금 향후 10년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단

ldquo마그네슘(Mg) 합금rdquo은 현재 가장 뜨거운 이슈가 되고 있는 금속 재료이며 미국과 유럽의

자동차 제조업체를 중심으로 향후 10년간 수요가 2배 가량 증가할 전망

호주의 컨설팅업체 CM 그룹의 예측에 따르면 2016년에 약 85만 톤이었던 전세계 마그네슘

합금의 수요가 계속 증가하여 향후 10년 동안 연평균 6씩 성장하며 2026년에는 157만 톤

으로 두 배 가까이 늘어날 전망

마그네슘 합금의 급속한 수요 증가를 일

으키는 것은 자동차 경량화 요구이며 자

동차 부품에 사용되는 다이캐스팅용 마그

네슘 합금의 수요를 보면 2016년 약 23만

6000톤에서 연간 103씩 증가하여 2026

년에 약 57 만 톤으로 2 배 이상 늘어날

전망

다이캐스팅(Die Casting)은 정밀한 금형(金

型)을 사용하여 자동 또는 수동 방식으로

lt자료gt CM Group

[그림 1] 전세계 마그네슘 합금 수요 전망

최신 ICT 이슈

37 정보통신기술진흥센터

주탕(酒湯)하고 쇳물에 압력을 가해 주조하는 방법으로 정도(精度)가 높아 거의 기계적 다듬

질이 필요 없는 장점이 있고 대량 생산에 적합하여 가전과 자동차 부품 생산에 많이 이용됨

이 같은 장점 때문에 미국과 유럽의 자동차 메이커들은 도입에 적극적이며 마그네슘 합금

수요의 글로벌 비중을 보면 10년 전부터 유럽과 미국이 압도적으로 높아 각각 45 정도를

차지했고 그 다음 일본이 5 정도를 차지하고 있음

가령 아우디(Audi)는 단일 재료로 차체를 경량화하겠다는 생각을 버리고 철강(고장력 강판)

알루미늄(Al) 합금 탄소 섬유 강화 수지(CFRP) 마그네슘 합금 등 4종류의 경량 소재를 적재

middot적소middot적량으로 사용하는 ldquo다소재 차체(multi material body)rdquo 설계에 주력하고 있음

실제 고급 세단 bdquoA8‟에서는 차체의 비틀림 강성을 높이는 스트럿 브레이스에 마그네슘 합금

을 채택했으며 기존 알루미늄 합금 대비 28의 경량화를 실현하였음

스트럿 브레이스는 주행 중에 자동차의 직진성을 확보하고 회전할 때 좌우의 흔들림을 최소

화하여 주행 안정성을 높여 주는 보조장치로 정식 명칭은 스트럿 타워 브레이스 바(strut

tower brace bar)임

경량화를 추구하는 데 있어 마그네슘 합금은 매우 매력적인 재료인데 이는 구조재로 사용

할 수 있는 강도middot강성이 있는 금속 중 가장 가볍기 때문

마그네슘 합금의 비중은 17으로 알루미늄의 약 23 강철의 약 14 밖에 되지 않으며 게다가

질량당 강도(비강도)와 강성(비강성)이 높기 때문에 두께가 얇아도 강도를 유지하며 굽힘 강

성이 뛰어난 부품을 만들 수 있음

이런 특성을 최대한 살리고자 먼저 나선 곳이 유럽과 미국의 자동차 메이커였던 것이며 그

외에 항공기 기체나 고속철도 차량의 경량화 목적으로도 많이 사용하고 있음

디지털 기기도 마그네슘 합금의 채택에 의한 경량화로 휴대성을 높이려는 시도가 활발한데

노트북 케이스에서는 이미 마그네슘 합금을 많이 사용하고 있음

건축 자재 중에는 적천정(吊天井) 주위에 설치하여 지진 등이 발생할 경우 붕괴 사고를 방지

할 수 있는 불연성을 갖춘 마그네슘 합금 재료가 상품화되어 있음

금속 관악기 등도 마그네슘 합금을 이용하여 경량화 효과를 볼 수 있는 분야로 꼽히고 있음

가볍다는 점 외에도 마그네슘 합금의 장점은 절삭 저항이 작고 내공동성이 뛰어나 함몰이

되기 어렵다는 장점도 있음

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또한 재활용이 가능하며 분해 흡수되어 최종적으로 생체 조직과 일체화하는 특성 즉 생체

흡수성이 있기 때문에 의료 분야에서의 활용도 적극 검토되고 있음

활용도만 보면 마그네슘 합금은 완전 무결의 재료로 보이지만 꼭 그렇지마는 않으며 매력

이 큰 만큼 단점도 많은 재료이며 가연성과 부식성이 높은 문제가 있음

CM그룹의 전망에서 보듯 향후 10년간 마그네슘 합금의 수요 증가폭은 클 것으로 예상되나

당장의 연간 수요량은 100만 톤에 못 미치는데 이는 철강 및 알루미늄 합금에 비해 압도적

으로 이용량이 작은 것으로 그 만큼 마그네슘 합금의 단점이 많음을 시사

단점 중 하나는 불에 타기 쉽다는 것으로 마그네슘 합금은 550~600 정도로 비교적 낮은

온도에서 발화하며 덩어리 상태라면 쉽게 발화되지 않지만 분말이나 절분 등 작은 금속 조

각이 되면 이야기가 달라져 주변에 불씨가 있다면 쉽게 발화하는 문제가 있음

부식에 견디는 성질을 의미하는 내식성이 낮은 것도 문제인데 마그네슘 합금은 다른 금속과

결합할 경우 서로 다른 금속이 접촉할 때 한쪽이 다른 쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써

일어나는 부식 즉 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)을 일으키기 쉬움

불에 타기 쉽다는 점과 내식성이 약하다는 점은 기술적 해결책을 마련할 수 있으나 이렇게

되면 비용이 추가로 발생하여 단가가 높아지는 치명적인 문제가 발생하게 됨

가연성이 높은 문제는 생산과 가공 현장에서 공기와 직접 닿지 않는 구조의 가마와 온수기

를 사용함으로써 해결할 수 있음

갈바닉 부식은 마그네슘 합금과 이종 금속 사이에 절연체를 삽입하여 두 금속 사이에 물이

들어 가지 않도록 밀봉하거나 표면처리를 하는 등의 방법으로 피할 수 있음

그러나 가연성이 높고 내식성이 약한 문제를 해결하는 데에는 비용이 추가되며 이로 인해

사실 마그네슘 합금 덩어리의 가격은 1kg당 3달러 정도로 알루미늄 합금 덩어리와 크게 차

이가 없으나 마그네슘 합금으로 만든 부품의 가격은 알루미늄 합금으로 만든 부품보다 높

아지게 됨

미국과 유럽을 제외한 지역의 자동차업체 엔지니어들 사이에서 마그네슘 합금을 사용하고

싶어도 사용할 수 없다는 목소리가 커지는 가장 큰 이유가 바로 여기에 있음

자동차의 경량화라는 관점에서 보면 마그네슘 합금의 최대 라이벌은 알루미늄 합금이며

알루미늄 합금이 강적이긴 하지만 마그네슘 합금에 전혀 승산이 없는 것은 아님

최신 ICT 이슈

39 정보통신기술진흥센터

전세계적으로 환경 부하 경감의 목소리가 높아지고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 규

제 강화와 에너지 절약middot고연비를 추구하는 흐름이 가속화 되고 있고 다소 비용이 들더라

도 경량화를 우선시하는 요구도 적잖이 있기 때문

실제로 ldquo차체 1kg의 경량화rdquo를 위해 6~10달러 정도의 비용이 상승하더라도 고객들이 감당할

수 있다고 예상하는 부품 메이커들도 나오고 있음

ldquo마그네슘에는 해결과제가 많다rdquo는 지적이 나오는 것도 그리 나쁜 소식이 아닌데 기업들이

마그네슘 합금의 채택을 진지하게 검토하고 있다는 반증이기 때문

마그네슘 합금에 대한 기업들의 관심 고조에 호응하듯 최근 남아 있는 또 하나의 과제 즉

가공성과 내열성이 떨어진다는 약점을 해소할 수 있는 새로운 마그네슘 합금도 등장하고

있음

마그네슘 합금의 가공성이 떨어진다는 점은 부연 설명이 필요한데 일반적으로 합금은 사용

하는 형태에 따라 금속을 녹여 주형에 넣은 후 응고시켜 제품을 만드는 주조용 합금과 두들

기거나 기계적으로 압력을 가해 일정한 모양을 만드는 전신재(展伸材)용 합금이 있음

가공성이 낮다는 것은 후자 즉 전신재(展伸材)용 마그네슘 합금일 경우를 말하며 대량 생산

이 가능하고 프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금 판재는 거의 존재하지 않음

프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금이 있기는 하며 알루미늄을 3 질량 아연(Zn)을 1 질

량 포함한 마그네슘 합금 판재를 bdquoAZ31‟이라고 하는데 AZ31은 내식성이 너무 약해 내장재

로 밖에 사용할 수 없어 사용 영역이 한정되기 때문에 실제 이용이 어려움

bdquoAZ91‟은 알루미늄을 9질량 아연을 1질량 함유한 마그네슘 합금으로 AZ31보다 알루미

늄의 함유량을 늘려 내식성을 높이고 있지만 저항력이 약해져 소성 가공이 없다는 약점이

있으며 최근에는 이 bdquoAZ91‟을 개량하여 문제를 해결하려는 시도가 나타나고 있음

개량된 AZ91은 AZ31 판재와 마찬가지로

프레스 성형이 가능하면서도 보다 내식

성이 우수한 특성을 실현하였고 노트북

의 케이스로 제품화하는 데 성공한 기업

도 나오고 있음

개량된 AZ91은 최종적으로 자동차 부품

사업을 겨냥할 것으로 보이며 가령 자동

lt자료gt Lunt Manufacturing

[그림 2] 마그네슘 합금으로 만든 크로스 빔

주간기술동향 2018 3 28

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차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

최신 ICT 이슈

41 정보통신기술진흥센터

추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

42

으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

주간기술동향 2016 3 9

wwwiitpkr 4

• 표지
• 판권
• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
          • • EG위원
            • 뒷표지

최신 ICT 이슈

33 정보통신기술진흥센터

교통의 효율화를 구현하는 알고리즘에 대해서는 양자 컴퓨터의 활용도 검토 중인데 덴소 측

에 따르면 사람이 생각해 낼 수 없는 안내 루트를 즉시 도출할 수 있다고 하며 현재 도요타

통상과 공동으로 실제 교통 데이터를 이용한 검증을 시작했다고 함

닛산도 2020년대 초에 본격 서비스 개시를 목표로 개발을 서두르고 있으며 DeNA와 공동

으로 자율운전기술 기반 교통 서비스 ldquoEasy Ride(이지 라이드)rdquo를 준비 중

2020년대 초에 서비스를 본격 제공하기 위한 초석의 제 1단계로 닛산은 시가지 도로에서 자

율운전차량에 일반인을 탑승시키는 실증 실험을 2018년 3월에 실시하였음

보행자가 많은 요코하마의 미나토 미라이 지구를 실증 실험의 장소로 선택했는데 닛산에 따

르면 개념을 제시하는 단계에서 실제로 탑승시키고 주위에서 보게 하며 완성도를 높여 가는

단계로 이행하기 위한 중요한 계기가 될 것이라고 함

이번 닛산의 실증 실험에서 주목 받고

있는 것은 서비스의 완성도이며 자율운

전차를 스마트폰 앱으로 예약하고 호출

한 후 자동차에 탑승하면 차량 정보 단

말기가 주변의 추천 명소를 표시하거나

매장에서 사용할 수 있는 쿠폰을 발행하

고 있음

단순한 이동이 아니라 지역의 매력적인

장소 상품 서비스를 만날 수 있는 기회

도 제공한다는 것인데 서비스와 스마트

폰 앱의 개발은 DeNA에 일임하였고 닛산은 차량과 자율운전 기술의 개발을 전담하였음

닛산은 각 전문 파트너와 협력하는 것이 미래를 위해 중요하다는 입장이며 DeNA와는 2017

년 1월부터 1세대 리프(Leaf)를 베이스로 한 자율운전차 이용 교통 서비스 개발을 진행해 왔

고 2017년 12월 서비스 명칭을 bdquoEasy Ride(이지 라이드)‟로 결정하였음

도요타와 닛산의 자율운전 테스트 과정에서는 저비용화와 제어 개선 신뢰성 확보 등 해결

해야 할 과제도 드러났으며 이 중 높은 판매 비용 문제가 가장 많이 지적되고 있음

서비스 전용의 자율운전차가 될 도요타의 e-팔레트는 탑재될 배터리의 용량에 따라 가격이

크게 변하는데 당분간은 10만 달러를 훌쩍 넘는 고가의 자동차가 될 전망

lt자료gt Nissan

[그림 4] 이지 라이드 단말의 쿠폰 발행

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

34

닛산 역시 제한된 구역이 아니라 도심 시가지에서 자율운전 서비스를 겨냥하고 있기 때문에

기술과 안전도를 높이기 위한 비용 증가가 불가피하다는 지적

이런 문제점을 해결하려 나선 곳은 야마하 모터인데 골프 카트를 기반으로 한 자율운전차

량인 ldquoPublic Personal Mobility(PPM)rdquo의 개발을 시작하였음

골프 카트 차체의 가격은 1만 달러 전후이며 내middot외장을 변경하고 자율운전시스템을 탑재

하여 2~3만 달러에 맞춰 개발한다는 계획

탑재하는 자율운전시스템도 독특하여 최소한의 센서로 구현하였으며 자차 위치 추정은 차량

하부에 장착된 카메라 1대로만 실시함

도로를 촬영하여 미리 획득해 놓은 노면 이

미지와 패턴을 매칭시켜 위치를 식별하는

데 미국의 독립 연구기구인 사우스웨스트

리서치 연구소(Southwest Research Institute)

가 개발한 기술을 채택한 것임

PPM의 속력은 시속 20km 이하로 느리지만

야마하 측은 라스트 마일 이동성을 상정하

고 있기 때문에 문제가 되지 않을 것으로

보고 있음

오히려 차량 밖의 사람과도 대화가 가능한 점 차량 속도가 느릴수록 제어도 용이하고 보행

자 곁을 주행해도 부상을 입힐 위험이 적다는 점 등 천천히 주행하는 것도 장점이 많다는

것이 야마하의 생각

제어의 개선도 선결 과제인데 일본 자동차업체들은 장기간에 걸친 테스트를 통해 제어의

완성도를 높이고 장기 신뢰성을 구축해 나간다는 계획

지금까지 일본의 자율운전 실증 실험은 1주일 정도 단기간 진행되며 자율운전이 가능하다는

것을 보여주는데 그쳐 왔음

그러나 최근 도쿄 올림픽을 겨냥해 일본 자동차업체들이 시작하고 있는 실증 실험은 보다

장기간에 걸쳐 진행되며 장기간 주행을 통해 다양한 과제를 식별하고 해결함으로써 자율운

전차의 장기 신뢰성을 확보한다는 목표 하에 전개되고 있음

가령 카 쉐어링 서비스에 사용되는 자율운전차의 구동시간은 지금보다 매우 길어지게 되므

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 5] 야마하의 자율운전차 PPM

최신 ICT 이슈

35 정보통신기술진흥센터

로 하루 24시간 중 95 이상을 주차장에서 대기하고 있는 현재의 자동차에 요구되는 것과

는 급이 다른 내구성 기준과 정비 기준이 마련될 필요가 있다고 보고 있음

안전과 관련해서는 제어 기능의 향상에 초점을 두고 있는데 버스 사업자들에 따르면 버스

안에서 일어나는 사고 중 가장 빈도가 높은 것은 급브레이크를 걸 때 승객이 넘어져 부상을

당하는 것이라고 함

일본 자동차업체는 아니나 프랑스의 자동차 벤처기업인 Navya(나브야)는 소프트뱅크와 손 잡

고 도쿄 올림픽을 겨냥하여 3월부터 일본에서 실증 실험을 시작하고 있음

나브야가 개발한 미니밴 타입의 무인 버

스인 ldquoAUTONOM CAB(오토놈 캡)rdquo은 브레

이크를 걸었을 때 마치 면허를 처음 딴

사람이 운전하는 것 같은 느낌이 든다는

평을 받고 있는데 일본 자동차업체들은

이런 평가에 주목하고 있음

브레이크 외에도 도로 가장자리에 차를

부드럽게 붙이거나 차간 거리를 좁혀 주

차시키는 등의 제어가 자율운전차 기반

서비스의 품질을 크게 좌우할 것으로 보이기 때문에 나브야뿐 아니라 일본 자동차업체들은

향후 이 점을 염두에 두고 개선해 나갈 것으로 보임

현재 자율운전차 시장은 미국 업체들이 주도하고 있으나 도쿄 올림픽을 계기로 일본 자동

차업체들이 적극 가세하며 보다 급속한 발전의 모멘텀을 확보해 가고 있음

현재 자율운전차 시장을 주도하고 있는 웨이모와 GM은 2019년에 상용화를 시작한다는 계획

을 세우고 있고 이에 근거하여 애널리스트들은 2020년을 전후하여 다양한 자율운전차 기반

서비스 시장이 본격화될 것으로 보고 있음

일본의 자동차업체들도 2020년을 겨냥하여 움직이기 시작했으며 마침 이 시기에 열리는 도

쿄 올림픽을 통해 일본의 자율운전차 기술을 세계에 어필하고 새로운 거대시장을 선점하기

위한 경쟁에 적극 뛰어든다는 계획을 밝히고 있음

따라서 2020년 자율운전 상용화의 가능성은 점점 더 높아지고 있는데 이는 우리나라도 단순

히 기술적 가능성을 확인하기 위한 테스트에서 벗어나 자율운전차 기반의 다양한 서비스

컨셉을 실증하기 위한 단계로 서둘러 진입할 필요가 있음을 시사함

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 6] Navya의 무인 버스 Autonom Cab

주간기술동향 2018 3 28

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현대자동차도 이번 평창올림픽에서 자체 자율운전차 bdquoNexo(넥소)‟ 5대가 서울에서 평창까지

고속도로 구간 190km를 주행하는 데모를 선보인바 있으나 우리나라는 현재 2020년에 레벨

3의 자율주행차 개발을 목표로 하고 있음

2020년경에 시작될 것으로 예상되는 글로벌 자율주행차 상용화 경쟁에 참여하기 위해서는

기술 목표를 상향할 필요가 있어 보이며 최단 기간 내에 레벨 4 5 수준으로 넘어가기 위해

자동차 기업과 ICT 기업 간 적극적 협업을 통한 기술 개발 노력이 가속화될 필요가 있음

[ 참고문헌 ]

[1] GCR ldquo2018 year of the autonomous busrdquo 2018 3 14

[2] Bloomberg ldquoToyota Adding $28 Billion to Self-Driving Software Outlaysrdquo 2018 3 5

[3] Forbes ldquoJapan‟s First-Ever Self-Driving Robo-Taxis Testing On Public Roadsrdquo 2018 2 28

[4] The Verge- ldquoIntel predicts a $7 trillion self-driving futurerdquo 2017 6 1

II 마그네슘 합금 향후 10년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단

ldquo마그네슘(Mg) 합금rdquo은 현재 가장 뜨거운 이슈가 되고 있는 금속 재료이며 미국과 유럽의

자동차 제조업체를 중심으로 향후 10년간 수요가 2배 가량 증가할 전망

호주의 컨설팅업체 CM 그룹의 예측에 따르면 2016년에 약 85만 톤이었던 전세계 마그네슘

합금의 수요가 계속 증가하여 향후 10년 동안 연평균 6씩 성장하며 2026년에는 157만 톤

으로 두 배 가까이 늘어날 전망

마그네슘 합금의 급속한 수요 증가를 일

으키는 것은 자동차 경량화 요구이며 자

동차 부품에 사용되는 다이캐스팅용 마그

네슘 합금의 수요를 보면 2016년 약 23만

6000톤에서 연간 103씩 증가하여 2026

년에 약 57 만 톤으로 2 배 이상 늘어날

전망

다이캐스팅(Die Casting)은 정밀한 금형(金

型)을 사용하여 자동 또는 수동 방식으로

lt자료gt CM Group

[그림 1] 전세계 마그네슘 합금 수요 전망

최신 ICT 이슈

37 정보통신기술진흥센터

주탕(酒湯)하고 쇳물에 압력을 가해 주조하는 방법으로 정도(精度)가 높아 거의 기계적 다듬

질이 필요 없는 장점이 있고 대량 생산에 적합하여 가전과 자동차 부품 생산에 많이 이용됨

이 같은 장점 때문에 미국과 유럽의 자동차 메이커들은 도입에 적극적이며 마그네슘 합금

수요의 글로벌 비중을 보면 10년 전부터 유럽과 미국이 압도적으로 높아 각각 45 정도를

차지했고 그 다음 일본이 5 정도를 차지하고 있음

가령 아우디(Audi)는 단일 재료로 차체를 경량화하겠다는 생각을 버리고 철강(고장력 강판)

알루미늄(Al) 합금 탄소 섬유 강화 수지(CFRP) 마그네슘 합금 등 4종류의 경량 소재를 적재

middot적소middot적량으로 사용하는 ldquo다소재 차체(multi material body)rdquo 설계에 주력하고 있음

실제 고급 세단 bdquoA8‟에서는 차체의 비틀림 강성을 높이는 스트럿 브레이스에 마그네슘 합금

을 채택했으며 기존 알루미늄 합금 대비 28의 경량화를 실현하였음

스트럿 브레이스는 주행 중에 자동차의 직진성을 확보하고 회전할 때 좌우의 흔들림을 최소

화하여 주행 안정성을 높여 주는 보조장치로 정식 명칭은 스트럿 타워 브레이스 바(strut

tower brace bar)임

경량화를 추구하는 데 있어 마그네슘 합금은 매우 매력적인 재료인데 이는 구조재로 사용

할 수 있는 강도middot강성이 있는 금속 중 가장 가볍기 때문

마그네슘 합금의 비중은 17으로 알루미늄의 약 23 강철의 약 14 밖에 되지 않으며 게다가

질량당 강도(비강도)와 강성(비강성)이 높기 때문에 두께가 얇아도 강도를 유지하며 굽힘 강

성이 뛰어난 부품을 만들 수 있음

이런 특성을 최대한 살리고자 먼저 나선 곳이 유럽과 미국의 자동차 메이커였던 것이며 그

외에 항공기 기체나 고속철도 차량의 경량화 목적으로도 많이 사용하고 있음

디지털 기기도 마그네슘 합금의 채택에 의한 경량화로 휴대성을 높이려는 시도가 활발한데

노트북 케이스에서는 이미 마그네슘 합금을 많이 사용하고 있음

건축 자재 중에는 적천정(吊天井) 주위에 설치하여 지진 등이 발생할 경우 붕괴 사고를 방지

할 수 있는 불연성을 갖춘 마그네슘 합금 재료가 상품화되어 있음

금속 관악기 등도 마그네슘 합금을 이용하여 경량화 효과를 볼 수 있는 분야로 꼽히고 있음

가볍다는 점 외에도 마그네슘 합금의 장점은 절삭 저항이 작고 내공동성이 뛰어나 함몰이

되기 어렵다는 장점도 있음

주간기술동향 2018 3 28

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또한 재활용이 가능하며 분해 흡수되어 최종적으로 생체 조직과 일체화하는 특성 즉 생체

흡수성이 있기 때문에 의료 분야에서의 활용도 적극 검토되고 있음

활용도만 보면 마그네슘 합금은 완전 무결의 재료로 보이지만 꼭 그렇지마는 않으며 매력

이 큰 만큼 단점도 많은 재료이며 가연성과 부식성이 높은 문제가 있음

CM그룹의 전망에서 보듯 향후 10년간 마그네슘 합금의 수요 증가폭은 클 것으로 예상되나

당장의 연간 수요량은 100만 톤에 못 미치는데 이는 철강 및 알루미늄 합금에 비해 압도적

으로 이용량이 작은 것으로 그 만큼 마그네슘 합금의 단점이 많음을 시사

단점 중 하나는 불에 타기 쉽다는 것으로 마그네슘 합금은 550~600 정도로 비교적 낮은

온도에서 발화하며 덩어리 상태라면 쉽게 발화되지 않지만 분말이나 절분 등 작은 금속 조

각이 되면 이야기가 달라져 주변에 불씨가 있다면 쉽게 발화하는 문제가 있음

부식에 견디는 성질을 의미하는 내식성이 낮은 것도 문제인데 마그네슘 합금은 다른 금속과

결합할 경우 서로 다른 금속이 접촉할 때 한쪽이 다른 쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써

일어나는 부식 즉 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)을 일으키기 쉬움

불에 타기 쉽다는 점과 내식성이 약하다는 점은 기술적 해결책을 마련할 수 있으나 이렇게

되면 비용이 추가로 발생하여 단가가 높아지는 치명적인 문제가 발생하게 됨

가연성이 높은 문제는 생산과 가공 현장에서 공기와 직접 닿지 않는 구조의 가마와 온수기

를 사용함으로써 해결할 수 있음

갈바닉 부식은 마그네슘 합금과 이종 금속 사이에 절연체를 삽입하여 두 금속 사이에 물이

들어 가지 않도록 밀봉하거나 표면처리를 하는 등의 방법으로 피할 수 있음

그러나 가연성이 높고 내식성이 약한 문제를 해결하는 데에는 비용이 추가되며 이로 인해

사실 마그네슘 합금 덩어리의 가격은 1kg당 3달러 정도로 알루미늄 합금 덩어리와 크게 차

이가 없으나 마그네슘 합금으로 만든 부품의 가격은 알루미늄 합금으로 만든 부품보다 높

아지게 됨

미국과 유럽을 제외한 지역의 자동차업체 엔지니어들 사이에서 마그네슘 합금을 사용하고

싶어도 사용할 수 없다는 목소리가 커지는 가장 큰 이유가 바로 여기에 있음

자동차의 경량화라는 관점에서 보면 마그네슘 합금의 최대 라이벌은 알루미늄 합금이며

알루미늄 합금이 강적이긴 하지만 마그네슘 합금에 전혀 승산이 없는 것은 아님

최신 ICT 이슈

39 정보통신기술진흥센터

전세계적으로 환경 부하 경감의 목소리가 높아지고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 규

제 강화와 에너지 절약middot고연비를 추구하는 흐름이 가속화 되고 있고 다소 비용이 들더라

도 경량화를 우선시하는 요구도 적잖이 있기 때문

실제로 ldquo차체 1kg의 경량화rdquo를 위해 6~10달러 정도의 비용이 상승하더라도 고객들이 감당할

수 있다고 예상하는 부품 메이커들도 나오고 있음

ldquo마그네슘에는 해결과제가 많다rdquo는 지적이 나오는 것도 그리 나쁜 소식이 아닌데 기업들이

마그네슘 합금의 채택을 진지하게 검토하고 있다는 반증이기 때문

마그네슘 합금에 대한 기업들의 관심 고조에 호응하듯 최근 남아 있는 또 하나의 과제 즉

가공성과 내열성이 떨어진다는 약점을 해소할 수 있는 새로운 마그네슘 합금도 등장하고

있음

마그네슘 합금의 가공성이 떨어진다는 점은 부연 설명이 필요한데 일반적으로 합금은 사용

하는 형태에 따라 금속을 녹여 주형에 넣은 후 응고시켜 제품을 만드는 주조용 합금과 두들

기거나 기계적으로 압력을 가해 일정한 모양을 만드는 전신재(展伸材)용 합금이 있음

가공성이 낮다는 것은 후자 즉 전신재(展伸材)용 마그네슘 합금일 경우를 말하며 대량 생산

이 가능하고 프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금 판재는 거의 존재하지 않음

프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금이 있기는 하며 알루미늄을 3 질량 아연(Zn)을 1 질

량 포함한 마그네슘 합금 판재를 bdquoAZ31‟이라고 하는데 AZ31은 내식성이 너무 약해 내장재

로 밖에 사용할 수 없어 사용 영역이 한정되기 때문에 실제 이용이 어려움

bdquoAZ91‟은 알루미늄을 9질량 아연을 1질량 함유한 마그네슘 합금으로 AZ31보다 알루미

늄의 함유량을 늘려 내식성을 높이고 있지만 저항력이 약해져 소성 가공이 없다는 약점이

있으며 최근에는 이 bdquoAZ91‟을 개량하여 문제를 해결하려는 시도가 나타나고 있음

개량된 AZ91은 AZ31 판재와 마찬가지로

프레스 성형이 가능하면서도 보다 내식

성이 우수한 특성을 실현하였고 노트북

의 케이스로 제품화하는 데 성공한 기업

도 나오고 있음

개량된 AZ91은 최종적으로 자동차 부품

사업을 겨냥할 것으로 보이며 가령 자동

lt자료gt Lunt Manufacturing

[그림 2] 마그네슘 합금으로 만든 크로스 빔

주간기술동향 2018 3 28

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차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

최신 ICT 이슈

41 정보통신기술진흥센터

추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

주간기술동향 2018 3 28

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으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

주간기술동향 2016 3 9

wwwiitpkr 4

• 표지
• 판권
• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
          • • EG위원
            • 뒷표지

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닛산 역시 제한된 구역이 아니라 도심 시가지에서 자율운전 서비스를 겨냥하고 있기 때문에

기술과 안전도를 높이기 위한 비용 증가가 불가피하다는 지적

이런 문제점을 해결하려 나선 곳은 야마하 모터인데 골프 카트를 기반으로 한 자율운전차

량인 ldquoPublic Personal Mobility(PPM)rdquo의 개발을 시작하였음

골프 카트 차체의 가격은 1만 달러 전후이며 내middot외장을 변경하고 자율운전시스템을 탑재

하여 2~3만 달러에 맞춰 개발한다는 계획

탑재하는 자율운전시스템도 독특하여 최소한의 센서로 구현하였으며 자차 위치 추정은 차량

하부에 장착된 카메라 1대로만 실시함

도로를 촬영하여 미리 획득해 놓은 노면 이

미지와 패턴을 매칭시켜 위치를 식별하는

데 미국의 독립 연구기구인 사우스웨스트

리서치 연구소(Southwest Research Institute)

가 개발한 기술을 채택한 것임

PPM의 속력은 시속 20km 이하로 느리지만

야마하 측은 라스트 마일 이동성을 상정하

고 있기 때문에 문제가 되지 않을 것으로

보고 있음

오히려 차량 밖의 사람과도 대화가 가능한 점 차량 속도가 느릴수록 제어도 용이하고 보행

자 곁을 주행해도 부상을 입힐 위험이 적다는 점 등 천천히 주행하는 것도 장점이 많다는

것이 야마하의 생각

제어의 개선도 선결 과제인데 일본 자동차업체들은 장기간에 걸친 테스트를 통해 제어의

완성도를 높이고 장기 신뢰성을 구축해 나간다는 계획

지금까지 일본의 자율운전 실증 실험은 1주일 정도 단기간 진행되며 자율운전이 가능하다는

것을 보여주는데 그쳐 왔음

그러나 최근 도쿄 올림픽을 겨냥해 일본 자동차업체들이 시작하고 있는 실증 실험은 보다

장기간에 걸쳐 진행되며 장기간 주행을 통해 다양한 과제를 식별하고 해결함으로써 자율운

전차의 장기 신뢰성을 확보한다는 목표 하에 전개되고 있음

가령 카 쉐어링 서비스에 사용되는 자율운전차의 구동시간은 지금보다 매우 길어지게 되므

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 5] 야마하의 자율운전차 PPM

최신 ICT 이슈

35 정보통신기술진흥센터

로 하루 24시간 중 95 이상을 주차장에서 대기하고 있는 현재의 자동차에 요구되는 것과

는 급이 다른 내구성 기준과 정비 기준이 마련될 필요가 있다고 보고 있음

안전과 관련해서는 제어 기능의 향상에 초점을 두고 있는데 버스 사업자들에 따르면 버스

안에서 일어나는 사고 중 가장 빈도가 높은 것은 급브레이크를 걸 때 승객이 넘어져 부상을

당하는 것이라고 함

일본 자동차업체는 아니나 프랑스의 자동차 벤처기업인 Navya(나브야)는 소프트뱅크와 손 잡

고 도쿄 올림픽을 겨냥하여 3월부터 일본에서 실증 실험을 시작하고 있음

나브야가 개발한 미니밴 타입의 무인 버

스인 ldquoAUTONOM CAB(오토놈 캡)rdquo은 브레

이크를 걸었을 때 마치 면허를 처음 딴

사람이 운전하는 것 같은 느낌이 든다는

평을 받고 있는데 일본 자동차업체들은

이런 평가에 주목하고 있음

브레이크 외에도 도로 가장자리에 차를

부드럽게 붙이거나 차간 거리를 좁혀 주

차시키는 등의 제어가 자율운전차 기반

서비스의 품질을 크게 좌우할 것으로 보이기 때문에 나브야뿐 아니라 일본 자동차업체들은

향후 이 점을 염두에 두고 개선해 나갈 것으로 보임

현재 자율운전차 시장은 미국 업체들이 주도하고 있으나 도쿄 올림픽을 계기로 일본 자동

차업체들이 적극 가세하며 보다 급속한 발전의 모멘텀을 확보해 가고 있음

현재 자율운전차 시장을 주도하고 있는 웨이모와 GM은 2019년에 상용화를 시작한다는 계획

을 세우고 있고 이에 근거하여 애널리스트들은 2020년을 전후하여 다양한 자율운전차 기반

서비스 시장이 본격화될 것으로 보고 있음

일본의 자동차업체들도 2020년을 겨냥하여 움직이기 시작했으며 마침 이 시기에 열리는 도

쿄 올림픽을 통해 일본의 자율운전차 기술을 세계에 어필하고 새로운 거대시장을 선점하기

위한 경쟁에 적극 뛰어든다는 계획을 밝히고 있음

따라서 2020년 자율운전 상용화의 가능성은 점점 더 높아지고 있는데 이는 우리나라도 단순

히 기술적 가능성을 확인하기 위한 테스트에서 벗어나 자율운전차 기반의 다양한 서비스

컨셉을 실증하기 위한 단계로 서둘러 진입할 필요가 있음을 시사함

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 6] Navya의 무인 버스 Autonom Cab

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현대자동차도 이번 평창올림픽에서 자체 자율운전차 bdquoNexo(넥소)‟ 5대가 서울에서 평창까지

고속도로 구간 190km를 주행하는 데모를 선보인바 있으나 우리나라는 현재 2020년에 레벨

3의 자율주행차 개발을 목표로 하고 있음

2020년경에 시작될 것으로 예상되는 글로벌 자율주행차 상용화 경쟁에 참여하기 위해서는

기술 목표를 상향할 필요가 있어 보이며 최단 기간 내에 레벨 4 5 수준으로 넘어가기 위해

자동차 기업과 ICT 기업 간 적극적 협업을 통한 기술 개발 노력이 가속화될 필요가 있음

[ 참고문헌 ]

[1] GCR ldquo2018 year of the autonomous busrdquo 2018 3 14

[2] Bloomberg ldquoToyota Adding $28 Billion to Self-Driving Software Outlaysrdquo 2018 3 5

[3] Forbes ldquoJapan‟s First-Ever Self-Driving Robo-Taxis Testing On Public Roadsrdquo 2018 2 28

[4] The Verge- ldquoIntel predicts a $7 trillion self-driving futurerdquo 2017 6 1

II 마그네슘 합금 향후 10년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단

ldquo마그네슘(Mg) 합금rdquo은 현재 가장 뜨거운 이슈가 되고 있는 금속 재료이며 미국과 유럽의

자동차 제조업체를 중심으로 향후 10년간 수요가 2배 가량 증가할 전망

호주의 컨설팅업체 CM 그룹의 예측에 따르면 2016년에 약 85만 톤이었던 전세계 마그네슘

합금의 수요가 계속 증가하여 향후 10년 동안 연평균 6씩 성장하며 2026년에는 157만 톤

으로 두 배 가까이 늘어날 전망

마그네슘 합금의 급속한 수요 증가를 일

으키는 것은 자동차 경량화 요구이며 자

동차 부품에 사용되는 다이캐스팅용 마그

네슘 합금의 수요를 보면 2016년 약 23만

6000톤에서 연간 103씩 증가하여 2026

년에 약 57 만 톤으로 2 배 이상 늘어날

전망

다이캐스팅(Die Casting)은 정밀한 금형(金

型)을 사용하여 자동 또는 수동 방식으로

lt자료gt CM Group

[그림 1] 전세계 마그네슘 합금 수요 전망

최신 ICT 이슈

37 정보통신기술진흥센터

주탕(酒湯)하고 쇳물에 압력을 가해 주조하는 방법으로 정도(精度)가 높아 거의 기계적 다듬

질이 필요 없는 장점이 있고 대량 생산에 적합하여 가전과 자동차 부품 생산에 많이 이용됨

이 같은 장점 때문에 미국과 유럽의 자동차 메이커들은 도입에 적극적이며 마그네슘 합금

수요의 글로벌 비중을 보면 10년 전부터 유럽과 미국이 압도적으로 높아 각각 45 정도를

차지했고 그 다음 일본이 5 정도를 차지하고 있음

가령 아우디(Audi)는 단일 재료로 차체를 경량화하겠다는 생각을 버리고 철강(고장력 강판)

알루미늄(Al) 합금 탄소 섬유 강화 수지(CFRP) 마그네슘 합금 등 4종류의 경량 소재를 적재

middot적소middot적량으로 사용하는 ldquo다소재 차체(multi material body)rdquo 설계에 주력하고 있음

실제 고급 세단 bdquoA8‟에서는 차체의 비틀림 강성을 높이는 스트럿 브레이스에 마그네슘 합금

을 채택했으며 기존 알루미늄 합금 대비 28의 경량화를 실현하였음

스트럿 브레이스는 주행 중에 자동차의 직진성을 확보하고 회전할 때 좌우의 흔들림을 최소

화하여 주행 안정성을 높여 주는 보조장치로 정식 명칭은 스트럿 타워 브레이스 바(strut

tower brace bar)임

경량화를 추구하는 데 있어 마그네슘 합금은 매우 매력적인 재료인데 이는 구조재로 사용

할 수 있는 강도middot강성이 있는 금속 중 가장 가볍기 때문

마그네슘 합금의 비중은 17으로 알루미늄의 약 23 강철의 약 14 밖에 되지 않으며 게다가

질량당 강도(비강도)와 강성(비강성)이 높기 때문에 두께가 얇아도 강도를 유지하며 굽힘 강

성이 뛰어난 부품을 만들 수 있음

이런 특성을 최대한 살리고자 먼저 나선 곳이 유럽과 미국의 자동차 메이커였던 것이며 그

외에 항공기 기체나 고속철도 차량의 경량화 목적으로도 많이 사용하고 있음

디지털 기기도 마그네슘 합금의 채택에 의한 경량화로 휴대성을 높이려는 시도가 활발한데

노트북 케이스에서는 이미 마그네슘 합금을 많이 사용하고 있음

건축 자재 중에는 적천정(吊天井) 주위에 설치하여 지진 등이 발생할 경우 붕괴 사고를 방지

할 수 있는 불연성을 갖춘 마그네슘 합금 재료가 상품화되어 있음

금속 관악기 등도 마그네슘 합금을 이용하여 경량화 효과를 볼 수 있는 분야로 꼽히고 있음

가볍다는 점 외에도 마그네슘 합금의 장점은 절삭 저항이 작고 내공동성이 뛰어나 함몰이

되기 어렵다는 장점도 있음

주간기술동향 2018 3 28

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또한 재활용이 가능하며 분해 흡수되어 최종적으로 생체 조직과 일체화하는 특성 즉 생체

흡수성이 있기 때문에 의료 분야에서의 활용도 적극 검토되고 있음

활용도만 보면 마그네슘 합금은 완전 무결의 재료로 보이지만 꼭 그렇지마는 않으며 매력

이 큰 만큼 단점도 많은 재료이며 가연성과 부식성이 높은 문제가 있음

CM그룹의 전망에서 보듯 향후 10년간 마그네슘 합금의 수요 증가폭은 클 것으로 예상되나

당장의 연간 수요량은 100만 톤에 못 미치는데 이는 철강 및 알루미늄 합금에 비해 압도적

으로 이용량이 작은 것으로 그 만큼 마그네슘 합금의 단점이 많음을 시사

단점 중 하나는 불에 타기 쉽다는 것으로 마그네슘 합금은 550~600 정도로 비교적 낮은

온도에서 발화하며 덩어리 상태라면 쉽게 발화되지 않지만 분말이나 절분 등 작은 금속 조

각이 되면 이야기가 달라져 주변에 불씨가 있다면 쉽게 발화하는 문제가 있음

부식에 견디는 성질을 의미하는 내식성이 낮은 것도 문제인데 마그네슘 합금은 다른 금속과

결합할 경우 서로 다른 금속이 접촉할 때 한쪽이 다른 쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써

일어나는 부식 즉 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)을 일으키기 쉬움

불에 타기 쉽다는 점과 내식성이 약하다는 점은 기술적 해결책을 마련할 수 있으나 이렇게

되면 비용이 추가로 발생하여 단가가 높아지는 치명적인 문제가 발생하게 됨

가연성이 높은 문제는 생산과 가공 현장에서 공기와 직접 닿지 않는 구조의 가마와 온수기

를 사용함으로써 해결할 수 있음

갈바닉 부식은 마그네슘 합금과 이종 금속 사이에 절연체를 삽입하여 두 금속 사이에 물이

들어 가지 않도록 밀봉하거나 표면처리를 하는 등의 방법으로 피할 수 있음

그러나 가연성이 높고 내식성이 약한 문제를 해결하는 데에는 비용이 추가되며 이로 인해

사실 마그네슘 합금 덩어리의 가격은 1kg당 3달러 정도로 알루미늄 합금 덩어리와 크게 차

이가 없으나 마그네슘 합금으로 만든 부품의 가격은 알루미늄 합금으로 만든 부품보다 높

아지게 됨

미국과 유럽을 제외한 지역의 자동차업체 엔지니어들 사이에서 마그네슘 합금을 사용하고

싶어도 사용할 수 없다는 목소리가 커지는 가장 큰 이유가 바로 여기에 있음

자동차의 경량화라는 관점에서 보면 마그네슘 합금의 최대 라이벌은 알루미늄 합금이며

알루미늄 합금이 강적이긴 하지만 마그네슘 합금에 전혀 승산이 없는 것은 아님

최신 ICT 이슈

39 정보통신기술진흥센터

전세계적으로 환경 부하 경감의 목소리가 높아지고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 규

제 강화와 에너지 절약middot고연비를 추구하는 흐름이 가속화 되고 있고 다소 비용이 들더라

도 경량화를 우선시하는 요구도 적잖이 있기 때문

실제로 ldquo차체 1kg의 경량화rdquo를 위해 6~10달러 정도의 비용이 상승하더라도 고객들이 감당할

수 있다고 예상하는 부품 메이커들도 나오고 있음

ldquo마그네슘에는 해결과제가 많다rdquo는 지적이 나오는 것도 그리 나쁜 소식이 아닌데 기업들이

마그네슘 합금의 채택을 진지하게 검토하고 있다는 반증이기 때문

마그네슘 합금에 대한 기업들의 관심 고조에 호응하듯 최근 남아 있는 또 하나의 과제 즉

가공성과 내열성이 떨어진다는 약점을 해소할 수 있는 새로운 마그네슘 합금도 등장하고

있음

마그네슘 합금의 가공성이 떨어진다는 점은 부연 설명이 필요한데 일반적으로 합금은 사용

하는 형태에 따라 금속을 녹여 주형에 넣은 후 응고시켜 제품을 만드는 주조용 합금과 두들

기거나 기계적으로 압력을 가해 일정한 모양을 만드는 전신재(展伸材)용 합금이 있음

가공성이 낮다는 것은 후자 즉 전신재(展伸材)용 마그네슘 합금일 경우를 말하며 대량 생산

이 가능하고 프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금 판재는 거의 존재하지 않음

프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금이 있기는 하며 알루미늄을 3 질량 아연(Zn)을 1 질

량 포함한 마그네슘 합금 판재를 bdquoAZ31‟이라고 하는데 AZ31은 내식성이 너무 약해 내장재

로 밖에 사용할 수 없어 사용 영역이 한정되기 때문에 실제 이용이 어려움

bdquoAZ91‟은 알루미늄을 9질량 아연을 1질량 함유한 마그네슘 합금으로 AZ31보다 알루미

늄의 함유량을 늘려 내식성을 높이고 있지만 저항력이 약해져 소성 가공이 없다는 약점이

있으며 최근에는 이 bdquoAZ91‟을 개량하여 문제를 해결하려는 시도가 나타나고 있음

개량된 AZ91은 AZ31 판재와 마찬가지로

프레스 성형이 가능하면서도 보다 내식

성이 우수한 특성을 실현하였고 노트북

의 케이스로 제품화하는 데 성공한 기업

도 나오고 있음

개량된 AZ91은 최종적으로 자동차 부품

사업을 겨냥할 것으로 보이며 가령 자동

lt자료gt Lunt Manufacturing

[그림 2] 마그네슘 합금으로 만든 크로스 빔

주간기술동향 2018 3 28

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차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

최신 ICT 이슈

41 정보통신기술진흥센터

추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

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으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

주간기술동향 2016 3 9

wwwiitpkr 4

• 표지
• 판권
• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
          • • EG위원
            • 뒷표지

최신 ICT 이슈

35 정보통신기술진흥센터

로 하루 24시간 중 95 이상을 주차장에서 대기하고 있는 현재의 자동차에 요구되는 것과

는 급이 다른 내구성 기준과 정비 기준이 마련될 필요가 있다고 보고 있음

안전과 관련해서는 제어 기능의 향상에 초점을 두고 있는데 버스 사업자들에 따르면 버스

안에서 일어나는 사고 중 가장 빈도가 높은 것은 급브레이크를 걸 때 승객이 넘어져 부상을

당하는 것이라고 함

일본 자동차업체는 아니나 프랑스의 자동차 벤처기업인 Navya(나브야)는 소프트뱅크와 손 잡

고 도쿄 올림픽을 겨냥하여 3월부터 일본에서 실증 실험을 시작하고 있음

나브야가 개발한 미니밴 타입의 무인 버

스인 ldquoAUTONOM CAB(오토놈 캡)rdquo은 브레

이크를 걸었을 때 마치 면허를 처음 딴

사람이 운전하는 것 같은 느낌이 든다는

평을 받고 있는데 일본 자동차업체들은

이런 평가에 주목하고 있음

브레이크 외에도 도로 가장자리에 차를

부드럽게 붙이거나 차간 거리를 좁혀 주

차시키는 등의 제어가 자율운전차 기반

서비스의 품질을 크게 좌우할 것으로 보이기 때문에 나브야뿐 아니라 일본 자동차업체들은

향후 이 점을 염두에 두고 개선해 나갈 것으로 보임

현재 자율운전차 시장은 미국 업체들이 주도하고 있으나 도쿄 올림픽을 계기로 일본 자동

차업체들이 적극 가세하며 보다 급속한 발전의 모멘텀을 확보해 가고 있음

현재 자율운전차 시장을 주도하고 있는 웨이모와 GM은 2019년에 상용화를 시작한다는 계획

을 세우고 있고 이에 근거하여 애널리스트들은 2020년을 전후하여 다양한 자율운전차 기반

서비스 시장이 본격화될 것으로 보고 있음

일본의 자동차업체들도 2020년을 겨냥하여 움직이기 시작했으며 마침 이 시기에 열리는 도

쿄 올림픽을 통해 일본의 자율운전차 기술을 세계에 어필하고 새로운 거대시장을 선점하기

위한 경쟁에 적극 뛰어든다는 계획을 밝히고 있음

따라서 2020년 자율운전 상용화의 가능성은 점점 더 높아지고 있는데 이는 우리나라도 단순

히 기술적 가능성을 확인하기 위한 테스트에서 벗어나 자율운전차 기반의 다양한 서비스

컨셉을 실증하기 위한 단계로 서둘러 진입할 필요가 있음을 시사함

lt자료gt YAMAHA Motor

[그림 6] Navya의 무인 버스 Autonom Cab

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

36

현대자동차도 이번 평창올림픽에서 자체 자율운전차 bdquoNexo(넥소)‟ 5대가 서울에서 평창까지

고속도로 구간 190km를 주행하는 데모를 선보인바 있으나 우리나라는 현재 2020년에 레벨

3의 자율주행차 개발을 목표로 하고 있음

2020년경에 시작될 것으로 예상되는 글로벌 자율주행차 상용화 경쟁에 참여하기 위해서는

기술 목표를 상향할 필요가 있어 보이며 최단 기간 내에 레벨 4 5 수준으로 넘어가기 위해

자동차 기업과 ICT 기업 간 적극적 협업을 통한 기술 개발 노력이 가속화될 필요가 있음

[ 참고문헌 ]

[1] GCR ldquo2018 year of the autonomous busrdquo 2018 3 14

[2] Bloomberg ldquoToyota Adding $28 Billion to Self-Driving Software Outlaysrdquo 2018 3 5

[3] Forbes ldquoJapan‟s First-Ever Self-Driving Robo-Taxis Testing On Public Roadsrdquo 2018 2 28

[4] The Verge- ldquoIntel predicts a $7 trillion self-driving futurerdquo 2017 6 1

II 마그네슘 합금 향후 10년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단

ldquo마그네슘(Mg) 합금rdquo은 현재 가장 뜨거운 이슈가 되고 있는 금속 재료이며 미국과 유럽의

자동차 제조업체를 중심으로 향후 10년간 수요가 2배 가량 증가할 전망

호주의 컨설팅업체 CM 그룹의 예측에 따르면 2016년에 약 85만 톤이었던 전세계 마그네슘

합금의 수요가 계속 증가하여 향후 10년 동안 연평균 6씩 성장하며 2026년에는 157만 톤

으로 두 배 가까이 늘어날 전망

마그네슘 합금의 급속한 수요 증가를 일

으키는 것은 자동차 경량화 요구이며 자

동차 부품에 사용되는 다이캐스팅용 마그

네슘 합금의 수요를 보면 2016년 약 23만

6000톤에서 연간 103씩 증가하여 2026

년에 약 57 만 톤으로 2 배 이상 늘어날

전망

다이캐스팅(Die Casting)은 정밀한 금형(金

型)을 사용하여 자동 또는 수동 방식으로

lt자료gt CM Group

[그림 1] 전세계 마그네슘 합금 수요 전망

최신 ICT 이슈

37 정보통신기술진흥센터

주탕(酒湯)하고 쇳물에 압력을 가해 주조하는 방법으로 정도(精度)가 높아 거의 기계적 다듬

질이 필요 없는 장점이 있고 대량 생산에 적합하여 가전과 자동차 부품 생산에 많이 이용됨

이 같은 장점 때문에 미국과 유럽의 자동차 메이커들은 도입에 적극적이며 마그네슘 합금

수요의 글로벌 비중을 보면 10년 전부터 유럽과 미국이 압도적으로 높아 각각 45 정도를

차지했고 그 다음 일본이 5 정도를 차지하고 있음

가령 아우디(Audi)는 단일 재료로 차체를 경량화하겠다는 생각을 버리고 철강(고장력 강판)

알루미늄(Al) 합금 탄소 섬유 강화 수지(CFRP) 마그네슘 합금 등 4종류의 경량 소재를 적재

middot적소middot적량으로 사용하는 ldquo다소재 차체(multi material body)rdquo 설계에 주력하고 있음

실제 고급 세단 bdquoA8‟에서는 차체의 비틀림 강성을 높이는 스트럿 브레이스에 마그네슘 합금

을 채택했으며 기존 알루미늄 합금 대비 28의 경량화를 실현하였음

스트럿 브레이스는 주행 중에 자동차의 직진성을 확보하고 회전할 때 좌우의 흔들림을 최소

화하여 주행 안정성을 높여 주는 보조장치로 정식 명칭은 스트럿 타워 브레이스 바(strut

tower brace bar)임

경량화를 추구하는 데 있어 마그네슘 합금은 매우 매력적인 재료인데 이는 구조재로 사용

할 수 있는 강도middot강성이 있는 금속 중 가장 가볍기 때문

마그네슘 합금의 비중은 17으로 알루미늄의 약 23 강철의 약 14 밖에 되지 않으며 게다가

질량당 강도(비강도)와 강성(비강성)이 높기 때문에 두께가 얇아도 강도를 유지하며 굽힘 강

성이 뛰어난 부품을 만들 수 있음

이런 특성을 최대한 살리고자 먼저 나선 곳이 유럽과 미국의 자동차 메이커였던 것이며 그

외에 항공기 기체나 고속철도 차량의 경량화 목적으로도 많이 사용하고 있음

디지털 기기도 마그네슘 합금의 채택에 의한 경량화로 휴대성을 높이려는 시도가 활발한데

노트북 케이스에서는 이미 마그네슘 합금을 많이 사용하고 있음

건축 자재 중에는 적천정(吊天井) 주위에 설치하여 지진 등이 발생할 경우 붕괴 사고를 방지

할 수 있는 불연성을 갖춘 마그네슘 합금 재료가 상품화되어 있음

금속 관악기 등도 마그네슘 합금을 이용하여 경량화 효과를 볼 수 있는 분야로 꼽히고 있음

가볍다는 점 외에도 마그네슘 합금의 장점은 절삭 저항이 작고 내공동성이 뛰어나 함몰이

되기 어렵다는 장점도 있음

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

38

또한 재활용이 가능하며 분해 흡수되어 최종적으로 생체 조직과 일체화하는 특성 즉 생체

흡수성이 있기 때문에 의료 분야에서의 활용도 적극 검토되고 있음

활용도만 보면 마그네슘 합금은 완전 무결의 재료로 보이지만 꼭 그렇지마는 않으며 매력

이 큰 만큼 단점도 많은 재료이며 가연성과 부식성이 높은 문제가 있음

CM그룹의 전망에서 보듯 향후 10년간 마그네슘 합금의 수요 증가폭은 클 것으로 예상되나

당장의 연간 수요량은 100만 톤에 못 미치는데 이는 철강 및 알루미늄 합금에 비해 압도적

으로 이용량이 작은 것으로 그 만큼 마그네슘 합금의 단점이 많음을 시사

단점 중 하나는 불에 타기 쉽다는 것으로 마그네슘 합금은 550~600 정도로 비교적 낮은

온도에서 발화하며 덩어리 상태라면 쉽게 발화되지 않지만 분말이나 절분 등 작은 금속 조

각이 되면 이야기가 달라져 주변에 불씨가 있다면 쉽게 발화하는 문제가 있음

부식에 견디는 성질을 의미하는 내식성이 낮은 것도 문제인데 마그네슘 합금은 다른 금속과

결합할 경우 서로 다른 금속이 접촉할 때 한쪽이 다른 쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써

일어나는 부식 즉 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)을 일으키기 쉬움

불에 타기 쉽다는 점과 내식성이 약하다는 점은 기술적 해결책을 마련할 수 있으나 이렇게

되면 비용이 추가로 발생하여 단가가 높아지는 치명적인 문제가 발생하게 됨

가연성이 높은 문제는 생산과 가공 현장에서 공기와 직접 닿지 않는 구조의 가마와 온수기

를 사용함으로써 해결할 수 있음

갈바닉 부식은 마그네슘 합금과 이종 금속 사이에 절연체를 삽입하여 두 금속 사이에 물이

들어 가지 않도록 밀봉하거나 표면처리를 하는 등의 방법으로 피할 수 있음

그러나 가연성이 높고 내식성이 약한 문제를 해결하는 데에는 비용이 추가되며 이로 인해

사실 마그네슘 합금 덩어리의 가격은 1kg당 3달러 정도로 알루미늄 합금 덩어리와 크게 차

이가 없으나 마그네슘 합금으로 만든 부품의 가격은 알루미늄 합금으로 만든 부품보다 높

아지게 됨

미국과 유럽을 제외한 지역의 자동차업체 엔지니어들 사이에서 마그네슘 합금을 사용하고

싶어도 사용할 수 없다는 목소리가 커지는 가장 큰 이유가 바로 여기에 있음

자동차의 경량화라는 관점에서 보면 마그네슘 합금의 최대 라이벌은 알루미늄 합금이며

알루미늄 합금이 강적이긴 하지만 마그네슘 합금에 전혀 승산이 없는 것은 아님

최신 ICT 이슈

39 정보통신기술진흥센터

전세계적으로 환경 부하 경감의 목소리가 높아지고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 규

제 강화와 에너지 절약middot고연비를 추구하는 흐름이 가속화 되고 있고 다소 비용이 들더라

도 경량화를 우선시하는 요구도 적잖이 있기 때문

실제로 ldquo차체 1kg의 경량화rdquo를 위해 6~10달러 정도의 비용이 상승하더라도 고객들이 감당할

수 있다고 예상하는 부품 메이커들도 나오고 있음

ldquo마그네슘에는 해결과제가 많다rdquo는 지적이 나오는 것도 그리 나쁜 소식이 아닌데 기업들이

마그네슘 합금의 채택을 진지하게 검토하고 있다는 반증이기 때문

마그네슘 합금에 대한 기업들의 관심 고조에 호응하듯 최근 남아 있는 또 하나의 과제 즉

가공성과 내열성이 떨어진다는 약점을 해소할 수 있는 새로운 마그네슘 합금도 등장하고

있음

마그네슘 합금의 가공성이 떨어진다는 점은 부연 설명이 필요한데 일반적으로 합금은 사용

하는 형태에 따라 금속을 녹여 주형에 넣은 후 응고시켜 제품을 만드는 주조용 합금과 두들

기거나 기계적으로 압력을 가해 일정한 모양을 만드는 전신재(展伸材)용 합금이 있음

가공성이 낮다는 것은 후자 즉 전신재(展伸材)용 마그네슘 합금일 경우를 말하며 대량 생산

이 가능하고 프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금 판재는 거의 존재하지 않음

프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금이 있기는 하며 알루미늄을 3 질량 아연(Zn)을 1 질

량 포함한 마그네슘 합금 판재를 bdquoAZ31‟이라고 하는데 AZ31은 내식성이 너무 약해 내장재

로 밖에 사용할 수 없어 사용 영역이 한정되기 때문에 실제 이용이 어려움

bdquoAZ91‟은 알루미늄을 9질량 아연을 1질량 함유한 마그네슘 합금으로 AZ31보다 알루미

늄의 함유량을 늘려 내식성을 높이고 있지만 저항력이 약해져 소성 가공이 없다는 약점이

있으며 최근에는 이 bdquoAZ91‟을 개량하여 문제를 해결하려는 시도가 나타나고 있음

개량된 AZ91은 AZ31 판재와 마찬가지로

프레스 성형이 가능하면서도 보다 내식

성이 우수한 특성을 실현하였고 노트북

의 케이스로 제품화하는 데 성공한 기업

도 나오고 있음

개량된 AZ91은 최종적으로 자동차 부품

사업을 겨냥할 것으로 보이며 가령 자동

lt자료gt Lunt Manufacturing

[그림 2] 마그네슘 합금으로 만든 크로스 빔

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

40

차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

최신 ICT 이슈

41 정보통신기술진흥센터

추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

주간기술동향 2018 3 28

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으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

주간기술동향 2016 3 9

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• 표지
• 판권
• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
          • • EG위원
            • 뒷표지

주간기술동향 2018 3 28

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현대자동차도 이번 평창올림픽에서 자체 자율운전차 bdquoNexo(넥소)‟ 5대가 서울에서 평창까지

고속도로 구간 190km를 주행하는 데모를 선보인바 있으나 우리나라는 현재 2020년에 레벨

3의 자율주행차 개발을 목표로 하고 있음

2020년경에 시작될 것으로 예상되는 글로벌 자율주행차 상용화 경쟁에 참여하기 위해서는

기술 목표를 상향할 필요가 있어 보이며 최단 기간 내에 레벨 4 5 수준으로 넘어가기 위해

자동차 기업과 ICT 기업 간 적극적 협업을 통한 기술 개발 노력이 가속화될 필요가 있음

[ 참고문헌 ]

[1] GCR ldquo2018 year of the autonomous busrdquo 2018 3 14

[2] Bloomberg ldquoToyota Adding $28 Billion to Self-Driving Software Outlaysrdquo 2018 3 5

[3] Forbes ldquoJapan‟s First-Ever Self-Driving Robo-Taxis Testing On Public Roadsrdquo 2018 2 28

[4] The Verge- ldquoIntel predicts a $7 trillion self-driving futurerdquo 2017 6 1

II 마그네슘 합금 향후 10년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단

ldquo마그네슘(Mg) 합금rdquo은 현재 가장 뜨거운 이슈가 되고 있는 금속 재료이며 미국과 유럽의

자동차 제조업체를 중심으로 향후 10년간 수요가 2배 가량 증가할 전망

호주의 컨설팅업체 CM 그룹의 예측에 따르면 2016년에 약 85만 톤이었던 전세계 마그네슘

합금의 수요가 계속 증가하여 향후 10년 동안 연평균 6씩 성장하며 2026년에는 157만 톤

으로 두 배 가까이 늘어날 전망

마그네슘 합금의 급속한 수요 증가를 일

으키는 것은 자동차 경량화 요구이며 자

동차 부품에 사용되는 다이캐스팅용 마그

네슘 합금의 수요를 보면 2016년 약 23만

6000톤에서 연간 103씩 증가하여 2026

년에 약 57 만 톤으로 2 배 이상 늘어날

전망

다이캐스팅(Die Casting)은 정밀한 금형(金

型)을 사용하여 자동 또는 수동 방식으로

lt자료gt CM Group

[그림 1] 전세계 마그네슘 합금 수요 전망

최신 ICT 이슈

37 정보통신기술진흥센터

주탕(酒湯)하고 쇳물에 압력을 가해 주조하는 방법으로 정도(精度)가 높아 거의 기계적 다듬

질이 필요 없는 장점이 있고 대량 생산에 적합하여 가전과 자동차 부품 생산에 많이 이용됨

이 같은 장점 때문에 미국과 유럽의 자동차 메이커들은 도입에 적극적이며 마그네슘 합금

수요의 글로벌 비중을 보면 10년 전부터 유럽과 미국이 압도적으로 높아 각각 45 정도를

차지했고 그 다음 일본이 5 정도를 차지하고 있음

가령 아우디(Audi)는 단일 재료로 차체를 경량화하겠다는 생각을 버리고 철강(고장력 강판)

알루미늄(Al) 합금 탄소 섬유 강화 수지(CFRP) 마그네슘 합금 등 4종류의 경량 소재를 적재

middot적소middot적량으로 사용하는 ldquo다소재 차체(multi material body)rdquo 설계에 주력하고 있음

실제 고급 세단 bdquoA8‟에서는 차체의 비틀림 강성을 높이는 스트럿 브레이스에 마그네슘 합금

을 채택했으며 기존 알루미늄 합금 대비 28의 경량화를 실현하였음

스트럿 브레이스는 주행 중에 자동차의 직진성을 확보하고 회전할 때 좌우의 흔들림을 최소

화하여 주행 안정성을 높여 주는 보조장치로 정식 명칭은 스트럿 타워 브레이스 바(strut

tower brace bar)임

경량화를 추구하는 데 있어 마그네슘 합금은 매우 매력적인 재료인데 이는 구조재로 사용

할 수 있는 강도middot강성이 있는 금속 중 가장 가볍기 때문

마그네슘 합금의 비중은 17으로 알루미늄의 약 23 강철의 약 14 밖에 되지 않으며 게다가

질량당 강도(비강도)와 강성(비강성)이 높기 때문에 두께가 얇아도 강도를 유지하며 굽힘 강

성이 뛰어난 부품을 만들 수 있음

이런 특성을 최대한 살리고자 먼저 나선 곳이 유럽과 미국의 자동차 메이커였던 것이며 그

외에 항공기 기체나 고속철도 차량의 경량화 목적으로도 많이 사용하고 있음

디지털 기기도 마그네슘 합금의 채택에 의한 경량화로 휴대성을 높이려는 시도가 활발한데

노트북 케이스에서는 이미 마그네슘 합금을 많이 사용하고 있음

건축 자재 중에는 적천정(吊天井) 주위에 설치하여 지진 등이 발생할 경우 붕괴 사고를 방지

할 수 있는 불연성을 갖춘 마그네슘 합금 재료가 상품화되어 있음

금속 관악기 등도 마그네슘 합금을 이용하여 경량화 효과를 볼 수 있는 분야로 꼽히고 있음

가볍다는 점 외에도 마그네슘 합금의 장점은 절삭 저항이 작고 내공동성이 뛰어나 함몰이

되기 어렵다는 장점도 있음

주간기술동향 2018 3 28

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38

또한 재활용이 가능하며 분해 흡수되어 최종적으로 생체 조직과 일체화하는 특성 즉 생체

흡수성이 있기 때문에 의료 분야에서의 활용도 적극 검토되고 있음

활용도만 보면 마그네슘 합금은 완전 무결의 재료로 보이지만 꼭 그렇지마는 않으며 매력

이 큰 만큼 단점도 많은 재료이며 가연성과 부식성이 높은 문제가 있음

CM그룹의 전망에서 보듯 향후 10년간 마그네슘 합금의 수요 증가폭은 클 것으로 예상되나

당장의 연간 수요량은 100만 톤에 못 미치는데 이는 철강 및 알루미늄 합금에 비해 압도적

으로 이용량이 작은 것으로 그 만큼 마그네슘 합금의 단점이 많음을 시사

단점 중 하나는 불에 타기 쉽다는 것으로 마그네슘 합금은 550~600 정도로 비교적 낮은

온도에서 발화하며 덩어리 상태라면 쉽게 발화되지 않지만 분말이나 절분 등 작은 금속 조

각이 되면 이야기가 달라져 주변에 불씨가 있다면 쉽게 발화하는 문제가 있음

부식에 견디는 성질을 의미하는 내식성이 낮은 것도 문제인데 마그네슘 합금은 다른 금속과

결합할 경우 서로 다른 금속이 접촉할 때 한쪽이 다른 쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써

일어나는 부식 즉 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)을 일으키기 쉬움

불에 타기 쉽다는 점과 내식성이 약하다는 점은 기술적 해결책을 마련할 수 있으나 이렇게

되면 비용이 추가로 발생하여 단가가 높아지는 치명적인 문제가 발생하게 됨

가연성이 높은 문제는 생산과 가공 현장에서 공기와 직접 닿지 않는 구조의 가마와 온수기

를 사용함으로써 해결할 수 있음

갈바닉 부식은 마그네슘 합금과 이종 금속 사이에 절연체를 삽입하여 두 금속 사이에 물이

들어 가지 않도록 밀봉하거나 표면처리를 하는 등의 방법으로 피할 수 있음

그러나 가연성이 높고 내식성이 약한 문제를 해결하는 데에는 비용이 추가되며 이로 인해

사실 마그네슘 합금 덩어리의 가격은 1kg당 3달러 정도로 알루미늄 합금 덩어리와 크게 차

이가 없으나 마그네슘 합금으로 만든 부품의 가격은 알루미늄 합금으로 만든 부품보다 높

아지게 됨

미국과 유럽을 제외한 지역의 자동차업체 엔지니어들 사이에서 마그네슘 합금을 사용하고

싶어도 사용할 수 없다는 목소리가 커지는 가장 큰 이유가 바로 여기에 있음

자동차의 경량화라는 관점에서 보면 마그네슘 합금의 최대 라이벌은 알루미늄 합금이며

알루미늄 합금이 강적이긴 하지만 마그네슘 합금에 전혀 승산이 없는 것은 아님

최신 ICT 이슈

39 정보통신기술진흥센터

전세계적으로 환경 부하 경감의 목소리가 높아지고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 규

제 강화와 에너지 절약middot고연비를 추구하는 흐름이 가속화 되고 있고 다소 비용이 들더라

도 경량화를 우선시하는 요구도 적잖이 있기 때문

실제로 ldquo차체 1kg의 경량화rdquo를 위해 6~10달러 정도의 비용이 상승하더라도 고객들이 감당할

수 있다고 예상하는 부품 메이커들도 나오고 있음

ldquo마그네슘에는 해결과제가 많다rdquo는 지적이 나오는 것도 그리 나쁜 소식이 아닌데 기업들이

마그네슘 합금의 채택을 진지하게 검토하고 있다는 반증이기 때문

마그네슘 합금에 대한 기업들의 관심 고조에 호응하듯 최근 남아 있는 또 하나의 과제 즉

가공성과 내열성이 떨어진다는 약점을 해소할 수 있는 새로운 마그네슘 합금도 등장하고

있음

마그네슘 합금의 가공성이 떨어진다는 점은 부연 설명이 필요한데 일반적으로 합금은 사용

하는 형태에 따라 금속을 녹여 주형에 넣은 후 응고시켜 제품을 만드는 주조용 합금과 두들

기거나 기계적으로 압력을 가해 일정한 모양을 만드는 전신재(展伸材)용 합금이 있음

가공성이 낮다는 것은 후자 즉 전신재(展伸材)용 마그네슘 합금일 경우를 말하며 대량 생산

이 가능하고 프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금 판재는 거의 존재하지 않음

프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금이 있기는 하며 알루미늄을 3 질량 아연(Zn)을 1 질

량 포함한 마그네슘 합금 판재를 bdquoAZ31‟이라고 하는데 AZ31은 내식성이 너무 약해 내장재

로 밖에 사용할 수 없어 사용 영역이 한정되기 때문에 실제 이용이 어려움

bdquoAZ91‟은 알루미늄을 9질량 아연을 1질량 함유한 마그네슘 합금으로 AZ31보다 알루미

늄의 함유량을 늘려 내식성을 높이고 있지만 저항력이 약해져 소성 가공이 없다는 약점이

있으며 최근에는 이 bdquoAZ91‟을 개량하여 문제를 해결하려는 시도가 나타나고 있음

개량된 AZ91은 AZ31 판재와 마찬가지로

프레스 성형이 가능하면서도 보다 내식

성이 우수한 특성을 실현하였고 노트북

의 케이스로 제품화하는 데 성공한 기업

도 나오고 있음

개량된 AZ91은 최종적으로 자동차 부품

사업을 겨냥할 것으로 보이며 가령 자동

lt자료gt Lunt Manufacturing

[그림 2] 마그네슘 합금으로 만든 크로스 빔

주간기술동향 2018 3 28

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차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

최신 ICT 이슈

41 정보통신기술진흥센터

추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

주간기술동향 2018 3 28

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으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

주간기술동향 2016 3 9

wwwiitpkr 4

• 표지
• 판권
• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
          • • EG위원
            • 뒷표지

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주탕(酒湯)하고 쇳물에 압력을 가해 주조하는 방법으로 정도(精度)가 높아 거의 기계적 다듬

질이 필요 없는 장점이 있고 대량 생산에 적합하여 가전과 자동차 부품 생산에 많이 이용됨

이 같은 장점 때문에 미국과 유럽의 자동차 메이커들은 도입에 적극적이며 마그네슘 합금

수요의 글로벌 비중을 보면 10년 전부터 유럽과 미국이 압도적으로 높아 각각 45 정도를

차지했고 그 다음 일본이 5 정도를 차지하고 있음

가령 아우디(Audi)는 단일 재료로 차체를 경량화하겠다는 생각을 버리고 철강(고장력 강판)

알루미늄(Al) 합금 탄소 섬유 강화 수지(CFRP) 마그네슘 합금 등 4종류의 경량 소재를 적재

middot적소middot적량으로 사용하는 ldquo다소재 차체(multi material body)rdquo 설계에 주력하고 있음

실제 고급 세단 bdquoA8‟에서는 차체의 비틀림 강성을 높이는 스트럿 브레이스에 마그네슘 합금

을 채택했으며 기존 알루미늄 합금 대비 28의 경량화를 실현하였음

스트럿 브레이스는 주행 중에 자동차의 직진성을 확보하고 회전할 때 좌우의 흔들림을 최소

화하여 주행 안정성을 높여 주는 보조장치로 정식 명칭은 스트럿 타워 브레이스 바(strut

tower brace bar)임

경량화를 추구하는 데 있어 마그네슘 합금은 매우 매력적인 재료인데 이는 구조재로 사용

할 수 있는 강도middot강성이 있는 금속 중 가장 가볍기 때문

마그네슘 합금의 비중은 17으로 알루미늄의 약 23 강철의 약 14 밖에 되지 않으며 게다가

질량당 강도(비강도)와 강성(비강성)이 높기 때문에 두께가 얇아도 강도를 유지하며 굽힘 강

성이 뛰어난 부품을 만들 수 있음

이런 특성을 최대한 살리고자 먼저 나선 곳이 유럽과 미국의 자동차 메이커였던 것이며 그

외에 항공기 기체나 고속철도 차량의 경량화 목적으로도 많이 사용하고 있음

디지털 기기도 마그네슘 합금의 채택에 의한 경량화로 휴대성을 높이려는 시도가 활발한데

노트북 케이스에서는 이미 마그네슘 합금을 많이 사용하고 있음

건축 자재 중에는 적천정(吊天井) 주위에 설치하여 지진 등이 발생할 경우 붕괴 사고를 방지

할 수 있는 불연성을 갖춘 마그네슘 합금 재료가 상품화되어 있음

금속 관악기 등도 마그네슘 합금을 이용하여 경량화 효과를 볼 수 있는 분야로 꼽히고 있음

가볍다는 점 외에도 마그네슘 합금의 장점은 절삭 저항이 작고 내공동성이 뛰어나 함몰이

되기 어렵다는 장점도 있음

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또한 재활용이 가능하며 분해 흡수되어 최종적으로 생체 조직과 일체화하는 특성 즉 생체

흡수성이 있기 때문에 의료 분야에서의 활용도 적극 검토되고 있음

활용도만 보면 마그네슘 합금은 완전 무결의 재료로 보이지만 꼭 그렇지마는 않으며 매력

이 큰 만큼 단점도 많은 재료이며 가연성과 부식성이 높은 문제가 있음

CM그룹의 전망에서 보듯 향후 10년간 마그네슘 합금의 수요 증가폭은 클 것으로 예상되나

당장의 연간 수요량은 100만 톤에 못 미치는데 이는 철강 및 알루미늄 합금에 비해 압도적

으로 이용량이 작은 것으로 그 만큼 마그네슘 합금의 단점이 많음을 시사

단점 중 하나는 불에 타기 쉽다는 것으로 마그네슘 합금은 550~600 정도로 비교적 낮은

온도에서 발화하며 덩어리 상태라면 쉽게 발화되지 않지만 분말이나 절분 등 작은 금속 조

각이 되면 이야기가 달라져 주변에 불씨가 있다면 쉽게 발화하는 문제가 있음

부식에 견디는 성질을 의미하는 내식성이 낮은 것도 문제인데 마그네슘 합금은 다른 금속과

결합할 경우 서로 다른 금속이 접촉할 때 한쪽이 다른 쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써

일어나는 부식 즉 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)을 일으키기 쉬움

불에 타기 쉽다는 점과 내식성이 약하다는 점은 기술적 해결책을 마련할 수 있으나 이렇게

되면 비용이 추가로 발생하여 단가가 높아지는 치명적인 문제가 발생하게 됨

가연성이 높은 문제는 생산과 가공 현장에서 공기와 직접 닿지 않는 구조의 가마와 온수기

를 사용함으로써 해결할 수 있음

갈바닉 부식은 마그네슘 합금과 이종 금속 사이에 절연체를 삽입하여 두 금속 사이에 물이

들어 가지 않도록 밀봉하거나 표면처리를 하는 등의 방법으로 피할 수 있음

그러나 가연성이 높고 내식성이 약한 문제를 해결하는 데에는 비용이 추가되며 이로 인해

사실 마그네슘 합금 덩어리의 가격은 1kg당 3달러 정도로 알루미늄 합금 덩어리와 크게 차

이가 없으나 마그네슘 합금으로 만든 부품의 가격은 알루미늄 합금으로 만든 부품보다 높

아지게 됨

미국과 유럽을 제외한 지역의 자동차업체 엔지니어들 사이에서 마그네슘 합금을 사용하고

싶어도 사용할 수 없다는 목소리가 커지는 가장 큰 이유가 바로 여기에 있음

자동차의 경량화라는 관점에서 보면 마그네슘 합금의 최대 라이벌은 알루미늄 합금이며

알루미늄 합금이 강적이긴 하지만 마그네슘 합금에 전혀 승산이 없는 것은 아님

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전세계적으로 환경 부하 경감의 목소리가 높아지고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 규

제 강화와 에너지 절약middot고연비를 추구하는 흐름이 가속화 되고 있고 다소 비용이 들더라

도 경량화를 우선시하는 요구도 적잖이 있기 때문

실제로 ldquo차체 1kg의 경량화rdquo를 위해 6~10달러 정도의 비용이 상승하더라도 고객들이 감당할

수 있다고 예상하는 부품 메이커들도 나오고 있음

ldquo마그네슘에는 해결과제가 많다rdquo는 지적이 나오는 것도 그리 나쁜 소식이 아닌데 기업들이

마그네슘 합금의 채택을 진지하게 검토하고 있다는 반증이기 때문

마그네슘 합금에 대한 기업들의 관심 고조에 호응하듯 최근 남아 있는 또 하나의 과제 즉

가공성과 내열성이 떨어진다는 약점을 해소할 수 있는 새로운 마그네슘 합금도 등장하고

있음

마그네슘 합금의 가공성이 떨어진다는 점은 부연 설명이 필요한데 일반적으로 합금은 사용

하는 형태에 따라 금속을 녹여 주형에 넣은 후 응고시켜 제품을 만드는 주조용 합금과 두들

기거나 기계적으로 압력을 가해 일정한 모양을 만드는 전신재(展伸材)용 합금이 있음

가공성이 낮다는 것은 후자 즉 전신재(展伸材)용 마그네슘 합금일 경우를 말하며 대량 생산

이 가능하고 프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금 판재는 거의 존재하지 않음

프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금이 있기는 하며 알루미늄을 3 질량 아연(Zn)을 1 질

량 포함한 마그네슘 합금 판재를 bdquoAZ31‟이라고 하는데 AZ31은 내식성이 너무 약해 내장재

로 밖에 사용할 수 없어 사용 영역이 한정되기 때문에 실제 이용이 어려움

bdquoAZ91‟은 알루미늄을 9질량 아연을 1질량 함유한 마그네슘 합금으로 AZ31보다 알루미

늄의 함유량을 늘려 내식성을 높이고 있지만 저항력이 약해져 소성 가공이 없다는 약점이

있으며 최근에는 이 bdquoAZ91‟을 개량하여 문제를 해결하려는 시도가 나타나고 있음

개량된 AZ91은 AZ31 판재와 마찬가지로

프레스 성형이 가능하면서도 보다 내식

성이 우수한 특성을 실현하였고 노트북

의 케이스로 제품화하는 데 성공한 기업

도 나오고 있음

개량된 AZ91은 최종적으로 자동차 부품

사업을 겨냥할 것으로 보이며 가령 자동

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차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

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추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

주간기술동향 2018 3 28

wwwiitpkr

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으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

주간기술동향 2016 3 9

wwwiitpkr 4

• 표지
• 판권
• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
          • • EG위원
            • 뒷표지

주간기술동향 2018 3 28

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또한 재활용이 가능하며 분해 흡수되어 최종적으로 생체 조직과 일체화하는 특성 즉 생체

흡수성이 있기 때문에 의료 분야에서의 활용도 적극 검토되고 있음

활용도만 보면 마그네슘 합금은 완전 무결의 재료로 보이지만 꼭 그렇지마는 않으며 매력

이 큰 만큼 단점도 많은 재료이며 가연성과 부식성이 높은 문제가 있음

CM그룹의 전망에서 보듯 향후 10년간 마그네슘 합금의 수요 증가폭은 클 것으로 예상되나

당장의 연간 수요량은 100만 톤에 못 미치는데 이는 철강 및 알루미늄 합금에 비해 압도적

으로 이용량이 작은 것으로 그 만큼 마그네슘 합금의 단점이 많음을 시사

단점 중 하나는 불에 타기 쉽다는 것으로 마그네슘 합금은 550~600 정도로 비교적 낮은

온도에서 발화하며 덩어리 상태라면 쉽게 발화되지 않지만 분말이나 절분 등 작은 금속 조

각이 되면 이야기가 달라져 주변에 불씨가 있다면 쉽게 발화하는 문제가 있음

부식에 견디는 성질을 의미하는 내식성이 낮은 것도 문제인데 마그네슘 합금은 다른 금속과

결합할 경우 서로 다른 금속이 접촉할 때 한쪽이 다른 쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써

일어나는 부식 즉 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)을 일으키기 쉬움

불에 타기 쉽다는 점과 내식성이 약하다는 점은 기술적 해결책을 마련할 수 있으나 이렇게

되면 비용이 추가로 발생하여 단가가 높아지는 치명적인 문제가 발생하게 됨

가연성이 높은 문제는 생산과 가공 현장에서 공기와 직접 닿지 않는 구조의 가마와 온수기

를 사용함으로써 해결할 수 있음

갈바닉 부식은 마그네슘 합금과 이종 금속 사이에 절연체를 삽입하여 두 금속 사이에 물이

들어 가지 않도록 밀봉하거나 표면처리를 하는 등의 방법으로 피할 수 있음

그러나 가연성이 높고 내식성이 약한 문제를 해결하는 데에는 비용이 추가되며 이로 인해

사실 마그네슘 합금 덩어리의 가격은 1kg당 3달러 정도로 알루미늄 합금 덩어리와 크게 차

이가 없으나 마그네슘 합금으로 만든 부품의 가격은 알루미늄 합금으로 만든 부품보다 높

아지게 됨

미국과 유럽을 제외한 지역의 자동차업체 엔지니어들 사이에서 마그네슘 합금을 사용하고

싶어도 사용할 수 없다는 목소리가 커지는 가장 큰 이유가 바로 여기에 있음

자동차의 경량화라는 관점에서 보면 마그네슘 합금의 최대 라이벌은 알루미늄 합금이며

알루미늄 합금이 강적이긴 하지만 마그네슘 합금에 전혀 승산이 없는 것은 아님

최신 ICT 이슈

39 정보통신기술진흥센터

전세계적으로 환경 부하 경감의 목소리가 높아지고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 규

제 강화와 에너지 절약middot고연비를 추구하는 흐름이 가속화 되고 있고 다소 비용이 들더라

도 경량화를 우선시하는 요구도 적잖이 있기 때문

실제로 ldquo차체 1kg의 경량화rdquo를 위해 6~10달러 정도의 비용이 상승하더라도 고객들이 감당할

수 있다고 예상하는 부품 메이커들도 나오고 있음

ldquo마그네슘에는 해결과제가 많다rdquo는 지적이 나오는 것도 그리 나쁜 소식이 아닌데 기업들이

마그네슘 합금의 채택을 진지하게 검토하고 있다는 반증이기 때문

마그네슘 합금에 대한 기업들의 관심 고조에 호응하듯 최근 남아 있는 또 하나의 과제 즉

가공성과 내열성이 떨어진다는 약점을 해소할 수 있는 새로운 마그네슘 합금도 등장하고

있음

마그네슘 합금의 가공성이 떨어진다는 점은 부연 설명이 필요한데 일반적으로 합금은 사용

하는 형태에 따라 금속을 녹여 주형에 넣은 후 응고시켜 제품을 만드는 주조용 합금과 두들

기거나 기계적으로 압력을 가해 일정한 모양을 만드는 전신재(展伸材)용 합금이 있음

가공성이 낮다는 것은 후자 즉 전신재(展伸材)용 마그네슘 합금일 경우를 말하며 대량 생산

이 가능하고 프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금 판재는 거의 존재하지 않음

프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금이 있기는 하며 알루미늄을 3 질량 아연(Zn)을 1 질

량 포함한 마그네슘 합금 판재를 bdquoAZ31‟이라고 하는데 AZ31은 내식성이 너무 약해 내장재

로 밖에 사용할 수 없어 사용 영역이 한정되기 때문에 실제 이용이 어려움

bdquoAZ91‟은 알루미늄을 9질량 아연을 1질량 함유한 마그네슘 합금으로 AZ31보다 알루미

늄의 함유량을 늘려 내식성을 높이고 있지만 저항력이 약해져 소성 가공이 없다는 약점이

있으며 최근에는 이 bdquoAZ91‟을 개량하여 문제를 해결하려는 시도가 나타나고 있음

개량된 AZ91은 AZ31 판재와 마찬가지로

프레스 성형이 가능하면서도 보다 내식

성이 우수한 특성을 실현하였고 노트북

의 케이스로 제품화하는 데 성공한 기업

도 나오고 있음

개량된 AZ91은 최종적으로 자동차 부품

사업을 겨냥할 것으로 보이며 가령 자동

lt자료gt Lunt Manufacturing

[그림 2] 마그네슘 합금으로 만든 크로스 빔

주간기술동향 2018 3 28

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차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

최신 ICT 이슈

41 정보통신기술진흥센터

추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

주간기술동향 2018 3 28

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으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

주간기술동향 2016 3 9

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• 표지
• 판권
• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
          • • EG위원
            • 뒷표지

최신 ICT 이슈

39 정보통신기술진흥센터

전세계적으로 환경 부하 경감의 목소리가 높아지고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 규

제 강화와 에너지 절약middot고연비를 추구하는 흐름이 가속화 되고 있고 다소 비용이 들더라

도 경량화를 우선시하는 요구도 적잖이 있기 때문

실제로 ldquo차체 1kg의 경량화rdquo를 위해 6~10달러 정도의 비용이 상승하더라도 고객들이 감당할

수 있다고 예상하는 부품 메이커들도 나오고 있음

ldquo마그네슘에는 해결과제가 많다rdquo는 지적이 나오는 것도 그리 나쁜 소식이 아닌데 기업들이

마그네슘 합금의 채택을 진지하게 검토하고 있다는 반증이기 때문

마그네슘 합금에 대한 기업들의 관심 고조에 호응하듯 최근 남아 있는 또 하나의 과제 즉

가공성과 내열성이 떨어진다는 약점을 해소할 수 있는 새로운 마그네슘 합금도 등장하고

있음

마그네슘 합금의 가공성이 떨어진다는 점은 부연 설명이 필요한데 일반적으로 합금은 사용

하는 형태에 따라 금속을 녹여 주형에 넣은 후 응고시켜 제품을 만드는 주조용 합금과 두들

기거나 기계적으로 압력을 가해 일정한 모양을 만드는 전신재(展伸材)용 합금이 있음

가공성이 낮다는 것은 후자 즉 전신재(展伸材)용 마그네슘 합금일 경우를 말하며 대량 생산

이 가능하고 프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금 판재는 거의 존재하지 않음

프레스 가공이 가능한 마그네슘 합금이 있기는 하며 알루미늄을 3 질량 아연(Zn)을 1 질

량 포함한 마그네슘 합금 판재를 bdquoAZ31‟이라고 하는데 AZ31은 내식성이 너무 약해 내장재

로 밖에 사용할 수 없어 사용 영역이 한정되기 때문에 실제 이용이 어려움

bdquoAZ91‟은 알루미늄을 9질량 아연을 1질량 함유한 마그네슘 합금으로 AZ31보다 알루미

늄의 함유량을 늘려 내식성을 높이고 있지만 저항력이 약해져 소성 가공이 없다는 약점이

있으며 최근에는 이 bdquoAZ91‟을 개량하여 문제를 해결하려는 시도가 나타나고 있음

개량된 AZ91은 AZ31 판재와 마찬가지로

프레스 성형이 가능하면서도 보다 내식

성이 우수한 특성을 실현하였고 노트북

의 케이스로 제품화하는 데 성공한 기업

도 나오고 있음

개량된 AZ91은 최종적으로 자동차 부품

사업을 겨냥할 것으로 보이며 가령 자동

lt자료gt Lunt Manufacturing

[그림 2] 마그네슘 합금으로 만든 크로스 빔

주간기술동향 2018 3 28

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차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

최신 ICT 이슈

41 정보통신기술진흥센터

추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

주간기술동향 2018 3 28

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으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

주간기술동향 2016 3 9

wwwiitpkr 4

• 표지
• 판권
• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
          • • EG위원
            • 뒷표지

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차 시트 프레임을 개량된 AZ91 마그네슘 합금으로 제작할 경우 강철에 비해 50 이상 알

루미늄 합금에 비해 10~20의 차체 경량화 효과를 기대할 수 있다고 함

(xTech 3 15 amp AZom 3 19)

III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 수 있는 AI 서비스 제공

IBM MS 구글 등이 제공하는 클라우드 인공지능(AI)을 기업이 독자적인 데이터로 추가 학습

시켜 자사의 비즈니스에 적합한 AI를 손쉽게 개발하려는 움직임이 확산되고 있음

가령 bdquo오토박스 세븐(Autobacs Seven)‟은 IBM의 이미지 인식 AI의 클라우드 서비스인 bdquoVisual

Recognition‟에 다양한 마모 상태의 타이어 이미지를 이용하여 추가 학습시켜 타이어의 마모

상태를 진단할 수 있는 AI를 2개월 만에 개발하였음

오토박스 세븐은 클라우드에서 동작하는 AI를 호출하여 이용할 수 있는 스마트폰 앱을 2017

년 9월부터 제공중임

이 앱을 이용하는 사용자가 자기 차량의 타이어를 촬영하면 이미지는 곧바로 IBM의 클라우

드로 보내지며 추가 학습을 마친 AI는 마모 수준을 대middot중middot소의 3 단계로 평가해 줌

추가 학습이 가능한 클라우드 AI 서비스 기능을 제공하는 이유는 범용 AI로는 특정 분야에

서 요구되는 정확도 높은 진단이나 판단을 기대할 수 없기 때문

lt자료gt Autobacs

[그림 1] 타이어 마크 진단 스마트폰 앱

최신 ICT 이슈

41 정보통신기술진흥센터

추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

공하기 시작했음

MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

주간기술동향 2018 3 28

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42

으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

전화 (042) 612-8296 8220 팩스 (042) 612-8209

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• 목차
• 5G 단말 및 부품 업체 동향13
• • I 개요
  • 13II 주요 업체 동향
  • III 결론 및 시사점13
  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
          • • EG위원
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최신 ICT 이슈

41 정보통신기술진흥센터

추가 학습이 가능한 AI 서비스가 등장하기 전에 클라우드로 제공되는 AI 서비스는 크게 두

가지 유형으로 분류할 수 있었음

하나는 AI의 소프트웨어 모듈 및 실행 환경을 제공하는 유형으로 학습되지 않은 백지 상태

의 AI가 제공되므로 사용자 기업은 방대한 학습 자료를 직접 준비해야 했으며 소프트웨어

모듈의 선택과 AI 튜닝 등을 위한 개발 스킬을 필요로 하는 등 난관이 높았음

또 다른 유형은 학습된 AI 제공 서비스로 클라우드 사업자가 방대한 학습 자료로 개발한 것

이며 화면에 비춰진 사물의 인식 동일인 여부 판정 성별이나 연령의 판정 자연 언어의 의

도 해석 기계 번역 등의 단일 기능 AI 서비스로 다시 세분화됨

학습된 AI는 일종의 기성품으로 즉시 사용할 수 있는 장점이 있지만 기능별로 범용으로 만

들어졌기 때문에 특정 분야에 적용할 정도의 높은 정확도를 기대하는 것은 어려웠음

가령 오토박스 세븐의 앱과 비교한다면 화면에 비춰진 물건을 인식하는 기능으로는 이 물

체가 타이어라고 인식할 수는 있지만 타이어의 마모 수준까지는 판정할 수 없었던 것임

기존 두 유형의 AI에서 장점만 취한 것이 추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스임

학습된 AI가 바탕이 되고 있기 때문에 사용자 기업은 추가 학습용 데이터를 준비하고 읽을

수 있도록 튜닝함으로써 특정 용도에 맞춘 AI를 비교적 단기간에 개발할 수 있음

앞서 소개한 오토박스 세븐 외에도 bdquoNAVITIME(내비타임)‟은 추가 학습이 가능한 AI 서비스를

이용하여 사용자가 스마트폰 앱으로 입력한 사진 이미지를 바탕으로 한 관광 명소를 제안하

는 기능을 강화하였음

또한 역이나 거리에 설치하는 광고 전송 기기 앞에 서 있는 사람의 표정을 심층 분석할 수

있도록 추가 학습이 가능한 AI 서비스의 도입을 검토하기 시작한 광고대행사도 있음

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 장르로 특히 인기가 있는 것은 이미지 분석인데

이는 IBM MS 구글 등이 이 서비스를 잇따라 출시하고 있기 때문

오토박스 세븐이 활용하는 IBM의 Visual Recognition은 2016년 5 월부터 제공되고 있음

마이크로소프트는 2017년 5월부터 ldquoCustom Vision Servicerdquo의 프리뷰 버전을 제공하고 있으

며 2018년 1월에는 구글이 ldquoGoogle Cloud AutoML Visionrdquo을 이용자 한정의 알파 버전으로 제

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MS의 Custom Vision Service는 고객 기업이 스스로 마련한 이미지에 태그를 붙이고 학습시킴

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으로써 특정 용도의 AI를 개발할 수 있게 하고 있음

요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

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발 행 소

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등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

인 쇄 인 승일미디어그룹 주식회사

(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

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  • • 에너지 컴퍼니 테슬라13
    • • I 서론13
      • II 배터리의 진화13
      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
        • • I 2020 년 자율운전차 상용화 경쟁에 뛰어 든 일본 자동차업체들13
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          • III IBM과 MS 기업이 추가 학습시킬 있는 AI 서비스13 서비스 제공
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요리 이미지를 판별하는 추가 학습을 할 경우 기업이 직접 준비한 음식 이미지를 요리 이름

으로 태그를 붙여 업로드만 하면 되며 태그가 붙지 않은 알 수 없는 이미지를 업로드하면

미리 등록한 분류에 따라 유사도를 표시해 줌

두 개 이상의 태그가 필요하고 준비해야 할 이미지는 하나의 태그마다 최소한 5장이며 이미

지가 많을수록 정확도가 올라가지만 추가 학습을 위한 데이터가 반드시 대량으로 있지 않아

도 어느 정도 의도한 분류는 가능함

추가 학습이 가능한 학습된 AI 서비스의 등장에 따라 개발 비용을 절감하면서 자신의 요구

사항에 맞춘 AI를 쉽게 개발할 수 있게 되었으며 이는 AI의 비즈니스 활용을 가속화하는 계

기가 될 것으로 보임

(Forbes 3 9 amp xTech 3 15)

사 업 책 임 자 홍승표 (기술정책단장)

과 제 책 임 자 김현중 (산업분석팀장)

참 여 연 구 원 변화성 이재환 조성선 이효은 정해식 김용균 유영신 채송화 이승민

박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

심 의 위 원

김민수(대전대학교) 김종기(산업연구원) 김 원(KISA) 김창봉(공주대학교) 김평중(충북도립대)

박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

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(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

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    • • I 서론13
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      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
      • V 결론 및 시사점13
      • • 최신ICT이슈
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박혜영 최재원 조혜지 전영미(위촉)

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박윤호(옵토마린) 여인갑(ETRI) 오길남(광주대학교) 이기호(제이에스온) 이재하(남서울대학교)

장항배(중앙대학교)

통권 1839(2018-11)

발 행 년 월 일 2018년 3월 28일

발 행 소

편집인 겸 발행인 석제범

등 록 번 호 대전 다 - 01003

등 록 년 월 일 1985년 11월 4일

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(34054) 대전광역시 유성구 유성대로 1548(화암동 58-4번지)

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      • IV 기가팩토리13
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    • • I 서론13
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      • III 에너지 컴퍼니 13테슬라
      • IV 기가팩토리13
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          • II 마그네슘 합금 향후 10 년간 수요 2배 증가 자동차 경량화 수단13
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