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현재 정부에서는 글로벌 산업공급망 이슈에 대응하기 위해서 미래에 우리나라가 공급망을 선도할 소재·부품·장비 품목에 대해서 R&D를 집중적으로 추진 및 지원하고 있다. 본 논문에서는 국가적으로 지원하고 있는 미래선도품목에 대한 국내 산업의 역량을 특허 정보에 대한 기술력, 시장력, 집중력을 중심으로 분석하고, 그 결과를 국가 R&D 지원 현황과 비교 분석하여 향후 지원방향에 대한 시사점을 도출해 보고자 한다.

연구의 대상은 국가에서 추진하고 있는 소재·부품·장비 R&D 중에서 신산업 창출을 견인하는 미래선도 품목으로 미래소재, 비대면 디지털 등 신산업 4대 분야의 기술 트렌드를 고려하여 총 38개 미래선도품목 중에서 테라 비트급 데이터 전송용 광통신 부품을 선정하였다^[1]. 이 테라비트급 광통신 부품은 비대면 디지털 확산의 핵심 인프라가 되는 초고속 통신 관련 품목으로서 데이터센터, 에지 클라우드에 활용되는 테라비트급 광송수신 부품 및 모듈에 해당된다.

최근에 화상회의, 인공지능 등 비대면 디지털 수요 증가에 따라 전세계 인터넷 트래픽은 지속적으로 증가하고 있다. 이러한 대용량, 초고속 트래픽 처리 및 전송을 위해서 테라비트급의 초고속 광통신을 요구하고 있다. 또한, 본 품목은 한국의 강점 분야인 차세대 6G 이동통신의 미래 시장을 선제적으로 대비하고 지속하기 위한 미래선도품목으로 요구받고 있다^[2].

멀티미디어 및 클라우드 서비스의 보급과 AR/VR 등 초실감 서비스와 인공지능 서비스 보편화로 초고속 대용량 데이터센터의 중요성이 급성장하고 있다. Alibaba, Amazon, Meta(구 Facebook), Google, Microsoft 등 대형 클라우드 데이터센터 운영기업은 향후 2~3년 이내에 테라비트급 광통신 부품이 데이터센터 내에 도입될 것으로 예상하고 있으며, 국내에서도 비대면 경제의 급부상으로 네이버, 카카오, SK그룹 등에서도 초고속 광통신 네트워킹된 데이터센터 구축을 하고 있다.

시장규모를 살펴보면, 컨설팅 기관인 욜디벨롭먼트(Yole development)에서는 전 세계 광송수신 시장을 2021년 102억 달러에서 2027년 247억 달러로 확대될 것으로 전망하고 있다^[3]. 이는 소셜 네트워킹, 비즈니스 미팅, UHD의 비디오 스트리밍, 전자 상거래 및 게임 애플리케이션 등이 본 시장을 지속적으로 성장시키고 있기 때문으로 밝히고 있다.

테라비트급 광통신 부품의 글로벌 산업현황 중에서 중요한 이슈는 선진국의 메이저기업들은 광소자부터 시스템까지 자국내 기업으로 공급망을 수직계열화한다는 것이다. 통신시스템 업체인 CISCO는 부품업체인 Luxtera, Acacia 등을 인수합병하였고, Coherent는 II-VI, Finisar를, Lumentum은 광소자/모듈 기업인 Oclaro를 인수하는 등 글로벌 주요 업체들은 광소자부터 시스템까지 초고속 광통신부품의 안정적 수급을 위해 M&A를 활발하게 추진하고 있다. 뿐만 아니라, Google, Meta, Microsoft, Intel, NVIDIA 등 주요 데이터센터 사업자 또한 효율적 운영을 위한 광통신 부품 및 시스템 개발에 직접 참여하고 있다.

본 논문에서는 테라비트급 광통신 부품분야에 대한 국내의 R&D 역량 및 정책적 지원방향에 대한 시사점의 도출을 위해 특허 정보의 분석을 통해 기술력, 시장력, 집중력 지수를 도출하고자 한다. 이러한 특허지수 분석 결과를 우리나라 국가 R&D 과제의 지원현황에 대입하여 정책적 방향성을 파악하고자 한다. 특허정보 분석에 있어서는 특허지표를 중심으로 국내외 기술력을 파악하는 동시에 시장성의 정보도 함께 분석하고자 한다. 또한 특허의 집중도도 함께 분석하여 국내 기업의 강점 및 약점을 알아보고 이 분야의 국가 R&D의 집중도를 파악하여 정부 지원의 R&D방향성 연구를 하고자 한다.

테라비트급 광통신 부품 기술은 미국과 중국을 중심으로 다양한 연구개발이 진행되어 왔다. 이들 국가는 초고속 통신기술이 곧 국가 안보로 직결한다고 판단하고 있기 때문이다. 이와 같은 이유로, Table 1과 같이 광통신 부품의 세계 시장 점유율 상위 10위는 미국과 중국 기업들이 차지하고 있으며 이들의 점유율은 전체 시장의 70%에 달한다^[4]

이에 반해, 국내 광트랜시버 기업들은 글로벌 상위 기업들에 비해 매출액 규모와 시장 점유율 측면에서 매우 적은 비중을 차지한다. 이러한 글로벌 산업환경에서 우리는 테라비트급의 초격차 기술 확보를 위한 기술적 노력이 매우 중요한 시점이 되었다.

초고속 네트워크 구현에 대한 관심이 높아지면서 광원소자기술, 광검출기 소자기술, 파장다중화/역다중화 소자기술, 광송수신 모듈(광학엔진, 구동보드, 광트랜시버) 기술 등 초고속 광통신 네트워크 부품 기술이 지속적으로 개발되고 있다^[5].

특정 기술의 현황 파악을 위해 해당 분야 국가 R&D 투자정보와 특허정보는 매우 귀중한 정보원(information-source)으로 활용이 가능하다.

그간 다양한 기술 분야에서 국가 R&D의 투자 규모, 연구개발 단계, 부처별 지원현황 등에 대한 종합 분석을 통해 정책적 시사점 및 국가연구개발 지원의 방향성을 도출하고자 하는 연구가 있어왔다^[5,6,7,12].

또한 다양한 기술분야에서 정부 R&D 예산 투자의 효율화를 위해 특허정보를 활용하는 연구가 있었으며^[8], 특허지표를 활용하여 기술력, 시장력, 집중력을 분석하고 국가 R&D 투자 규모, 연구개발 단계, 부처별 지원현황 등을 종합적으로 연구하여 R&D 방향성을 제시하는 연구도 있었다^[9].

본 연구에서도 테라비트급 광통신 부품 기술에 대한 특허정보와 국가R&D 투자정보를 종합적으로 분석하되 특허정보를 먼저 분석하여 전반적인 기술현황과 우리나라의 기술 경쟁력을 파악한 후 국가R&D 투자현황의 적정여부를 판단하고자 한다.

본 논문에서는 소재·부품·장비 산업분야의 미래선도품목 중 테라비트급 광통신 부품 분야에 대한 특허 데이터의 기술력, 시장력, 집중력 지수 등을 통해 한국의 이 분야 R&D 역량을 분석하였다. 또한 이 분석 결과를 중심으로 우리나라의 국가 R&D 지원 현황을 분석하고, 시사점을 도출하고자 하였다.

테라비트급 광통신 분야의 주요 핵심요소 기술에 대한 특허 분석의 결과는 다음과 같았다. 먼저 특허를 통한 기술력 지수(TS)에 있어서 한국은 광송수신 모듈 분야가 낮아 기초분야가 강하지 않다고 판단되는 반면 광증폭기 분야는 미국에 이어 강점을 보이고 있다은 한국이 아직까지는 기술력 지수(TS)가 낮은 편으로 기초분야가 강하지 않다고 파악되었다.

특허의 시장력 지수(PFS)에 있어서도 메인 기술인 광송수신 모듈은 세계 상위 경쟁 국가에 비해 세계 시장 진출 경쟁력이 미흡한 것으로 분석된다. 이것은 전세계 시장에서의 완제품 응용 기술의 시장화에 있어서 메인 기술인 광송수신 기술에 대한 권리 확보에 대한 경쟁력을 키울 수 있는 정책적인 지원이 필요해 보인다. 종합적으로 한국은 테라비트급 광통신 부품 장비의 기술력과 시장력을 키울 수 있는 원천기술의 확보 및 권리화에 지원의 필요성이 있다는 시사점을 보여준다. 더구나 집중력 지수인 CRn과 HHI 지수에 의하면 세계 시장은 아직은 소수의 기업에 의한 과점 시장은 아니며, 경쟁이 가능하다는 지표를 보여주고 있다. 따라서 우리나라는 정책적으로 이 분야에 있어 원천기술기반의 소재부품장비 기반의 기술확보와 지원이 시급하다고 분석할 수 있다.

한편 동 분야의 국가 R&D 지원 현황을 종합하여 살펴보면 다음과 같다. 최근 들어 동 분야 국가연구개발 과제 수와 과제당 지원 금액은 현저하게 증가하고 있음이 확인되는데 이는 유튜브 등 동영상 매체의 활성화, 비대면 사회의 가속화 등으로 인해 전 세계적으로 정보 트래픽이 폭발적으로 증가하고 이를 처리하기 위한 고성능 초고속 광통신 부품에 대한 연구개발이 지속적으로 필요하기 때문이라 판단된다.

또한 흥미로운 것은 최근 들어 동 분야에서 기초 또는 응용 분야 과제가 현저히 증가하고 있음이 확인되는데 이는 동 분야의 기존 연구개발과제들이 선진국 추격형 제품개발 위주였다면 최근에는 동 분야 원천기술 확보를 위한 연구과제들이 활발하게 지원되고 수행되고 있기 때문이라 판단되며 이는 고부가가치 핵심원천기술 확보 측면에서 매우 바람직한 현상이라 보인다. 다시 말하면 앞서 특허분석 결과에서 지적한 원천기술확보의 필요성을 충족하기 위하여 동 분야에서 광송수신 모듈 등에 대한 기초 또는 응용 분야에서 국가 R&D 과제에 대한 지원이 지속적으로 증가할 필요가 있다고 판단된다.

특히, 광송수신 모듈 분야에서 생산 제조 기술과 관련해서는 레이저 부품의 고성능 광반도체 공정기술, 광학부품의 초정밀 성형 기술과 광학부품간의 초미세 정렬 기술 등이 생산 제조 효율성 향상 등에 대한 R&D 과제 지원이 필요하다.

다만 응용 또는 개발 연구를 주로 지원하는 산업통상자원부에서 지원한 과제는 전체 과제 중 10% 정도에 불과한데 이는 산업통상자원부에서 지원하는 다수 과제들이 개별기업 성장보다는 산업생태게 조성에 기여도가 높음을 고려하면, 산업통상자원부에서 동 분야에 대한 보다 활발한 사업과 과제의 기획 및 지원이 이루어질 필요가 있다 보인다.

본 연구의 한계점으로는 소재·부품·장비 산업분야의 미래선도품목 38개 종목 중 하나인 테라비트급 광통신 부품 분야에 국한되어 연구되었다는 것이다. 향후에 다른 분야에 대해서도 특허 및 국가 R&D 지원 현황에 대한 분석으로 국가적인 R&D의 역량 파악 및 방향성을 비교 분석할 필요가 있다고 사료 된다.