반도체 산업 앵커기업 공급망 네트워크 구조 분석 : 충북 지역을 중심으로

네트워크분석이란 행위자와 그들 간의 관계를 행렬형태의 수학적 모델로 해석하는 방법론이다. 네트워크분석은 현실 세계에서 나타나는 관계의 상황을 직관적으로 확인하기 위한 모델이며, 추상적인 현실 상황의 관계를 시각화하여 그래프로 나타내거나, 데이터 처리를 통해 행렬연산 방법에 따른 계량화 분석법을 적용 한다. 1979년도 ‘Social Networks’ 저널이 발간되면서 초기에는 인물 및 기관 그리고 조직 간 핵심주체와 연결구조적 특성을 분석하는 데 널리 활용되었으며, 최근 공간단위를 하나의 행위주체로 가정하여 공간 사이의 관계를 분석하거나 지식의 확산에 기반한 혁신네트워크 현상을 실증적으로 증명하는 연구들이 발표되고 있다. 또한 산업 공급망 네투워크 분야에서도 원재료(Raw Material)에서 최종제품에 이르는 과정에서 나타나는 협력의 구조적 특성과 핵심 행위자를 파악하는 분석기법으로 활용되고 있다.

네트워크분석은 노드와 링크 자료를 통해 중심성, 네트워크 구조, 역할관계 등을 해석하는 데 주로 활용된다.

네트워크분석에서 가장 많이 활용되는 중심성 분석(centrality analysis)은 행위자(node)가 네트워크 내에서 중심적 역할을 수행하고 있는지를 파악하는 데 활용된다(CYRAM, 2012). 또한, 네트워크 구조 분석 방법인 하위집단 분석(sub-group analysis)은 전체 네트워크의 노드들을 유사한 네트워크 속성을 가지는 몇개의 노드 집합으로 구분하고, 이들 집단을 하위 네트워크 또는 하위집단으로 구분해내는 과정으로 컴포넌트분석 및 커뮤니티분석 등이 활용된다. 그리고 네트워크 내 지위와 역할을 확인하는 데 활용되는 분석 방법은 Brokerage 모델 및 Bow-Tie 모델 등으로 구분된다. 특히, Bow-Tie 모델은 방향성 있는 네트워크에서 컴포넌트를 구성하는 각 노드의 역할을 구분하여 네트워크의 특성을 파악하기 위한 방법론으로써 지식의 창출, 생산, 확대, 활용으로 이어지는 확산과정을 네트워크 구조의 관점에서 해석하고, 각 과정에서 주요한 행위자(노드)를 정의하는 데 활용되는 방법론이다.

본 연구에서는 연결성 있는 네트워크 집단을 도출하기 위한 컴포넌트 분석, 컴포넌트 내 연결성이 상대적으로 높은 집단을 도출하기 위한 커뮤니티 분석, 전체 네트워크 내 역할구조를 파악하기 위해 Bow-Tie 모델 분석 그리고 노드 간 중요도 확인을 위한 중심성 분석을 적용한다.

네트워크 구조 분석의 한 종류인 Bow-Tie 모델은 네트워크상에서 노드들이 가지는 역할이나 위상을 판단하는 모델이다. Bow-Tie 모델의 네트워크 연결성 및 집단성 확인을 위해 적용되는 네트워크 구조 분석 방법과의 차이는 역할과 위상을 판단하는 데 주로 활용된다는 점이다. 특히, Bow-Tie 모델은 네트워크속 노드(행위자) 간 링크(관계)의 흐름에 주목함으로써 네트워크 구조 내 노드의 연결구조 및 중심성 확인을 넘어 전체 네트워크를 구성하는 노드 간 관계의 흐름 속에서 차지하는 역할과 의미를 파악할 수 있다는 점에서 유효한 분석 수단이 된다.

Bow-Tie 모델의 기본구조는 GIN(지식근원그룹), GSCC(지식순환그룹), GOUT(지식종착그룹), TUBE(지식 시작-도착 직접연결그룹), TENDRIL(독립그룹), NON GWCC(동떨어진 그룹), ETC GWCC(비정의 그룹)의 7개 역할 유형으로 세분화된다.

네트워크 이론에 근거한 Bow-Tie 모델은 <표 1>과 같이 노드간 지식의 흐름 구조를 분석하고 있으나 공급망 가치사슬 구조를 대상으로 수행하는 본 연구에서는 생산원료의 흐름이 지식의 흐름 구조와 동일한 네트워크 구조를 보인다는 전제가 요구된다. 즉, 본 연구에서는 지식의 흐름 구조 네트워크와 공급망 생산원료의 흐름 구조 네트워크는 동일한 것으로 본다. 또한, Bow-Tie모델에 의한 기본구조를 적용하기 위해서는 세부 그룹이 갖는 산업적 측면의 개념적 정의가 요구된다. 즉, 본 연구에서는 Bow-Tie 모델 세부 그룹을 생산자 그룹으로 재정의한다. 지식의 흐름구조를 전제로 정의한 ‘지식근원 ~ 비정의 그룹’의 7개 그룹을 본연구에서는 생산원료의 흐름 구조로 해석하기 위해 ‘생산근원 ~비정의 생산자’로 <표 1>과 같이 조작적 정의를 한다.

Table 1.

Operational definition of Bow-Tie model group

본 연구의 분석자료 구축을 위해 네트워크DB 구축 방법론 중전통적인 방법인 스노우볼링기법(Snowballing Method)를 적용하였다. NICE평가정보DB(업종, 기업규모) 및 한국평가데이 터DB(거래처) 등을 활용하여 본사 및 공장 소재지가 충북인 기업중 매출액 상위 100위 기업을 1차 추출하고, 반도체 분야 기업을 2차로 추출한다. 또한 상대적으로 작은 규모이지만 지역 반도체산업 생태계에서 중요한 역할을 수행하고 있는 기술기업, 삼성전자 공급망 거점기업 등 지역산업 생태계 측면의 앵커기업을 충청북도 담당자 및 관계 전문가 인터뷰를 통해 3차로 추출한다.

최종적으로 도출된 반도체 산업 앵커기업으로 <표 2>와 같이 SK하이닉스, DB하이텍, 키파운드리, 네패스 등 10개 기업을 선정하였다.

Table 2.

Results of the selection of 10 anchor companies

전략산업별 앵커기업 공급망 기업DB 구축·정제를 위해 한국평가데이터DB를 활용하여 앵커기업을 중심으로 형성된 거래DB를 구축하였다. 이를 활용하여 앵커기업을 중심으로 형성된 거래관계에서 스노우볼링기법(Snowballing Method)를 적용하여 2차 협력 구조 내 기업 리스트를 추출하고, 앵커기업 및 1, 2차 공급망 협력기업DB 데이터를 구축하였다(그림 3).

Figure 3.

Applying SK Hynix-centric snowballing techniques

또한 앵커기업 중심의 협력기업에 대한 기업정보DB(회사명, 소재지, KSCI 코드, 주 생산품 등)는 한국평가데이터 기업정보 DB를 활용하고, 에고네트워크를 통해 추가되는 노드(기업)에 대한 속성값을 DB로 구축한다. 도출된 공급망 생태계 기업을 대상으로 반도체 산업 벨류체인의 세부 공정으로 구분하고, 네트워크 분석을 위한 전문 프로그램인 NetMiner4.0을 활용하여 기업의 공급망 생태계 내 공정 단계별 공급망 구조를 분석하였다(그림 4).

Figure 4.

Structure of supply chain ecosystem for anchor companies in Chungbuk semiconductor industry

여기서 반도체 산업의 공급망 구조는 설계(팹리스), 전공정, 후공정으로 대분류하고, 각 공정별로 세분화된 공정은 다음의 공정으로 구분한다. 앵커기업인 에고(Ego)를 중심으로 형성된 에고네트워크의 2단계 이웃 네트워크를 도출하여 앵커기업을 중심으로 형성된 제조업 중심의 2차 협력망 네트워크를 구축한다. 마지막으로 전체 네트워크에서 제조업 기업을 추출하여 분석을 수행한다. 이를 통해, 최종적으로 구축된 반도체 산업 기업 공급망 네트워크는 총 1,304개 기업과 3,146개 협력관계의 공급망 생태계를 형성하고 있다. 이를 시각적으로 표현한 거시적 공급망 생태계구조는 <그림 4>와 같다.

앞서 이론적 고찰에서 Bow-Tie 모델 적용을 위해 지식의 흐름 구조를 생산원료의 흐름 구조로 해석한 조작적 정의의 틀을 바탕으로 반도체 산업의 공급망 가치사슬 구조를 반영하여 반도체 공급망 흐름구조로 다시 한번 재정의하였다. 즉, 생산원료의 흐름 구조로 해석하기 위해 ‘생산근원~비정의 생산자’로 재정의한 것을 바탕으로 반도체 공급망의 구조적 역할 유형을 ‘일반소재군~기타’로 <표 3>과 같이 정의하였다.

Table 3.

Operational definition of Bow-Tie model group

10개의 반도체 산업 앵커기업을 중심으로 형성된 1, 2차 공급망 협력기업을 추출한 결과 최종적으로 구축된 총 1,304개 기업 가운데 충북 소재에는 161개 기업이 분포하고 있으며, 충북 소재기업 간 공급망 생태계는 212개 협력관계가 형성되어 있다. 이 협력관계 네트워크 안에는 121개 기업이 서로 하나로 연결된 네트워크로 존재하며, 네트워크 구조의 관점에서 하나의 컴포넌트가 된다. 이는 서로 연결된 네트워크 집단을 의미하며, 그 외 39개 기업은 공급망 네트워크에 포함되지 않는다(그림 5).

Figure 5.

Supply chain ecosystem centered on semiconductor industry anchor companies in Chungbuk

커뮤니티분석(Community Analysis)은 복잡한 네트워크에서 노드 간 상대적 네트워크 밀도가 높은 그룹을 서로 묶어 연결 정도가 높은 집단을 정의하는 데 활용된다. 커뮤니티분석은 밀접하게 연결된 노드끼리 클러스터링하는 방법으로, 직접적으로 연결된 노드들을 묶어서 그룹 간에는 링크가 최소화되도록 집단을 구분한다. 커뮤니티 간 클러스터링을 확인하기 위해 MODULARITY(모듈성) 분석을 적용한다. MODULARITY는 -1과 1 사이의 값으로 네트워크의 모듈화 정도를 나타내며, 커뮤니티 내부연결과 커뮤니티 외부연결의 상대적 밀도를 비교하여 1에 가까울수록 외부연결보다 내부연결이 높은 커뮤니티로 해석한다(그림 6).

Figure 6.

Analysis of supply chain communities centered on anchor companies in the semiconductor industry in Chungbuk

충북 반도체 산업 앵커기업 중심 공급망 네트워크에서 121개 기업이 서로 하나로 연결된 컴포넌트 내 13개 하부 커뮤니티가 형성되어 있다. 도출된 커뮤니티가 얼마나 모듈화가 되었는지에 대한 수치인 ‘BEST MODULARITY’는 0.644로 비교적 세부집단화 경향이 높게 나타나고 있다. 이러한 구조는 기업지원 정책에서 공급망 생태계 중심의 기업 지원정책의 필요성과 당위성을 보여준다.

중심성 분석은 노드-링크로 형성되는 네트워크 구조에서 노드간 연결 수에 기반하여 중심성을 평가하는 대표적 방법론인 연결 중심성을 적용하고, 수학적 산식을 아래와 같다. 연결선 수(k_i)는 노드 i에 연결된 연결선의 총수를 의미하고 도출하는 수식은 식(1)과 같다. 여기서 NN은 노드 i의 인접한 이웃을 뜻하고, 연결선수 분포함수(D_i)는 연결선 수(k_i)가 k인 노드 수를 총 노드 수 N으로 나눈 값으로 정의한다.

공급망 생태계에서 원자재 매입을 위한 협력관계 대상기업 수가 많은 것을 의미하는 연결중심성은 SK하이닉스가 가장 높고, 심텍, 아이티반도체, 매그나칩반도체 등이 높게 나타나고 있다(그림 7).

Figure 7.

Network connection centrality of semiconductor industry companies based in Chungbuk

연결중심성(In-Degree Centrality)이 높을수록 원자재를 매입하는 협력기업이 많고, 이는 지역 산업 생태계 내에서 부가가치 창출 측면의 파급효과가 높다는 것을 의미한다. 연결중심성(In-Degree Centrality)이 높은 기업의 성장은 공급망 구조 속에서 많은 지역 내 협력사를 보유하고 있고, 후방기업의 성장으로 이어지는 낙수효과를 기대할 수 있기 때문이다.

공급망 생태계를 형성하고 있는 기업들의 표준산업분류(세세분류, 5digit) 유형 가운데 반도체 제조용 기계 제조업이 12개 기업으로 가장 많고, 산업용 가스 제조업, 그 외 기타 전자부품 제조업, 기타 반도체소자 제조업, 구조용 금속판제품 및 공작물 제조업, 비메모리용 및 기타 전자집적회로 제조업 순으로 높게 나타나고 있다(그림 8).

Figure 8.

Frequency of key businesses in the supply chain of semiconductor industry anchor companies located in Chungbuk

이론 고찰에서 살펴본 바와 같이, Bow-Tie 모델을 통해 지식의 흐름을 구조화해 보면 각 노드들의 역할에 따른 위치는 투입구역(Source Zone), 교환구역(Exchange Zone), 목표구역(Target Zone)으로 구분되며, Bow-Tie 모델의 기본구조는 GIN(생산근원), GSCC(생산순환), GOUT(생산종착), TUBE(생산집적연결), TENDRIL(독립생산), NON GWCC(동떨어진생산), ETC GWCC(비정의 생산)의 7개 역할 유형으로 세분화된다(그림 9).

Figure 9.

Distribution chart by Bow-Tie model group 생산전략과 절대적인 의존관계에 있으므로 완제품 기업과 제품

충북 반도체 산업 앵커기업 중심의 2차 공급망 네트워크에서 하나의 컴포넌트를 형성하고 있는 121개 기업 간 공급망 네트워크 구조에서 차지하는 역할 및 위상구조를 확인하기 위해 Bow-Tie 모델 분석을 수행한 결과, 산업생산 측면에서 생산근원의 역할을 수행하는 동시에 반도체 공급망 역할 측면에서 일반소재군에 해당되는 GIN 유형이 45%로 가장 높고, 반도체 공급망 역할 구조에서 중간부품군에 해당하는 생산순환그룹인 GSCC 유형과 일반소재군에 원료를 납품하는 독립소재군인 Tendril 유형이 각각 18%로 높게 나타나고 있다. 그리고 완제품 단계에 가까운 생산종착 유형으로 완제품제작군의 역할을 수행하는 GOUT 유형이 15%로 높게 나타나고 있다<표 4>.

Table 4.

Bow-Tie model analysis results

나아가 Bow-Tie 모델 분석을 통해 도출된 역할 유형 그룹 간공급망 네트워크 구조를 살펴보면, 생산순환 그룹에 속하는 중간부품군(GSCC)은 완제품군으로의 공급을 제외하고, 동일그룹 간공급망 네트워크 협력이 강하게 이루어져 있음을 알 수 있다. 이는 동일그룹 간 공급망 협력이 중요한 집단으로 상호보완적인 역할을 주고받는 것이 중요하다는 것을 의미한다. 이는 낙수효과에 의한 상호 간 승수효과 창출 방식이 아닌 상생협력을 통한 승수효과 창출 방식의 협력 구조가 형성되었음을 의미한다. 이러한 양상은 생산근원 그룹인 일반소재군(GIN)에서 유사하게 나타나고 있으며, 다만, 일반소재군(GIN)은 중간부품군(GSCC)으로의 공급망 네트워크를 상대적으로 강하게 형성하고 있다.

반면, 독립생산 그룹에 해당되는 독립소재군(Tendril)은 동일그룹 내 공급망 협력이 약하게 형성되어 있으나 생산종착 그룹인 완제품군(GOUT)과 상대적으로 높은 공급망 협력을 이루고 있다. 반도체 산업의 특수성을 고려할 때, 독립소재군(Tendril)은 동일업종간 배타적 기술 경쟁이 활발하고, 협업방식보다는 완제품군 기업과 긴밀한 협력을 통해 생산라인 내 기술 적용을 목표로 비교우위 기술경쟁력을 보유하는 것이 중요한 유형이라 볼 수 있다<표 5>.

Table 5.

Network structure between Bow-Tie model groups

충북 반도체 산업 기업 간 공급망 생태계에서 중간부품군(GSCC) 유형과 일반소재군(GIN)은 동일그룹 간 협력과 완제품군(GOUT) 및 중간부품군(GSCC)과 협력을 통해 지역산업 경쟁력을 확보하고 있음을 알 수 있다. 이러한 관점에서 지역산업정책의 일환으로 추진되는 R&D 및 시험/인증 장비 인프라 지원사업 기획 시 공동협력 방식의 지원체계를 구축함으로써 지역산업 전반으로 효과가 확산될 수 있음을 의미한다. 독립소재군(Tendril)은 완제품군(GOUT)과 긴밀한 관계 속에서 완제품 기업의 기획 및 공동연구와 같은 긴밀한 연대가 중요한 요소로 작용할 것으로 예상된다.