1편에서 우리는 허버트 사이먼의 통찰을 따라, 복잡한 시스템을 이해하는 열쇠로서 ‘아키텍처’라는 사고방식을 처음 접했다. 이어 2편에서는 레베카 헨더슨이 노광기 산업을 분석하면서 제품을 구성하는 부품 간 연결관계의 변화가 산업의 변화를 이끄는 중요한 힘임을 파악하고, 이를 바탕으로 ‘아키텍처 혁신(Architectural Innovation)’이라는 개념을 제시했다. 이처럼 사이먼과 헨더슨이 제시한 논의는 이후 경영학과 설계이론으로 이어지며 발전을 거듭했다. 특히 “제품의 성공과 실패를 가르는 설계의 본질은 무엇인가?” 라는 질문에 대한 답은 제품 아키텍처(Product Architecture) 라는 이론으로 구체화되었다.
이 문제를 본격적으로 다룬 학자가 칼 울리히(Karl Ulrich, 현 펜실베이니아대학교 와튼스쿨 교수)다. 그는 1995년 발표한 「제조기업에서의 제품 아키텍처의 역할(The Role of Product Architecture in the Manufacturing Firm)」에서 제품 아키텍처를 명확히 정의하고, 그것이 제품 개발·생산·마케팅 등 기업 활동 전반에 어떤 영향을 미치는지를 체계적으로 설명하였다. 이번 3편에서는 울리히 교수의 이론을 바탕으로, 그동안 막연하게 언급되던 제품 아키텍처를 보다 명확히 이해하고자 한다. 특히 제품 아키텍처의 핵심적인 두 유형, ‘모듈형(Modular)’과 ‘통합형(Integral)’이 무엇을 의미하는지를 살펴보려 한다. 이러한 관점으로 제품과 산업을 보면 새로운 시각을 얻을 수 있다.
I 제조업으로 본 제품 개발 과정
<도표 1>은 ‘제조업의 업무 흐름’을 보여준다. 가령 고객이 “좋은 연비”를 원하면, 이는 기능 영역에서 “차체 무게 감량”이나 “엔진 효율 향상” 같은 요구사항으로 전환된다. 이어서 연구소 단계에서는 이러한 요구사항을 구체적인 설계 파라미터로 바꿔 “무게 100kg 절감”이나 “압축비 5% 개선” 같은 목표로 정리한다. 이후 공정 단계에서는 이를 실현할 수 있는 프로세스 변수로 변환해 생산 체계에 반영하고, 최종적으로는 판매 조건과 연결되어 시장에 도달한다.
이처럼 엔지니어들은 제품이 갖춰야 할 기능(Functional Requirements)을 만족시키기 위해 구체적인 구조물(부품)의 설계 파라미터(Design Parameters), 즉 치수와 재질을 정한다. 이 과정을 곧 설계(設計)라고 한다. 설계란 무형의 욕구(기능)를 충족시키기 위해 유형의 구체적 정보를 만드는 활동이며, 그 결과물은 도면(圖面)이다. 과거에는 이 설계 정보를 종이에 담았지만 오늘날에는 디지털로 저장한다는 점만 다를 뿐, 본질은 동일하다. 따라서 제품개발은 설계 정보를 창조하는 과정이고, 생산은 그 설계 정보를 실물로 구현하는 과정이다. 판매 역시 제품이라는 매체에 담긴 설계 정보를 고객에게 전달하는 행위이다.
I 설계, 제품 개발의 출발점
제품의 설계 과정은 먼저 ‘기능 설계’에서 시작한다. 설계자는 제품에 요구되는 전체 기능을 정하고, 이를 여러 서브 기능으로 세분화한다. 예를 들어 “운전자와 일체감을 주는 스포츠카”라는 컨셉트가 있으면, 그것은 승차감, 핸들링, 연비 등으로 구체화된다. 이렇게 나뉜 기능들은 다시 더 작은 단위로 전개되어 계층적인 구조(트리)를 이루게 된다. 각 기능에는 달성해야 할 목표 수준이 설정되고, 이를 실현할 수 있는 방법이 탐색된다.
다음 단계에서는 ‘기능을 어떤 구조물로 구현할 것인가’를 고민한다. 다시 말해, 정의된 기능 요소들을 실제 부품과 연결시키는 작업이 필요하다. 자동차에서 ‘승차감’이라는 기능은 서스펜션 구조로 이어지고, ‘동력 성능’은 엔진과 변속기로 연결된다. 기능을 물리적 구조물에 어떻게 배분할 것인가 하는 판단이 여기서 내려진다.
마지막으로 ‘구조 설계’가 이루어진다. 기능과 맵핑된 부품들의 형상을 구체화하고, 부품 간 위치 관계와 인터페이스를 설계한다. 이 과정을 통해 제품의 기본 골격과 부품의 기본 형상이 확정되며, 최종적으로는 부품의 계층 구조를 정리한 자재명세서가 만들어진다.
I 기능과 구조로 본 제품 아키텍처
<도표 2>는 칼 울리히가 정의한 제품 아키텍처(Product Architecture)를 시각적으로 표현한 것이다. 복잡한 제품을 설계할 때는 기능과 구조를 단계적으로 쪼개고, 그 안에서 서로의 관계를 정리해야 한다. 이 과정을 정리하면 다섯 가지로 나눌 수 있다.
첫째, 기능분해이다. 제품 전체가 수행해야 할 기능을 여러 하위 기능으로 나누어 계층 구조를 만든다. 예를 들어 자동차라는 시스템은 ‘주행’, ‘제동’, ‘승차감’ 같은 하위 기능으로 분해될 수 있고, 이들은 다시 더 작은 기능으로 나뉜다. 그 결과 ‘기능 요소’들의 집합이 정해진다.
둘째, 구조분해이다. 기능분해가 끝나면 실제 구조도 같은 방식으로 나눈다. 자동차의 경우 전체 구조가 차체, 엔진, 서스펜션 등으로 나뉘고, 다시 더 작은 부품으로 세분화된다. 그 결과 ‘구조 요소’들의 집합이 정해진다.
셋째, 기능요소 간 관계이다. 기능 요소들은 두 가지 방식으로 서로 관계한다. 하나는 상위 기능을 매개로 서로 연결되는 경우이다. 예를 들어 ‘연비’라는 상위 기능을 만족시키기 위해 여러 하위 기능이 서로 영향을 주고받는다. 다른 하나는 구조를 통해 연결되는 경우이다. 예를 들어 자동차의 ‘쾌적성’과 ‘핸들링’이라는 서로 다른 기능이 같은 서스펜션 구조의 영향을 받으면서 서로 의존하게 된다. 이를 기능적 상호의존이라고 한다.
넷째, 구조요소 간 관계이다. 구조 요소들도 두 가지 방식으로 서로 관계한다. 하나는 특정 기능을 완성하기 위해 여러 부품이 함께 맞물리는 경우이다. 예를 들어 ‘가속성’을 확보하기 위해서는 엔진과 변속기가 서로 조율되어야 한다. 다른 하나는 상위 구조, 즉 큰 틀의 규칙 아래 연결되는 경우이다. 부품이 다른 부품의 움직임을 방해하지 않도록 배치되어야 하고, 전체 중량이 제한 범위 안에 들어야 하는 식이다. 이런 관계를 구조적 상호의존이라고 부른다. 또한 부품들끼리 직접 연결되는 결합 지점을 ‘부품 간 인터페이스’라고 한다.
다섯째, 기능·구조 관계이다. 최종적으로 기능 요소군과 구조 요소군 사이에 일정한 대응 관계가 만들어진다. 경우에 따라 기능과 구조가 일대일로 대응되기도 하고, 하나의 기능이 여러 부품에 나뉘어 담기거나, 반대로 하나의 부품이 여러 기능을 동시에 담당하기도 한다. 복잡한 경우에는 다대다 관계가 형성되기도 한다.
⠀I 기능-구조가 일대일 대응되는
⠀⠀모듈형 아키텍처
모듈형 아키텍처란 각 부품이 독립적으로 기능을 수행하고 표준화된 인터페이스로 쉽게 연결되는 구조를 말한다. 가장 이해하기 쉬운 예는 개인용 컴퓨터(PC)이다. 연산 기능은 본체가, 영상 출력은 모니터가, 인쇄는 프린터가 담당한다. 각 부품은 자신만의 기능을 수행하며, HDMI·USB와 같은 인터페이스가 표준화되어 있어 서로 쉽게 연결된다. 사용자는 필요할 때 모니터나 프린터를 교체하거나 업그레이드할 수 있고, 여러 제조사의 부품을 조합해도 전체 시스템은 정상적으로 작동한다. 바로 이러한 구조가 모듈형 아키텍처의 전형적인 사례이다.
<도표 3> 가운데 그림을 보면, 전체 기능이 f1, f2, f3, f4와 같은 기능 요소로 분해되고, 각각이 s1, s2, s3, s4와 같은 구조 요소에 대응한다. 즉 기능 요소와 구조 요소가 일대일로 연결되는 것이 핵심이다. 즉, 기능 요소와 구조 요소가 서로 일대일 대응하는 구조라고 할 수 있다. 이를 행렬로 표현하면 <도표 3> 우측의 기능–구조 행렬처럼 대각선 형태가 된다. 이는 부품 하나가 특정 기능 하나를 독립적으로 담당한다는 것을 의미한다.
따라서 모듈형 아키텍처에서는 각 부품이 독립성을 가지며, 다른 부품과의 상호의존성이 적다. 설계자는 하나의 기능과 그에 대응하는 부품에 집중할 수 있고, 생산 과정에서도 부품 교환이나 조합이 용이하다. 결국 모듈형 아키텍처는 부품의 독립성과 교환 가능성을 특징으로 하며, 설계·생산·사용 단계 모두에서 높은 유연성과 확장성을 제공한다.
I 기능-구조가 다대다(多對多)로
⠀연결되는 통합형 아키텍처
자동차는 기능과 구조가 얽혀 있는 대표적인 사례이다. 예를 들어 고객이 기대하는 승차감과 핸들링은 동시에 만족시키기 어렵다. 서스펜션을 부드럽게 하면 승차감은 좋아지지만 핸들링은 둔해지고, 단단하게 하면 그 반대가 된다. 또 다른 예로, 연비를 높이려면 차량의 무게를 줄여야 하지만 지나치게 차체를 가볍게 만들면 충돌 안전성이 떨어진다. 즉 자동차의 주요 기능들은 서로 긴밀하게 연결되어 있어, 한쪽 기능을 개선하려는 설계가 다른 기능에 직접적인 영향을 미친다.
이처럼 하나의 기능은 여러 부품의 협력으로 달성되고, 동시에 하나의 부품은 여러 기능을 동시에 뒷받침한다. 다시 말해 기능과 구조가 다대다 관계로 얽혀 있다. 이러한 방식을 통합형 아키텍처라고 부른다.
<도표 4> 가운데 그림은 이러한 관계를 설계의 언어로 표현한 것이다. 기능 요소(f1, f2, f3, f4)와 구조 요소(s1, s2, s3, s4)가 서로 복잡하게 연결되어 있으며, 어느 하나만으로는 성능을 보장할 수 없다. 오른쪽의 기능–구조 행렬을 보면, 각 기능이 여러 부품과 연결되고 동시에 부품 하나가 여러 기능에 기여하고 있음을 알 수 있다.
따라서 통합형 아키텍처에서는 설계자가 독립적으로 부품을 완성할 수 없으며, 모든 부품이 서로 영향을 주고받는 만큼 세밀한 상호 조율이 필수적이다. 자동차는 바로 이러한 통합형 아키텍처의 전형적인 예이다.
I 동일 제품군 내 아키텍처의 다양성
<도표 5>는 동일한 제품군 안에서도 서로 다른 아키텍처적 성격을 가질 수 있음을 보여준다.
예를 들어, 데스크탑 PC는 본체, 모니터, 키보드, 프린터 등으로 기능이 뚜렷하게 나눠져 있고 인터페이스가 표준화되어 있어 부품 교체나 조합이 자유롭다. 따라서 모듈형 아키텍처의 전형적인 사례라 할 수 있다. 반면 노트북은 얇은 공간 안에 CPU, 배터리, 디스플레이, 키보드 등이 밀접하게 결합되어 있다. 한 부품을 변경하면 다른 부품에도 영향을 주기 때문에 통합형 아키텍처의 성격을 지닌다.
자동차에서도 같은 대비가 나타난다. 트럭과 자전거는 프레임·바퀴·캐빈 등 주요 부품이 독립적으로 설계되고 교체 가능하므로 모듈형에 가깝다. 반대로 승용차와 고급 오토바이는 엔진, 차체, 서스펜션, 디자인 요소들이 서로 긴밀히 얽혀 다대다 관계를 이루며, 승차감·안정성·연비 등을 동시에 달성해야 하므로 통합형에 해당한다.
반도체에서도 이러한 구분은 뚜렷하다. 칩렛(Chiplet) 구조는 여러 기능을 가진 칩을 독립적으로 제작해 연결하는 방식으로, 부품 간 독립성이 높아 모듈형의 성격이 강하다. 반대로 HBM(High Bandwidth Memory)은 메모리, 인터포저, 패키징이 정교하게 맞물려야만 성능이 발휘되는 통합형이다. 칩렛은 IP 블록 재사용과 이종 공정 혼합이 용이한 반면, HBM은 미세 공정·적층·패키징을 동시에 최적화해야 하는 특성이 있다.
이처럼 동일 산업 내에서도 어떤 제품은 모듈형에, 또 다른 제품은 통합형에 가깝다. 중요한 것은 산업 분류가 아니라, 설계자가 완성한 아키텍처 논리에 따라 제품을 분류하고 이해하는 것이다. 이러한 관점은 반도체 산업을 이해하는 데 많은 도움이 된다. 반도체 산업에서 이런 시각을 적용하면, 그동안 보지 못했던 것들이 새롭게 보이기 시작한다. 특히 지금은 반도체 산업에서도 칩렛 같은 모듈형 아키텍처와 HBM 같은 통합형 아키텍처가 공존하며 변화하고 있는 시기라는 점에서 이 관점은 더욱 유의미하다.
I 마무리
이번 글에서는 제품 아키텍처를 이해하기 위한 기본적인 두 가지 틀, 즉 기능과 구조가 단순히 대응하는 모듈형과, 서로 얽혀 긴밀히 조율되는 통합형으로 나누어 살펴보았다. 이 구분은 제품 그 자체만이 아니라, 그것을 설계·생산하는 조직의 역량과도 밀접하게 맞물려 있다.
모듈형 제품을 잘 만드는 조직이 곧바로 통합형 제품을 성공적으로 만들기는 어렵고, 그 반대도 마찬가지이다. 각각의 아키텍처는 협업 방식, 지식 구조, 문제 해결 능력까지 전혀 다르기 때문이다. 따라서 제품의 아키텍처가 변화하는 시기에는 단순한 설계 방식 변경만으로는 충분치 않으며, 조직 내부의 역량과 운영 방식도 함께 변해야 한다.
반도체 산업 역시 예외가 아니다. 예를 들어 칩렛은 모듈형 아키텍처의 특성을 보이지만, HBM은 고도의 통합형 아키텍처를 요구한다. 따라서 기업이 어떤 아키텍처를 지향하는가에 따라 연구개발의 초점, 공급망 관리, 조직의 협업 구조가 달라질 수밖에 없다.
다음편에서는 제품 아키텍처와 조직 역량의 관계, 그리고 반도체에서의 아키텍처가 어떤 식으로 변화하는 지 등을 다룰 예정이다.
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