[반차장보고서] 新 R&D 장비 들이는 '삼성'...세계 최초 321단 낸드 양산하는 'SK하이닉스'

[소부장반차장] 11월 넷째주 반도체·부품 소식 한눈에 살펴보기

반도체⋅부품 관련 정책 동향과 현장의 목소리를 전달하기 위해 한 주 동안 열심히 달린 <소부장반차장>이 지난 이슈의의미를 되새기고, 차주의 새로운 동향을 연결해 보고자 주간 보고서를 올립니다. <반차장보고서>를 통해 한 주를 정리해보시길 바랍니다. <편집자주>

삼성 반도체 심장, 기흥서 다시 세운다…R&D 단지 내 설비 반입 돌입

반도체 사업의 돌파구를 마련 중인 삼성전자(대표 한종희)가 메모리 역사의 산실인 기흥캠퍼스의 차세대 연구개발(R&D) 단지에 신규 R&D 설비를 반입한다. 이를 토대로 미래 기술 연구의 토대를 마련하고 재도약의 발판을 마련하겠다는 목표다.

삼성전자는 18일 기흥캠퍼스에서 차세대 반도체 R&D단지 'New Research & Development - K'(이하 NRD-K) 설비 반입식을 개최했다. NRD-K는 삼성전자가 미래 반도체 기술 선점을 위해 2030년 총 투자 규모 20조원을 투입해 건설중인 10만9000㎡(3만3000여평) 규모 최첨단 복합 연구개발 단지다. 이날 행사에는 삼성전자 전영현 부회장을 비롯한 DS부문 주요 경영진과 설비 협력사 대표, 반도체연구소 임직원 등 약 100명이 참석했다.

NRD-K는 메모리·시스템반도체·파운드리 등 삼성 반도체 전 분야의 핵심 연구기지다. 근원적 기술 연구부터 제품 개발까지 한 곳에서 이뤄질 수 있도록 고도의 인프라를 갖출 예정이다. 삼성전자는 차세대 메모리 반도체 개발에 활용할 고해상도 극자외선(High-NA EUV) 노광 설비와 신물질 증착설비 등 최첨단 생산 설비와 웨이퍼 두 장을 이어 붙이는 웨이퍼 본딩 인프라 등을 도입할 계획이다.

전영현 부회장은 기념사를 통해 "NRD-K를 통해 차세대 반도체 기술의 근원적 연구부터 제품 양산에 이르는 선순환 체계 확립으로 개발 속도를 획기적으로 개선해 나갈 것"이라며 "삼성전자 반도체 50년의 역사가 시작된 기흥에서 재도약의 발판을 다져 새로운 100년의 미래를 만들겠다"고 밝혔다.

이번 기흥캠퍼스 내 차세대 R&D단지 투자는 삼성전자 반도체 사업의 산실에 미래 경쟁력의 초석을 다진다는 점에서 상징적인 의미가 깊다. 삼성 기흥캠퍼스는 삼성전자의 글로벌 메모리 1위 도약이 시작된 태동지다. 삼성전자는 1983년 2월 도쿄선언 이후 9월 양산라인 착공을 시작으로 첨단 VLSI급 반도체 사업을 시작했으며 ▲1992년 세계 최초 64M D램 개발 ▲1992년 D램 시장 1위 달성 ▲1993년 메모리반도체 분야 30년 1위 초석 다지기 등의 성과를 냈다.

전기차도 배터리도 핵심은 '안전'…배터리관리·분석 칩 경쟁 가속

전기차 시장의 수요가 둔화된 가운데, 잇따른 배터리 화재가 발생하면서 안전에 대한 경각심이 높아지고 있다. 이에 따라 배터리의 온도 및 안전성을 점검하는 반도체 칩에 대한 요구가 확대되면서 이를 개발해 관련 주도권을 쥐려는 기업도 늘어나는 추세다. 국내 배터리 3사가 삼원계 중심 배터리 로드맵을 지속하는 만큼, 이 시장 수요를 노린 글로벌 칩 설계 기업(팹리스) 간 배터리관리시스템(BMS) 경쟁이 치열해질 전망이다.

미국 아나로그디바이스(ADI)와 텍사스인스트루먼츠(TI)가 관련 시장의 주도권을 우선적으로 잡은 가운데, 이 시장에 진출하려는 국내 팹리스가 어떤 성과를 거둘지도 관심이다. 현재 오토실리콘이 배터리관리칩(BMIC)과 배터리분석칩(BDIC)을 개발하며 관련 시장 진출에 나선 상황이다.

현재 BMS에 탑재되는 배터리관리칩(BMIC)을 주력으로 공급하는 업체는 아나로그디바이스(ADI), 텍사스인스트루먼츠(TI), 네덜란드 NXP 등 레거시 종합반도체기업(IDM)이다. 기존에 갖춘 전력관리반도체(PMIC) 설계 역량을 기반으로 배터리 3사를 비롯한 고객사에 BMIC 칩을 납품하고 있다.

이중 ADI는 지난 6월 LG에너지솔루션과 BMS 기술 공동 개발을 위한 업무협약을 체결하며 관련 시장 선점 속도를 높이고 있다. ADI는 LG에너지솔루션이 보유한 배터리 제조·BMS 역량과 자사의 임피던스 측정 기술을 결합해 배터리 관리 통합 솔루션(BMTS)을 구현하겠다는 목표를 내건 바 있다.

국내에서는 오토실리콘이 BMIC 개발과 고도화에 주력하고 있다. 오토실리콘은 자동차용 애플리케이션프로세서(AP) 팹리스인 텔레칩스와 마이크로컨트롤러유닛(MCU)·PMIC 전문 팹리스 어보브반도체가 2018년 합작해 설립한 회사다. 오토실리콘은 지난 2022년 SK온과 함께 BMIC를 공동 개발하는 성과를 거둔 바 있고, 최근에는 화재 예방 성능 확보를 위한 BMIC의 고도화를 위한 차세대 칩 개발에 매진하고 있는 것으로 알려졌다.

엔비디아 GPU 줄줄이 밀리나…우려 커지는 HBM3E '수요 불균형'

엔비디아의 차세대 GPU 블랙웰(BackWell) 시리즈 출시가 연기될 가능성이 제기되면서 메모리 업계도 촉각을 세우고 있다. 블랙웰 이후 계획된 GPU 루빈(Rubin) 등 전체 로드맵 조정으로 이어질 수 있다는 것을 의미하기 때문이다. 메모리 기업으로선 단기 수익성 부터 기술 개발 로드맵까지 연쇄적인 영향을 미칠 수 있다.

20일 반도체 업계에 따르면 최근 엔비디아의 차세대 GPU(그래픽처리 장치) 블랙웰이 72개 탑재된 서버에서 과열 문제가 발생한 것으로 전해진다. 서버를 적재하는 선반인 랙에 연결하는 과정에서 온도가 지나치게 상승해 성능 저하와 부품 손상 가능성이 제기된 것.

IT 전문매체 디인포메이션은 "엔비디아가 이 문제를 아직 고객사에 공지하지 않았지만, 서버 랙 제조업체들은 최악의 경우 내년 6월 말에나 제품 공급이 가능할 것으로 보고 있다"고 전했다. 이로 인해 엔비디아는 서버 랙 설계를 여러 차례 재검토한 것으로 알려졌다.

엔비디아는 차세대 GPU 블랙웰을 당초 올해 2분기 출시를 목표로 했지만, 생산 과정에서 결함이 발견되면서 출시 일정이 4분기로 연기된 바 있다. 여기에 이번 과열 문제가 겹치면서 출시가 추가로 지연된다면, 시장 판도가 바뀔 가능성도 배제할 수 없는 상황이다.

이번 블랙웰 시리즈의 발열 문제는 패키징 기술의 한계와 밀접한 연관이 있는 것으로 파악된다. 익명을 요구한 한 반도체 업계 관계자 "블랙웰 출시가 지연되는 배경으로 TSMC의 CoWoS-L 패키징 기술 난이도가 지목되고 있다"고 밝혔다.

TSMC가 사용하는 CoWoS-L은 2.5D 패키징 기술 라인업 중 하나다. 기존이 주로 사용되던 CoWoS-S는 실리콘 인터포저를 활용해 HBM과 GPU를 기판에 연결하는 방식이지만, CoWoS-L은 RDL(재배선층)을 기반으로 로컬 실리콘 인터포저를 연결 단자로 사용하는 방식을 채택했다. 이는 비용 절감을 목표로 한 혁신적 기술이지만, 높은 기술적 난이도로 인해 TSMC조차 안정적 대량 생산에 어려움을 겪고 있는 것으로 알려졌다.

연기 가능성에 메모리 업계도 촉각을 세우고 있다. 블랙웰 시리즈는 HBM3E의 주요 수요처로 꼽히는 만큼 출시 일정의 변화는 메모리 제조사들의 공급망과 수익성에 즉각적인 영향을 미칠 가능성이 크기 때문이다.

SK하이닉스, 세계 최초 '321단 낸드' 양산 돌입…기술 우위 증명

SK하이닉스(대표 곽노정)가 321단 1Tb TLC 4D 낸드 플래시의 양산을 시작하며 또다시 글로벌 메모리 시장에서 기술 우위를 증명했다. 이로써 SK하이닉스는 지난해 238단 낸드에 이어 300단을 넘어서는 세계 최고층 낸드플래시도 가장 먼저 상용화하는 기록을 세웠다.

SK하이닉스는 21일 "내년 상반기부터 321단 제품을 고객사에 공급해 시장의 요구에 대응할 것"이라며 "당사의 첨단 공정 기술로 생산 효율을 크게 개선했고, 차세대 AI 스토리지 시장에서도 강력한 입지를 확보할 것"이라고 밝혔다.

321단 낸드는 기존 238단 제품보다 데이터 전송 속도가 12%, 읽기 성능이 13% 개선됐다. 데이터 읽기 전력 효율 역시 10% 이상 높아져 전력 소모가 중요한 AI 기반 데이터센터나 모바일 기기에 적합한 제품으로 주목받고 있다. SK하이닉스는 이번 제품 개발을 통해 단순히 층수를 늘리는 데 그치지 않고 성능과 효율성까지 획기적으로 향상시켰다고 강조했다.

특히 생산 효율을 극대화한 '3-플러그' 공정 기술이 주목된다. 기존 공정의 한계를 넘기 위해 세 번의 플러그 공정을 나눠 진행하고, 플러그 간 정렬 보정 기술과 저변형 소재를 새롭게 도입해 생산성을 59% 끌어올렸다. 이를 통해 양산 공정의 안정성을 확보하면서도 기존 238단 플랫폼을 그대로 활용해 비용 절감까지 실현했다.

SK하이닉스는 이번 321단 낸드를 통해 AI 스토리지 시장에서의 경쟁력을 강화한다는 전략이다. AI 데이터센터용 SSD와 온디바이스 AI에 적합한 저전력·고성능 낸드플래시는 시장 확장성을 더욱 키울 것으로 기대된다.

엔비디아, 3Q도 '깜짝 실적' 매출 351억달러…AI 반도체 지배력 입증

엔비디아가 3분기에도 예상치를 크게 뛰어넘는 실적을 기록, AI 반도체 시장 지배력을 입증했다.

21일 엔비디아는 3분기(8~10월) 매출 350억8000만 달러를 기록하며, 전문가 예상치(331억6000만 달러)를 크게 상회했다. 이는 전년 대비 94% 증가한 수치로, AI 수요 급증의 수혜를 여실히 보여줬다. 주당 순이익 또한 0.81달러로 전망치(0.75달러)를 웃돌았다.

데이터 센터 사업이 실적을 견인했다. 이 부문 매출은 308억 달러로 전년 동기 대비 112% 증가했으며, 시장조사 업체 스트리트어카운트 예상치(288억2000만 달러)를 초과했다. 엔비디아는 블랙웰(Blackwell) GPU 공급을 본격화하며 고객들의 데이터센터 구축 수요를 적극적으로 흡수하고 있다.

젠슨 황 엔비디아 CEO는 "블랙웰은 이미 모든 주요 고객들의 손에 전달됐다"라며 차세대 AI 칩의 빠른 시장 진입을 강조했다. 콜레트 크레스 CFO는 "현재까지 1만3000개 이상의 블랙웰 샘플이 고객사에 공급됐다"며 "4분기 블랙웰 매출이 수십억 달러에 달할 것으로 예상된다"고 밝혔다.

H200 GPU의 판매 증가도 실적 호조에 힘을 보탰다. 엔비디아는 마이크로소프트, 오라클, 오픈AI 등 주요 파트너와 협력을 강화하며 데이터센터 시장에서 영향력을 확대하고 있다.

그러나 뛰어난 실적에도 불구하고 엔비디아의 주가는 하락세를 보였다. 20일(현지시간) 뉴욕증시에서 엔비디아 주가는 0.76% 하락 마감했으며, 시간 외 거래에서는 한때 3% 넘게 하락했다가 낙폭을 1%대로 좁혔다.

‘엣지 AI 시대’ 연다 …TI, ‘신규 MCU’ 실시간 제어 AI 최초 도입

“마이크로컨트롤러유닛(MCU)에 신경망제어유닛(NPU)을 도입하게 되면 엣지 측면에서 데이터를 충분히 활용한 의사결정이 가능하다. 패키지 크기를 줄이면서도 시스템 전반적인 전력 효율성을 높일 수도 있다. 성능뿐만 아니라 비용적인 면에서도 이점이 있다. 실시간 제어에 AI를 접목한 최초 MCU 출시를 계기로 업계가 나아가고자 하는 방향을 제시했다.”

올리비에 모니에 텍사스 인스트루먼트(TI) 산업 애플리케이션용 마이크로컨트롤러 부문 제품 마케팅 매니저는 21일 진행한 신규 MCU 브리핑에서 업계 최초로 실시간 제어 MCU 포트폴리오 중 최초로 NPU를 도입해 엣지 AI 실현이 가능한 MCU 출시와 관련해 이같이 말했다.

모니에 매니저는 “TI는 MCU 분야에서 실시간 제어 기능을 특징으로 한 제품을 25년 이상 고객사에 공급하고 있다”라며, “고객사 요구에 따라 엣지 AI 기능을 추가해 최초 NPU가 도입된 MCU를 내놓게 됐다. 고객사들로부터 엣지 AI를 활용한 예측유지보수 사례가 많아질 것으로 예상하고 있다”고 강조했다.

이날 TI코리아는 신규 실시간 마이크로컨트롤러(MCU) 시리즈 2종을 발표했다. 먼저, TMS320F28P55x 시리즈 C2000 MCU는 신경 처리 장치(NPU)를 통합한 업계 최초의 실시간 MCU 포트폴리오로, 높은 정확도와 짧은 지연 시간으로 결함을 감지할 수 있다. 또 다른 제품인 F29H85x 시리즈는 TI의 새로운 64비트 C29 디지털 신호 프로세서 (DSP) 코어를 기반으로 안전 및 보안 기능을 강화한 고급 아키텍처를 제공한다.

아미카이 론(Amichai Ron) TI 임베디드 프로세싱 분야의 수석 부사장은 "에너지 효율이 높고 더 빠른 의사 결정을 내릴 수 있는 자동차 및 산업용 애플리케이션 설계에 대한 요구가 높아지면서, 확장 가능한 처리 성능과 메모리, 온칩 안전 및 보안 기능에 대한 필요성이 커지고 있다”라며, "새롭게 출시된C2000 포트폴리오가 지원하는 향상된 실시간 제어 및 엣지 AI 성능을 바탕으로 엔지니어들은 보다 복잡한 문제를 해결하고 더욱 높은 수준의 시스템 효율성, 안전성, 지속가능성을 달성하도록 지원할 수 있게 될 것이다"라고 말했다.

권석준 성균관대 교수 "韓 반도체 패키징 '반쪽'…'소재·물성' 문제해결해 주도권 잡아야"

"한국은 패키징 분야에 있어서는 반쪽짜리에 불과하다. 소재·물성 문제를 해결하는 등 패키징 분야의 단점을 극복할 수있는 전략을 찾으면 고성능 반도체 시장에서 주도권을 잡을 수 있다."

권석준 성균관대 화학공학부·반도체융합공학과 교수는 21일 오후 1시부터 서울 여의도 전경련회관 FKI 타워 컨퍼런스센터 3층 다이아몬드홀에서 개최된 ‘제2회 DIC(DigitalDaily Industry Conference) 2024’에서 '첨단 반도체 생산 경쟁력 강화를 위한 패키징 기술 전략'을 주제로 기조연설에 나서 이같이 말했다.

권 교수는 서두에서 한국 반도체 산업 현황에 대해 "한국은 반도체 산업에서 강국임을 자부하고 있다. 이 같은 명성과는 무색하게 반도체 후공정, 특히 패키징 분야에서 기술력 경쟁력이 약화되고 있다"고 짚으면서, 변화하고 있는 반도체 제조업 구도에 대해 설명했다.

전통적인 반도체 제조업 구도는 전공정과 후공정으로 구성돼 있었으며, 구도 구분이 비교적 용이했다. 그러나 고성능 반도체 제조 공정은 전·후 공정 구분이 어려울 뿐 아니라 무의미해졌다. 범용이 아닌 맞춤형 반도체 제조를 일괄 공정으로 한 번에 할 수 없게 됐다는 것.

이는 반도체 집적회로 성능이 약 2년마다 2배로 증가한다는 '무어의 법칙'이 예상한 것보다 패키징 발전이 빠르게 도래한 것이다. 권 교수는 "5~10년 안에 첨단 패키징 분야에서 소재나 구조, 혹은 다른 연결 방식에서 혁신이 일어날 것"이라고 말했다.

장용재 퀄컴 전무 “스냅드래곤 오토모티브 확장…’생성형AI’ 사업기회 명확”

“피처폰에서 스마트폰으로 전환하는 것과 유사하다. 자동차는 모든 미래 기술들이 수렴되는 곳이다. 퀄컴은 자동차를 더 안전하계 설계하기 위한 모든 준비를 끝냈다. 보행자뿐만 아니라 자동차간에도 안전한 주행을 목표로 하고 있다. 또한 생성형 AI의 도입을 통해 보다 큰 사업 기회가 찾아올 것으로 기대하고 있다.”

장용재 퀄컴 CDMA테크날러지스 코리아 전무는 21일 오후 1시부터 서울 여의도 전경련회관 FKI 타워 컨퍼런스센터 3층 다이아몬드홀에서 개최된 ‘제2회 DIC(DigitalDaily Industry Conference) 2024’에서 ‘스냅드래곤 오토모티브 스냅드래곤 디지털 섀시’를 주제로 이같이 강조했다.

퀄컴은 지난 20년 동안 자동차를 연결하고, 그 후 실내 경험을 더욱 몰입감 있게 만들었으며, 안전을 최우선으로 해 점점 더 많은 보조 및 자동화 주행 기능을 설계해 왔다.

장 전무는 스냅드래곤 디지털 섀시에 대한 총체적인 밑그림을 설명했다. 자동차 제조사들이 모든 차량 등급에서 차별화된 소비자 경험을 창출하고, 이를 시장에 출시하며, 필요에 따라 또는 소비자의 요구에 따라 업그레이드할 수 있도록 지원한다는 점을 보다 강조했다.

그는 “디지털 섀시는 스냅드래곤 자동차 연결 포트폴리오, 콕핏 포트폴리오, 라이드 및 차량-클라우드(Car-to-Cloud) 플랫폼을 포함하고 있다”라며, “안전성을 기반으로 설계됐고, 기술 발전에 맞춰 차량이 진화할 수 있기 때문에 스마트폰과 비슷하다고 말할 수 있다”고 말했다.

최근 퀄컴은 오토모티브 시장 공략에 매진하고 있다. 지난 10월 미국 와일레아 비치 리조트 메리어트에서 열린 스냅드래곤 서밋 2024에서 신규 스냅드래곤 디지털 섀시인 ‘스냅드래곤 콕핏 엘리트’와 ‘스냅드래곤 라이드 엘리트’를 공개하기도 했다. 특히, 이번 플랫폼은 2021년 퀄컴이 누비아를 인수한 이후 자체 설계한 ‘오라이온 CPU’를 기반으로 해 전장용으로 확장한 사례다.

이현성 코닝 "유리기판 AI 필수소재…2㎛ 두께도 생산⋅관리 완벽"

"코닝의 생산 방식으로 유리의 두께를 최대 2마이크로미터(㎛) 이내로 관리될 수 있습니다. 아직 유리 기판 상용화엔 넘어야 할 과제들이 많이 남아 있지만, 코닝의 연구 및 개발 경험과 생산능력이 상용화에 큰 원동력이 될 겁니다."

이현성 한국코닝 팀장은 21일 서울 여의도 전경련회관 FKI 타워 컨퍼런스센터 3층 다이아몬드홀에서 개최된 '제2회 DIC(DigitalDaily Industry Conference) 2024'에서 '첨단 패키징 및 글래스 코어를 중심으로 한 반도체 산업'을 주제로 발표하며 이같이 밝혔다.

코닝은 170년이 넘는 역사를 가진 글로벌 소재 기업으로, 반도체 제조 공정 전반에서 필요한 재료, 부품, 검사장비 솔루션을 제공하고 있다. 코닝 첨단 광학 사업부는 반도체, 특질 유리 및 세라믹, 항공우주, 방위산업에 이르는 첨단 기술을 보유하고 있다.

반도체 기술 및 솔루션 기술은 크게 ▲리소그래피피광학재료 ▲ 검사사 측정 장비 ▲ 첨단 패키징 및 웨이퍼 등 3가지 주요 제품군을 나뉜다. 이중 최근 반도체 업계에서 주목받고 있는 유리기판판 기술은 '첨단패키징'제품군에 속한다.

유리기판은 기존에 사용되던 유기 기판과 비교해 표면이 매끄럽고 미세하게 회로를 새길수 있다는 특징을 갖고 있다. 또한 전기 신호 손실이 및 열에 의한 변형이 작아 AI 시대에 적합한 고성능 반도체 패키징 소재로 주목받고 있다.

이 팀장은 "유리 캐리어는 반도체 제조 과정에서 사용되는 실리콘이나 금속 캐리어에 대한 훌륭한 대안을 제공하는 여러 가지 이점이 있다"라며 "놀라울 정도로 일관된 열팽창계수(CTE)를가지고 있어, CTE 불일치로 인한 공정 중 휨 현상이 훨씬 적다"라고 설명했다.

어플라이드 "하이브리드 본딩·신소재 경쟁력 보유…3D AI칩·메모리 구현"

어플라이드 머티어리얼즈(이하 AMAT)가 후면전력공급 및 차세대 고대역폭메모리(HBM) 및 3차원(3D) AI반도체 구현을 위한 기술을 확보했다. 이는 퓨전 본딩과 하이브리드 본딩 기술로, 반도체 미세화의 한계를 돌파할 수 있는 키 팩터(Key Factor)가 될 것으로 전망된다. 아울러 차세대 D램 구조인 '3D D램'을 구현한 4가지 핵심 소재·식각 기술에 대해서도 공개했다.

라그하브 스리니바산(Raghav Sreenivasan) 어플라이드 머티어리얼즈 시니어 디렉터는 21일 오후 1시부터 서울 여의도 전경련회관 FKI 타워 컨퍼런스센터 3층 다이아몬드홀에서 개최된 ‘제2회 DIC(DigitalDaily Industry Conference) 2024’에서 "기존 반도체 시장의 당면 과제는 인공지능(AI) 시대로 접어들면서 급격히 커진 전력 소모량을 절감하고, 기존 이상의 고성능을 구현하는 것"이라며 "이를 해결하려면 칩 미세화보다 효율성이 높은 온칩 인터커넥트 효율화와 칩 크기의 한계를 뛰어넘어야 한다"고 강조했다.

기존 반도체 시장은 칩 내 트랜지스터 크기를 줄이면서도 밀집도를 늘려 고성능·저전력을 구현해왔다. 하지만 노광 기술 및 칩 물리적 크기 문제로 이 방식의 한계에 다다른 상황이며, 이에 따라 트랜지스터 미세화 외의 접근 방식이 필요해졌다. 이를 해결할 수 있는 가장 큰 대안으로 꼽히는 것이 첨단 패키징 기술이다.

우선 AMAT는 새로운 혁신을 가져다 줄 첨단 패키징 기술로 후면전력공급(BSPDN)을 꼽았다. BSPDN은 칩 내부에 있는 전력 회로(Layer)를 웨이퍼 뒷단으로 분리하는 기술이다. 면적을 크게 줄이고 전력 효율을 크게 높일 것으로 기대받는다.

스리니바산 디렉터는 "이때 옥사이드(Oxide)층과 웨이퍼를 결합하는 퓨전 본딩 기술이 중요하다. 이를 활용해야만 BSPDN 구현이 가능해지는 것"이라며 "이와 함께 높은 수준의 노광 공정이 병행되면 정밀한 전력 공급 연결 커넥션을 만들 수 있는 발판이 마련될 것"이라고 말했다.

패키징 분야의 혁신 기술로 꼽히는 하이브리드 본딩에 대한 중요성도 강조했다. 하이브리드 본딩은 칩과 기판, 칩과 칩을 접합할 때 별도의 범프(연결 단자, Bump) 없이 직접 붙이는 패키징 기술이다. 전기적 통로 역할을 하는 칩의 구리 부분을 직접 붙이기 때문에 '다이렉트 본딩'이라고도 불린다.

김종헌 네패스 “FO 패키징 ‘생산증가 원가절감’…韓 디자인-패키징 공급망 강화해야”

“AI 시대의 반도체 생산을 위한 패키징 역시 생산능력을 높이기 위한 노력이 지속되고 있다. 네패스는 실리콘 인터포저 대비 팬아웃(FO) 패키징 기술을 통해 생산성뿐만 아니라 원가경쟁력도 가져갈 수 있도록 노력하고 있다. 2.5D 패키징을 커버하고 여러가지 칩들을 한 패키지 안에 넣을 수 있는 기술 등 투트랙으로 여러 서비스를 제공하고자 한다.”

김종헌 네패스 기술개발본부장은 21일 오후 1시부터 서울 여의도 전경련회관 FKI 타워 컨퍼런스센터 3층 다이아몬드홀에서 개최된 ‘제2회 DIC(DigitalDaily Industry Conference) 2024’에서 ‘고성능 제품에서 첨단 패키징 기술의 동향과 역할’을 주제로 네패스의 경쟁력과 관련해 이같이 말했다.

김 본부장은 “현재 반도체 시장은 전략이 아니라 전쟁과 같은 양상이며, 자국화되고 있기 때문에 우리가 잘할 수 있는 것에 집중해야 한다”라며, “첨단 패키징 분야 역시 마찬가지”라고 운을 땠다.

그는 무어의 법칙을 따르기엔 부담감이 상당하다고 지적했다. 2년마다 2배의 스케일링을 따라가야 하는 무어의 법칙의 곡선이 꺾였다는 것. 기존 칩을 디자인해서 잘 동작하는지 알기 위해서는 약 5억불이 필요했다. 또 웨이퍼 하나를 만들기 위해서는 3~4천만원이 필요하다. 비용적인 면도 그렇지만 제조적 어려움과 긴 개발기간이 발목을 잡는다.

김 본부장은 “물리적인 한계와 제조적인 어려움과 원가 절감을 위해서 패키징에서 그 해답을 찾는 것”이라며, “기존 SoC를 구성하는데 있어 최선단의 부분이 있다면 이를 따라가야 하는데, 현재는 기능별로 쪼개서 어려운 건 어렵게, 쉬운 건 쉬운 공정을 도입해 분할한 후 다시 결합시키는 칩렛이 부상하고 있다”고 말했다.

김양팽 산업연구원 "韓 패키징 투자, 경쟁국 대비 적다"…국가 대항전 '점입가경'

첨단 패키징 분야가 향후 차세대 반도체 시장을 주도하게 되면서 이에 대한 적극적인 지원이 필요하다는 조언이 나왔다. 미국을 비롯한 일본, 중국, 대만 등 반도체 주요 제조국이 막대한 투자를 지원하고 있는 만큼, 이에 대항할 국가적 차원의 관심이 필요하다는 것이 주된 골자다.

김양팽 산업연구원 신산업실 전문연구원은 21일 오후 1시부터 서울 여의도 전경련회관 FKI 타워 컨퍼런스센터 3층 다이아몬드홀에서 개최된 ‘제2회 DIC(DigitalDaily Industry Conference) 2024’에서 "기존 반도체 시장에는 주문자표시생산(OEM)·제조자개발생산(ODM)의 개념이 없었지만, 어떻게 효율적으로 경쟁할 것인가가 중요해지며 새로운 사업 모델이 떠올랐다"며 "이 발상으로 나온 것이 위탁생산(Foundry) 개념"이라고 운을 뗐다.

그러면서 "원래는 파운드리에서 큰 수익을 낼 수 있다는 기대가 없었지만, 코로나19바이러스 팬데믹으로 전환의 국면을 맞았다. 반도체 공급에 차질이 생기며 미국의 주요 산업인 자동차 생산이 멈추게 된 것"이라며 "그 이후 반도체 제조를 직접 자국에서 진행하겠다는 기업이 수없이 늘어났다"고 덧붙였다.

지난 2021년 시작된 차량용 반도체 공급난으로 미국 자동차 기업에 비상이 걸리는 이례적인 사건이 발생했고, 그 이후 반도체 제조망을 자국으로 끌어들이는 현상이 늘어났다. 이에 따라 미국을 시작으로 반도체 생산 공장을 자국에 짓는 기업에 보조금을 지원하는 사례가 늘기 시작했고, 유럽연합(EU)과 일본 등이 이에 가담하며 국가 대항전 양상이 만들어지게 된 것이다.

다만 당시에는 첨단 패키징에 관심도가 비교적 높지 않았다. 그러다 미국이 2022년 발표한 반도체와 과학법(Chips ACT, 이하 칩스법) 이후 첨단 패키징 주도권을 잡기 위한 경쟁에 불이 붙기 시작했다.

김 연구원은 "미국이 (칩스법 발표 이후) 국립반도체기술센터(NSTC)를 설립하겠다고 나섰고, 국가 반도체 첨단 패키징 제조 프로그램을 가동했다. 특히 이 프로그램에만 16억달러(한화 약 2조2300억원)를 쏟아붓겠다고 나선 상황"이라고 했다.

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