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

양산 준비 마친 韓 AI 팹리스, 시험대 오른다…고객사 확보가 과제

인공지능(AI) 가속기를 주력으로 개발하는 국내 반도체 팹리스들이 잇따라 주력 제품 양산에 돌입하면서 글로벌 시장 진입을 목전에 뒀다. 업계에서는 AI칩 시장 성장에 따라 관련 경쟁이 치열해지는 만큼, 주요 빅테크 등 고객사를 빠르게 확보하느냐를 과제로 꼽는 모습이다.

업계에 따르면 최근 리벨리온은 AI가속기 칩인 '아톰(ATOM)'을 양산하고 고객사와 기술검증(PoC)에 돌입했다. 아톰은 5나노미터(㎚) 공정을 기반으로 제작된 서버용 AI칩으로 컴퓨터 비전과 자연어 처리 등 특정 영역에 특화됐다. 메모리는 그래픽DDR(GDDR)을 채택했으며, 최신 인터페이스 표준인 PCIe 5.0을 지원한다.

리벨리온은 아톰을 중동 시장에 공급하는 등 조금씩 성과를 내고 있다. 지난 7월 200억원 규모의 투자를 받은 사우디아라비아 국영 기업 아람코로부터 관련 발주를 받았으며, 하반기 대량 수주를 위한 논의를 이어가는 것으로 알려졌다. 중동 시장이 미국의 첨단 칩 수출 규제와 보안상 이유로 미국 기업의 칩을 택하기 어려운 점을 고려해 틈새시장을 공략한 것이다.

올해 연말에는 차세대 제품인 '리벨(REBEL)'이 양산될 예정이다. 리벨은 삼성전자 파운드리 4나노 공정과 2.5D 패키지인 아이큐브(I-Cube)를 기반으로 생산되며, 5세대 고대역폭메모리(HBM3E)가 탑재된다. 전작 대비 대역폭이 늘어난 만큼 더 빠른 데이터 처리가 가능해 초거대언어모델(LLM) 등을 구축하는 데이터센터에 적용될 것으로 예상된다.

또다른 AI칩 기업인 퓨리오사AI는 올해 2분기 양산한 2세대 칩 '레니게이드(RNGD)'의 본격적인 해외 판촉에 나섰다. 지난 26일(현지시간)에는 미국에서 열린 '핫 칩(Hot Chips 2024)' 컨퍼런스에 참가해 레니게이드의 성능과 라이브 데모 등을 공개하기도 했다. 레니게이드는 48GB의 HBM3를 탑재한 TCP 기반 AI가속기로 라마 3.1 등 LLM 추론을 실행하기 위해 제작된 칩이다.

온디바이스AI 영역을 주력으로 한 딥엑스도 1세대 칩 양산을 앞뒀다. 딥엑스는 비전·보안카메라에 특화된 AI칩 'DX-M1' 양산을 위해 삼성 파운드리 디자인솔루션파트너(DSP)인 가온칩스와 계약을 체결한 바 있다. 아직 관련 시장이 여물지 않은 만큼, 초기 시장에 진입해 성과를 창출하겠다는 목표다. 딥엑스의 칩은 중국, 대만의 AI 영상처리장치(NVR)·공장 자동화·엣지 서버 등의 고객사로부터 긍정적인 평가를 받는 것으로 전해진다.

롯데EM, 엔비디아향 '초저조도 동박' 퀄테스트 통과…공급 임박

롯데에너지머티리얼즈가 엔비디아의 차세대 AI 가속기에 사용될 '초저조도 동박(HVLP⋅High Volume Low Profile)'의 최종 퀄리티 테스트를 통과하면서, 본격적인 공급이 임박했다.

3일 관련 업계에 따르면, 롯데에너지머티리얼즈는 국내 주요 CCL(동박적층판) 제조사로부터 차세대 AI 가속기 모델에 사용될 4세대 HVLP 동박의 최종 퀄리티 테스트를 성공적으로 마친 것으로 전해졌다.

HVLP 동박은 전자 제품에서 신호 손실을 최소화하기 위해 표면의 거칠기를 0.6마이크로미터(㎛) 이하로 낮춘 고급 동박이다.

CCL은 HVLP 동박을 기판에 부착한 형태로, 전자기기의 회로를 구성하는 데 필수적인 부품이다. 특히, AI 가속기나 5G 통신장비 등에 있어 신호 손실을 줄이는 것이 성능 향상에 결정적이기 때문에 HVLP 동박의 중요성은 날로 커지고 있다.

이 기업은 지난해 엔비디아에 처음으로 CCL을 공급하기 시작했다. 초기에는 그래픽처리장치(GPU) H100, H200 모델에 적용됐는데, 당시 엔비디아는 대만의 엘리트머티리얼즈(EMC)와 두산전자 CCL을 동시에 공급받는 듀얼 벤더 체제를 유지했다.

하지만 올해 4분기에 출시 예정인 AI 가속기 '블랙웰 시리즈(B100)'부터는 이 기업을 '솔벤더(sole vendor)'로 지정, 전량을 공급받기로 결정한 것으로 전해졌다. B100은 이전 모델인 H200 대비 성능이 2배가량 향상된 제품으로 알려져 있으며, 이는 엔비디아의 차세대 AI 가속기 시장에서 큰 기대를 모으고 있다.

롯데에너지머티리얼즈가 이번에 공급하는 HVLP 동박은 블랙웰 B100의 후속 모델에 적용될 예정이다. 이 HVLP 동박은 4세대 제품으로, 이전 세대의 HVLP 1세대~3세대의 기술적 한계를 뛰어넘는 성능을 제공한다.

현재 사용되고 있는 AI 가속기용 네트워크 동박은 HVLP 3세대 이하의 모델에 한정되며, 4세대 동박은 성능과 효율성에서 획기적인 발전을 이뤘다고 평가된다. 롯데에너지머티리얼즈는 4세대 HVLP 다음인 5, 6세대 HVLP 또한 개발을 완료해 고객사와 퀄테스트를 진행 중인 것으로 파악된다.

이와 관련해 롯데에너지머티리얼즈 관계자는 "고객사 관련한 내용은 확인이 어렵다"라고 답했다.

SK하이닉스 "HBM4 16단, 하이브리드·MR-MUF 모두 준비 중"

SK하이닉스가 6세대 고대역폭메모리(HBM) 제품인 16단 HBM4에 기존 주력 기술인 어드밴스드 매스리플로우몰디드언더필(MR-MUF)과 하이브리드 본딩 기술을 함께 개발할 것을 시사했다. 하이브리드 본딩 적용 가능성이 아직 불확실한 만큼, 양 기술을 모두 확보해 16단 제품을 적기 개발하겠다는 목표다.

이강욱 SK하이닉스 PKG개발담당 부사장은 3일 대만에서 열린 '세미콘 타이완 2024'에서 "SK하이닉스는 HBM4 및 이후 세대 제품 개발을 준비하고 있으며, 대역폭, 용량, 에너지 효율 측면에서의 기술적 난제들을 해결하기 위해 2.5D 및 3D 시스템인패키지(SiP) 등을 포함 다양한 대응 방안을 검토하고 있다"고 밝혔다.

이 부사장은 "HBM4E 부터는 커스텀(Custom) 성격이 강해질 것으로 예상돼 다양한 고객 요구에 효율적으로 대응하기 위한 생태계 구축 관점에서도 글로벌 파트너들과의 협력을 강화해 가고 있다"고 전했다.

HBM은 D램 여러개를 실리콘관통전극(TSV) 기술로 수직적층한 메모리 패키지 제품으로, 데이터가 이동하는 통로를 늘려 대역폭을 크게 높였다. 이러한 특성에 따라 인공지능(AI)과 같은 대규모 데이터 처리를 요하는 데이터센터향 수요가 증가하고 있으며, 더욱 큰 대역폭과 처리 성능 향상을 위한 차세대 제품이 개발되고 있다.

HBM의 최대 개발 난제는 D램 적층 수 늘리기다. 초거대언어모델(LLM)의 용량 증가에 따라 HBM 성능이 높아져야 하는 반면, 표준 규격의 두께는 크게 늘지 않아 개별 D램의 두께를 최대한 얇게 만들어야 한다. 하지만 두께가 얇아지게 되면 압력과 열에 취약해져 휨 현상(Warpage)이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

하이브리드 본딩은 D램 칩을 전기적으로 연결하는 구리를 직접 연결하는 기술로 마이크로범프가 필요 없다는 점에서 이를 극복할 최선의 방안으로 꼽힌다. 범프가 없는 만큼 D램 간 간격을 줄여 패키지 두께를 얇게 만들 수 있고 최대 온도도 낮춰 열 방출 측면의 이점을 가질 수 있다. 다만 높은 전기 연결 접합부의 평탄화 난이도와 무수히 발생하는 이물질(Particle) 문제로 HBM용으로는 상용화되지 못한 상황이다.

이 부사장은 기존의 활용해 온 어드밴스드 MR-MUF의 이점을 강조하며 "MR-MUF 기술은 낮은 본딩 압력·온도 적용과 일괄 열처리가 가능해 생산성과 신뢰성 측면에서 타 공정 대비 유리하다"며 "높은 열전도 특성을 갖는 Gap-Fill 물질 및 높은 밀도의 메탈 범프 형성이 가능해 타 공정 대비 열 방출 면에서 30% 이상의 성능 장점이 있다"고 설명했다.

이어 그는 "SK하이닉스는 HBM3와 3E 8단 제품에 MR-MUF, 12단 제품에 어드밴스드 MR-MUF기술을 적용해 양산을 하고 있으며, 내년 하반기 출하 예정인 HBM4 12단 제품에도 어드밴스드 MR-MUF를 적용해 양산할 계획"이라며 "16단 제품을 위해 어드밴스드 MR-MUF와 하이브리드 본딩 방식 모두에 대한 준비를 하고 있으며, 고객 니즈에 부합하는 최적의 방식을 선택할 계획"이라고 강조했다.

한미반도체, '7세대 뉴 마이크로쏘 & 비전 플레이스먼트' 공개

한미반도체가 대만 타이페이에서 열리는 '2024 세미콘 타이완 전시회'에 획기적으로 성능을 향상시킨 '7세대 뉴 마이크로 쏘 & 비전 플레이스먼트 6.0 그리핀 (micro SAW & VISION PLACEMENT 6.0 GRIFFIN)'을 처음으로 선보이며 공식 스폰서로 참가한다.

4일 한미반도체에 따르면 이번에 출시한 7세대 뉴 마이크로 쏘 & 비전 플레이스먼트는 인공지능 반도체 HBM용 TC 본더와 함께 한미반도체를 대표하는 핵심 장비이다.

1998년 출시한 1세대 모델부터 현재까지 세계 유수의 반도체 회사에 납품되며 많은 신뢰를 받고 있고, 2004년부터 작년까지 20년 연속 세계 시장 점유율 1위를 자랑하는 월드 베스트 제품으로 알려져 있다.

한미반도체 관계자는 "총 270건의 특허가 적용된 첨단기술의 집약체인 7세대 뉴 마이크로 쏘 & 비전 플레이스먼트는 이전 모델에 비해 생산성과 정밀도 향상은 물론이고, 사용자 편의와 장비 무인 자동화 기술인 블레이드 체인지 마스터 (BladeChangeMaster)와 오토 키트 체인지 (Auto Kit Change), 그리고 완전 자율 장비 셋업 (Full Self Device Setup)이 새롭게 추가되며 장비 운용에 따른 관리 비용과 부담을 획기적으로 절감했다"라고 강조했다.

'CPU→GPU' 변화에 TSMC 독주 심화...삼성, '킵고잉'⋅인텔, '전략 수정'

최근 인공지능(AI) 수요 폭발에 CPU에서 GPU로 주문 변화가 가속화하면서, 주요 파운드리 기업들이 예기치 못한 어려움에 직면하고 있다. 대만의 TSMC는 수혜를 입으며 시장의 지배력을 강화하고 있지만, 삼성전자와 인텔은 점유 확대에 어려움을 겪고 있다.

관련 업계에 따르면 중앙처리장치(CPU)는 오랜 시간 동안 컴퓨팅의 중심으로 자리 잡아왔다. 하지만 AI 및 머신러닝 기술의 급격한 발전에 따라 CPU의 한계를 드러내기 시작했다.

복잡한 연산과 대규모 병렬 처리가 요구되는 AI 작업에서는 그래픽처리장치(GPU)의 성능이 더 뛰어난 것으로 평가되기 때문이다. GPU는 원래 그래픽 처리에 특화된 칩으로 개발됐으나, AI 모델 학습과 추론 과정에서 높은 연산 능력을 발휘한다는 점에서 중요성이 주목받았다.

이에 따라 AI 사업에 집중하는 구글, 엔비디아, 아마존 등이 빅테크 기업들이 CPU보다 GPU 주문을 늘리기 시작했다. GPU의 고도화된 병렬 처리 능력이 AI 연산에 최적화돼 있어, 대규모 데이터 처리 능력이 요구되는 AI 시대에 필수적인 요소로 자리 잡았다.

AI와 GPU 수요가 폭발적으로 증가하면서, 글로벌 파운드리 시장도 변화가 나타났다. 주문이 TSMC로 쏠리고 있는 것. TSMC는 세계 최대 파운드리 업체로, 고성능 GPU를 포함한 다양한 첨단 반도체를 양산할 수 있는 기술력을 보유하고 있다.

특히 엔비디아와의 긴밀한 협력 관계는 TSMC의 입지를 더욱 공고히 했다. TSMC는 7나노미터(㎚), 5㎚ 공정 등 최첨단 공정에서 앞서나가며, 고성능 GPU 생산에서 타의 추종을 불허하는 경쟁력을 자랑하고 있다.

반면, 삼성전자와 인텔은 상대적으로 불리한 상황에 놓였다. 삼성전자는 4㎚ 공정에서 난항을 겪으면서 TSMC와의 기술 격차를 좁히지 못했고, 인텔은 자체적인 CPU 설계와 제조에 집중하느라 GPU 시장 진입이 늦어졌다. 특히 인텔의 경우, 자체적인 파운드리 사업을 강화하려 했으나 시장 점유율 확대에 어려움을 겪고 있다.

최근 인텔은 파운드리 사업 부문의 일부를 매각할 가능성이 있다는 이야기가 업계에 돌고 있다. 인텔은 파운드리 시장에서의 경쟁력 강화를 목표로 수년간 투자해 왔으나, 기대만큼의 성과를 내지 못하면서 구조조정이 필요하다는 내부 목소리가 커진 것이다.

인텔의 파운드리 부문은 특히 자회사인 IMS(인텔 모빌리티 솔루션스)의 매각 가능성이 제기되면서, 인텔이 고유의 사업 구조를 유지하기보다는 선택과 집중 전략을 통해 핵심 사업에 자원을 집중할 가능성이 높아지고 있다.

삼성전자는 인텔과 달리 파운드리 사업을 포기하기보다는 기술력 강화를 통해 TSMC와의 격차를 줄이려는 전략을 취하고 있다. 삼성전자는 최근 2nm 공정 개발에 박차를 가하고 있으며, AI 및 GPU 시장에서의 경쟁력을 높이기 위한 다양한 연구개발(R&D) 활동을 강화하고 있다. 또한, 미국 텍사스주 테일러시에 건설 중인 새로운 파운드리 공장은 첨단 반도체 생산을 위한 중요한 거점이 될 것으로 기대된다.

FC-BGA 최후발주자 LG이노텍…"DX솔루션으로 시장 판도 바꿀 것"

"LG이노텍은 FC-BGA(플립칩볼그리드어레이)에서 후발주자이기 때문에 어찌하면 빨리 캐치업(catch-up)할 수 있을지에 대한 고민을 하다가 방법론을 달리하자는 결론을 내렸다. DX(디지털전환)를 통한 차별적 주도권을 확보해 고객에 대한 눈높이를 맞출 것이다."

박광호 LG이노텍 상무는 6일 인천 송도 컨벤시아에서 열린 'KPCA Show 2024' 부대행사 국제 심포지엄에서 이와 같이 말했다. 'DX를 활용한 기판 개발' 이란 주제로 발표에 나선 박 상무는 FC-BGA시장에서 LG이노텍은 기술 경쟁력은 뒤처지는 것은 아니나 후발주자라 경쟁사들과의 레퍼런스 경쟁에서는 불리하게 작용하고 있다고 설명했다.

LG이노텍이 FC-BGA 시장에 진출을 공식화한 시기는 2022년으로 다른 경쟁사들이 20년 이상의 사업경력을 갖고 있는 것을 고려하면 최후발주자로 평가받는다.

그는 "기존에 해왔던 대로 사업 환경 구축을 위한 초계 설계 실험(DOE) 등을 하려 하니, 데이터 확보 등에서 도저히 불가능하다는 결론을 내렸다"라며 "작은 리소스(resource)로 퍼포먼스를 내는 방안을 고민하다 보니, 컴퓨터 소프트웨어를 이용하는 방법은 고안했다"라고 설명했다.

박 상무는 LG이노텍이 FC-BGA 시장에서 경쟁 우위를 점하기 위해 도입한 DX 솔루션은 크게 세 가지라고 소개했다. 구체적으로 ▲ 이노텝스(InnoTAAPs) ▲ 이노 디자인 네비게이터(InnoDesign Navigator) ▲이노 심플(InnoSimPL) 등이다.

이노텝스(InnoTAAPs)는 AI 기술을 기반으로 최신 특허 및 기술 정보를 분석하는 플랫폼이다. 이 시스템은 방대한 특허 데이터를 처리하여 고객의 미처 인식하지 못한 페인 포인트(Pain Point)를 분석하고, 이를 토대로 차별화된 기술 로드맵을 제공한다. 이 플랫폼은 R&D 방향을 제시하고, 특허 분석을 통해 고객 니즈를 예측하는 데 유용하다.

이노 디자인 네비게이터(InnoDesign Navigator)는 설계 자동화 시스템으로, 표준화된 설계 프로세스를 적용하여 다양한 고객 요구에 빠르게 대응할 수 있다. 이 시스템을 통해 설계 일정 단축과 설계 완성도를 높이는 동시에, 휴먼 에러 가능성을 크게 줄일 수 있다.

이노 심플(InnoSimPL)은 가상 검증 및 공정 예측을 자동화한 시스템으로, 개발자가 직접 시뮬레이션을 수행할 수 있게 지원한다. 이 시스템을 통해 개발 초기부터 품질을 확보하며, 최적화된 공정 조건을 빠르게 도출할 수 있다.