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>

26일 한양대HIT에서 열린 '제3회 스마트 세미컨덕터 아카데미'에서 발표하는 문기일 SK하이닉스 PKG기술개발담당 부사장

SK하이닉스 "하이브리드 본딩·3D 패키징, 미래 경쟁 핵심…간과해선 안돼"

"반도체 산업이 패키징을 기틀로 융복합화로 들어서고 있다. 국내에도 파운드리나 메모리, 종합반도체회사(IDM) 등 많은 분야의 기업이 있으나 첨단 패키징 영역에서 두각을 나타내는 회사가 얼마나 될지는 지켜봐야한다. 2.5D, 3D 패키징은 결코 간과할 문제가 아니며, 목표를 가지고 확실히 성장시키는 노력이 필요하다."

SK하이닉스가 인공지능(AI) 가속기 시장의 핵심 열쇠로 하이브리드 본딩과 첨단 패키징 기술의 발전을 꼽았다. 차세대 고대역폭메모리(HBM) 개발의 난제를 하이브리드 본딩으로 풀고, 칩렛(Chiplet)·로컬 실리콘 브릿지를 활용한 2.5D·3D 패키징 기술로 비싼 가격 및 공급 차질 문제를 해결해야 한다는 의미다. 아울러 이러한 기술 주도권을 잡기 위해 국가·기업 차원의 노력이 필요하다는 점도 강조했다.

문기일 SK하이닉스 PKG기술개발담당 부사장은 26일 서울 한양대학교 HIT에서 열린 '제3회 스마트 세미컨덕터 아카데미'의 연사로 참여해 차세대 AI가속기 개발을 위한 HBM 및 패키징 트렌드를 소개했다.

문 부사장은 "반도체 산업은 ▲2010년 이전 패키지 두께를 줄이면서도 트랜지스터 밀도를 높이는 방향 ▲2010년 이후 플립칩(Flip-Chip) 패키지 기술 한계를 극복한 실리콘관통전극(TSV) 기술 개발을 거쳐 이종접합(Heterogeneous Integration) 등으로 향하고 있다"며 "특히 칩 대형화에 따른 수율 한계·고비용 문제를 해결하기 위한 칩렛이 등장하기도 했다"고 설명했다.

칩렛(Chiplet)은 하나의 칩(Die)에 여러 기능을 구현했던 시스템온칩(SoC)을 여러 기능으로 쪼개어 다시 하나로 합친 기술이다. 기존에는 하나의 다이에 수 나노미터대의 CPU·GPU·무선주파수(RF) 통신·이미지센서 등의 기능을 구현했다면, 칩렛은 각각의 기능을 가격·성능이 최적화된 공정에서 각각 제조해 합치는 방식으로 제조한다. 인공지능(AI) 발전에 따라 고성능 반도체 칩의 수요는 급증한 반면, 집적회로의 물리적 미세화 한계로 칩 개발 비용이 늘어나면서 이같은 기술이 각광받기 시작했다.

퀄컴 스냅드래곤 디지털 섀시 솔루션에 LPDDR4X를 공급하는 삼성전자 [ⓒ삼성전자]

삼성전자, 퀄컴 차량용 솔루션에 LPDDR4X 공급…전장용 메모리 사업 확대

삼성전자가 퀄컴의 프리미엄 차량용 플랫폼 '스냅드래곤 디지털 섀시 솔루션에 탑재되는 차량용 메모리 LPDDR4X에 대한 인증을 획득하며 본격적인 제품 공급을 시작했다고 27일 밝혔다.

삼성전자는 차량용 반도체 분야에서 퀄컴과 첫 협력을 시작하며 LPDDR4X를 글로벌 완성차 및 자동차 부품 업체 등에 장기 공급할 수 있게 됐다.

삼성전자는 퀄컴 '스냅드래곤 디지털 섀시' 솔루션에 최대 32GB LPDDR4X를 공급해 프리미엄 차량용 인포테인먼트(IVI) 시스템을 지원한다. LPDDR4X는 차량용 반도체 품질 기준 'AEC-Q100'을 충족하며 영하 40℃에서 영상 105℃까지의 극한 환경에서도 안정적인 성능을 보장한다.

삼성전자는 차량용 LPDDR4X에 이어 차세대 제품인 LPDDR5를 올해 양산 예정이다. 해당 제품은 퀄컴의 차세대 '스냅드래곤 디지털 섀시'에 공급된다.

CXL 2.0 D램. [ⓒ삼성전자]

CXL 시장, 2026년 열린다…시장 선점 노리는 韓 반도체 업계

차세대 반도체 연결 프로토콜인 컴퓨트익스프레스링크(CXL) 기술의 상용화가 빠른 속도로 이뤄지고 있다. 인공지능(AI) 발전 등으로 데이터센터 내 전력·칩 등 비용이 상승하는 추세를 타면서 비용 효율화를 추진하는 글로벌 하이퍼스케일의 움직임이 확대되고 있어서다. 이르면 2026년부터 관련 시장이 확대되는 만큼, CXL 주도권을 잡기 위한 국내 반도체 업계의 움직임도 더욱 바빠지고 있다.

28일 반도체 업계에 따르면 최신 표준인 CXL 3.1은 오는 2026년부터 데이터센터 등에 실제 적용될 것으로 전망된다. CXL 3.1을 지원하는 스위치 칩과 CPU가 같은 해에 나올 것으로 관측되고 있어서다.

CXL은 핵심 프로세서와 GPU·AI가속기·메모리 등 장치를 연결하는 차세대 프로토콜이다. 기존 PCI익스프레스(PCIe)를 기반으로 하면서도 낮은 지연시간과 높은 대역폭을 제공하는 것이 특징이다. 특히 프로세서와 여러 개 메모리를 묶어 사용하는 메모리 풀링(Pooling) 기능과 데이터 이동속도를 급격히 높이고 실시간으로 여러개 자원을 활용하는 캐시 일관성(Cahce Coherency)을 제공할 수 있다. 구조적으로 보면 프로세서가 CXL 스위치를 통해 여러개의 전자장치와 연결하고 데이터를 주고 받는 형태다.

CXL 시스템을 채용하면 데이터센터 랙(Rack)의 유연성을 높아지는 점도 강점이다. CXL은 기존에 변경하기 어렵던 랙 구조 대비 자유롭게 전자장치를 교체할 수 있고, 최신 표준의 경우 여러 대 장치를 무한대로 늘릴 수 있다. 이렇게 되면 비교적 성능이 낮은 제품을 여러개 탑재해 데이터 처리 속도를 높이거나 최신 세대 제품으로 교체하는 등 비용 측면에서의 효용성이 높아지게 된다.

당초 업계에서는 CXL이 상용화되려면 상당한 시간이 필요할 것으로 내다봤다. 최신 표준을 지원할 수 있는 스위치가 아직 시장에 나오지 않은 데다 관련 생태계가 정립되지 않은 탓이다. 기술 주도권을 잡기 위한 기업 간 경쟁으로 인해 확실한 주류 표준이 잡히지 않은 것도 한 몫 한 것으로 관측된다.

그러다 초거대언어모델(LLM)을 비롯한 AI 기술 발전이 시작되면서 상황이 바뀌었다. LLM 기반 데이터센터를 투자하기 위해서는 엔비디아의 쿠다(CUDA) 플랫폼과 NV스위치·NV링크 등 인터커넥트 솔루션이 필수불가결했고, 이러한 독점 구조로 투자비용이 기하급수적으로 상승했기 때문이다. 높아지는 전력 소모량으로 인한 유지비용의 증가도 안정적인 수익 창출 등에 걸림돌이 되고 있는 상황이다. 이에 따라 마이크로소프트·아마존웹서비스(AWS)·메타·구글 등 하이퍼스케일이 CXL 생태계 구축에 더욱 관여하게 되면서 관련 개발에도 속도가 나는 모습이다.

SK하이닉스의 10나노 6세대 16Gb D램 [ⓒSK하이닉스]

SK하이닉스, 세계 최초 1c D램 개발…10나노 초반대 공정 진입

SK하이닉스(대표 곽노정)가 업계 최초로 10나노급 6세대(1c) 공정을 적용한 16가비트(Gb) DDR5 D램을 개발하는데 성공했다고 29일 발표했다. 이로써 회사는 10나노대 초반의 극미세화된 메모리 공정기술을 세상에 내놓게 됐다.

SK하이닉스 측은 "10나노급 D램 기술이 세대를 거듭하면서 미세공정의 난이도가 극도로 높아졌으나, 당사는 업계 최고 성능이 입증된 5세대(1b) 기술력을 바탕으로 설계 완성도를 높여 가장 먼저 기술한계를 돌파해냈다"며 "연내 1c DDR5의 양산 준비를 마치고 내년부터 제품을 공급해 메모리 반도체 시장의 성장을 이끌어 갈 것"이라고 강조했다.

SK하이닉스는 1b D램의 플랫폼을 확장하는 방식으로 1c를 개발했다. 이를 통해 공정 고도화 과정에서 발생할 수 있는 시행착오를 줄이는 것은 물론, 업계 최고 성능 D램으로 인정받는 SK하이닉스 1b의 강점을 가장 효율적으로 1c로 옮겨올 수 있다고 회사의 기술진은 판단했다.

또 극자외선(EUV) 특정 공정에 신소재를 개발 적용하고, 전체 공정 중 EUV 적용 공정 최적화를 통해 원가 경쟁력을 확보했다. 설계 기술 혁신도 병행해 이전 세대인 1b 대비 생산성을 30% 이상 향상 시켰다.

고성능 데이터센터에 주로 활용될 1c DDR5의 동작속도는 8Gbps(초당 8기가비트)로 이전 세대 대비 11% 빨라졌다. 전력효율은 9% 이상 개선됐다. 회사는 AI 시대가 본격화되면서 데이터센터의 전력 소비량이 늘어나는 가운데, 클라우드 서비스를 운영하는 글로벌 고객들이 SK하이닉스 1c D램을 데이터센터에 적용하면 전력 비용을 이전보다 최대 30%까지 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.