AI카지노 쿠폰 병목을 해결해줄 유리기판
반도체 패키징의 미래: 유리기판이 바꾸는 AI 컴퓨팅의 판도
CPU와 GPU의 작동에 필수적이 것이 메모리이고, 한국은 삼성전자의 DRAM과 SK하이닉스의 HBM 덕분에 컴퓨터와 스마트폰 그리고 AI 시대에 거인의 어깨에 올라탈 수 있었다. 하지만, 기업의 지속 성장은 상품 하나에서 나오지 않는다. 인접 영역으로 확장해가면서 신규 상품 개발을 모색해야만 거인의 어깨에 머물지 않고 거인이 될 수 있다. 그런 목적으로 nVidia도 삼성전자도, SK하이닉스도 기존 사업의 성공을 발판 삼아 신규 상품 개발에 지속 투자하고 있다.
그런 영역으로 메모리 반도체에 이어 차세대 기술인 유리기판이 부상 중에 있다. 기판은 CPU, GPU, 메모리 등의 반도체들을 물리적으로 연결하고 전기적 신호를 전달하는 핵심 요소이다. 반도체들 사이를 오고가는 데이터들이 원활하게 이동할 수 있도록 해주는 도로이면서, 기판 위 반도체에 전기를 공급하는 전력망이기도 하다. 기존의 반도체에서는 이 기판이 주로 탄소 기반의 플라스틱 계열의 소재가 주로 사용되어고 유기기판(Organic Substrate)이라고 불렀다. 반도체 패키징에 유기기판은 오래도록 사용되어 왔지만, AI 시대의 GPU로 고성능 반도체가 부상하면서 이 기판의 치명적 한계가 드러나고 있다. 고속의 데이터가 전송될 때 신호가 감쇠되고 에러가 발생될 가능성이 커지고 있는 것이다. 또한, 워낙 GPU가 구동될 때 뜨거운 열이 발생하는데 이 열로 인한 기판과 칩 사이의 물리적 변형이 발생하면서 오류가 발생하는 문제가 생긴다는 것이다. 더 나아가 최신 반도체는 아주 가느다란 2㎛ 이하의 초미세 배선으로 연결되는데 유기기판에서 이렇게 얇은 배선이 소재 한계로 인해 어렵다는 점이다. 그리고, 각 반도체에 공급되는 전력 공급 과정에 전력 손실이 크고 발열도 크기에 AI 구동 과정에 수 백 와트 이상의 전력 소모에 적합하지 않다는 한계에 봉착하고 있다.
그렇게 AI 시대의 반도체들은 기존보다 더 전력 공급과 속도가 빠른데다 열이 많이 발생하는데 이들 반도체에 전력을 공급하고 데이터를 송수신하는데 더 나은 성능의 기판이 요구되고 있다. 한 마디로 국도에서 이제 고속도로가 필요로 하게 된 것이다. 기술적으로 신호손실, 변형, 배선 밀도 그리고 전력 손실을 최소화하고 열에 강한 첨단 소재의 기판이 필요로 한다. 그 대안으로 실리콘 인터포저가 널리 사용되어 오고 있는데 크기 확장에 한계와 제조 비용이 높아 유리기판에 대한 차세대 기술로서 급부상하고 있다. 단, 아직 양산 전 단계로 완전한 상용화까지 깨지기 쉬운 취약성과 미세 배선을 위한 가공의 어려움, 대량 생산을 위한 공정 최적화 등의 기술적 도전에 직면해있다. 이런 이슈를 극복하고 최첨단 반도체들을 연결하기 위한 필수재로서 연구개발에 SKC, 삼성전기, LG이노텍 등의 한국 기업들이 참여하고 있다. 시장조사업체 마켓앤마켓은 향후 유리 기판 시장 규모가 2023년 71억 달러에서 2028년 84억 달러로 성장할 것으로 전망하고 있다. 그렇다보니 한국 기업 외에도 인텔과 코닝 등의 미국 기업과 다이닛폰프린팅과 이비덴과 같은 일본 기업도 시장 진입을 위한 연구 개발 투자를 본격화한지 오래다.
이러한 차세대 기판은 주로 반도체 제조사와 패키징 업체 간의 협력을 통해 결정된다. 즉, 반도체 제조사가 요구하는 성능과 사양에 맞춰 패키징 업체가 적합한 기판을 선택하는 것이다. 일례로, GPU를 개발하는 엔비디아와 HBM을 개발하는 SK하이닉스 등의 반도체들을 패키징하는 TSMC가 차세대 기판을 선택하는 것이다. AI 시대에 고성능의 반도체가 원활하게 작동하려면 이를 뒷받침할 기판이 필수적이지만, 반도체의 속도와 성능은 꾸준히 발전해 온 반면 기존 유기기판은 기술적 한계에 봉착한 상태다. 이에 따라 차세대 기판에 대한 요구가 점점 거세지고 있으며, 특히 2025년부터 AI 데이터센터에서 기존 유기기판의 한계를 극복할 유리기판의 도입이 본격화될 것으로 전망된다.
SKC의 계열사 앱솔릭스가 생산하는 유리기판비록 유리기판의 시장 규모와 수익성이 반도체 칩과 직접 비교할 수 없을 정도로 작지만, 그 전략적 중요성은 AI 시대에 필수적인 인프라로서 점점 커지고 있다. 반도체 산업이 발전할수록 패키징 기술의 중요성은 더욱 부각되며, 유리기판은 단순한 연결 부품이 아니라 고성능 반도체의 성능을 극대화하는 핵심 기술 요소로 자리 잡고 있다. 따라서 유리기판의 시장 규모는 2030년 100억 달러 미만으로 추정되며, AI 반도체 및 데이터센터 산업의 폭발적인 성장과 함께 중장기적으로 중요한 산업 축으로 성장할 것으로 예상된다. 특히 한국 기업들은 메모리 반도체기술력과 첨단 소재 가공 능력을 접목하여 유리기판 시장에서 글로벌 경쟁력을 확보할 기회를 가지고 있다. 또한, 유리기판은 단순한 기판이 아닌 반도체 패키징의 새로운 패러다임을 여는 기술로서, 향후 HBM뿐만 아니라 NPU, 전력 반도체 반도체 등의 시스템 반도체 개발의 기회로 확장될 가능성이 높다. 즉, 메모리 반도체에 이어 패키징 그리고 시스템 반도체 등의 글로벌 경쟁력으로 이어져, 한국 반도체 산업은 기존의 거인의 어깨에 올라서는 것을 넘어 자체적인 거인으로 성장할 수 있는 기회를 맞이하게 될 것이다.
