▷ 작성일 : 2023.11.13
삼성전자가 다양한 종류의 칩을 수직으로 쌓아 하나의 칩처럼 작동하는 혁신적인 '3D 패키징 기술'을 내년부터 선보일 예정입니다. 이 기술은 생성 인공지능(AI) 및 '온디바이스 AI'와 같은 최첨단 반도체 수요가 증가하는 시점에서 관심을 모으고 있으며, 경쟁사인 TSMC를 능가할 수 있는 비장의 무기가 될 것으로 기대됩니다.
이 새로운 3D 반도체 패키징 기술은 '세인트(SAINT)'라고 불리며, 서로 다른 종류의 칩을 연결하여 하나처럼 작동하도록 하는 공정입니다. 이 과정에서 칩을 수직으로 쌓는 특징이 있습니다.
삼성전자는 현재 S램(SRAM)을 중앙처리장치(CPU) 등 프로세서 위에 쌓는 '세인트-S' 기술의 검증을 완료했습니다. 내년에는 CPU 및 그래픽처리장치(GPU)와 같은 프로세서 위에 데이터 저장용 D램(DRAM)을 올리는 '세인트-D' 및 애플리케이션 프로세서(AP)와 같은 프로세서를 위아래로 배치하는 '세인트-L' 기술의 검증을 마칠 예정입니다.
패키징은 반도체 제조 과정 중 마지막 단계로, 칩을 보호 케이스에 넣어 부식을 방지하고 이미 만들어진 칩을 결합하고 연결할 수 있는 인터페이스를 제공합니다.
현재 가장 첨단 기술로 평가되는 것은 2.5D 패키징입니다. 2.5D 패키징은 실리콘 인터포저라는 패키징 부품 위에 프로세서와 고대역폭메모리(HBM)와 같은 메모리 칩을 수평으로 배치한 것입니다. 이러한 칩은 실리콘 인터포저를 통해 연결됩니다. 엔비디아의 'AI 가속기'도 2.5D 패키징을 통해 제작됩니다.
한편 3D 패키징은 칩을 위아래로 배치하기 때문에 실리콘 인터포저가 필요하지 않습니다. 대신, 칩들은 직접적으로 실리콘 관통전극(TSV) 기술을 통해 연결됩니다. 이로써 칩들을 옆으로 이어 붙일 필요가 없어지며, 이러한 직접 연결을 통해 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높일 수 있습니다.
주요 칩 제조사인 TSMC, 삼성, UMC, 인텔 등은 서로 다른 반도체를 통합하거나 여러 칩을 수직으로 연결하는 첨단 패키징을 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있습니다.
대만의 TSMC는 애플 및 엔비디아와 같은 칩 생산을 위해 'SoIC'라는 3D 패키징 서비스를 제공하는 것으로 알려져 있습니다.
이달 초에는 대만의 UMC가 메모리와 프로세서를 효율적으로 통합하기 위한 W2W(웨이퍼 대 웨이퍼) 3D IC 프로젝트를 시작했습니다.
인텔은 또한 최신 칩 양산에 'Foveros'라는 3D 패키징 기술을 활용하고 있습니다.
삼성전자가 3D 패키징 기술 개발에 주력하는 이유는 패키징 공정의 중요성이 더 커지고 있기 때문입니다. 초미세공정 기술로 개별 칩을 작게 제조하는 한계로 인해 반도체 기업들은 만들어진 칩을 효과적으로 배치하고 연결하여 성능을 향상시키는 패키징에 주력하고 있습니다.
시장 조사 기관인 YOL Intelligence는 첨단 패키징 시장의 규모가 2022년에 443억 달러(약 58.6조 원)에서 2028년에는 786억 달러(약 104조 원)로 성장할 것으로 예상하고 있습니다. 3D 패키징에 대한 수요는 생성 AI 및 온디바이스 AI와 같은 최첨단 반도체에 적용되면서 증가하고 있으며, 삼성전자는 St. 기술을 사용하여 AI 데이터 센터용 반도체 및 온디바이스 AI 기능을 갖춘 스마트폰용 AP의 성능을 향상시키는 계획입니다.
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