일본은 '광칩 시대'를 위해 경쟁하고 있다

요약:

AI 컴퓨팅 성능에 대한 다음 용량 경쟁은 GPU에서 실리콘 포토닉 칩으로 확장되고 있습니다. 웨이퍼 파운드리 업체 타워세미컨덕터(Tower Semiconductor)가 일본 내 실리콘 포토닉스 생산능력을 공격적으로 확대하고 있다. Tower CEO Russell Ellwanger는 최근 AI 데이터 센터가 실리콘 포토닉 칩에 대한 수요의 급속한 성장을 주도하고 있으며 회사는 가능한 한 빨리 생산 능력을 확장해야 한다고 말했습니다. 일본은 세계에서 Tower의 가장 중요한 광통신 반도체 생산 기지 중 하나가 될 것입니다.

타워가 이전에 발표한 계획에 따르면, 회사는 300mm 실리콘 포토닉스, 실리콘 게르마늄 및 첨단 광학 패키징 역량을 확장하는 데 중점을 두고 일본에 6000억 엔 이상, 즉 약 40억 달러를 투자할 예정입니다. 이 중 일본 정부는 최대 약 1600억엔, 약 10억 달러를 지원할 계획이다.

타워의 경우 이는 일반적인 팹 확장일 뿐만 아니라 AI 데이터센터, 800G/1.6T 광학 모듈, NPO 및 CPO 시대에 대한 장기적인 베팅이기도 합니다.

1. AI는 실리콘 포토닉스를 생산 확장 주기로 밀어 넣습니다.

타워가 지금 생산을 확대해야 하는 이유는 무엇입니까?

핵심 이유는 단 하나입니다. AI 서버 간에 점점 더 많은 데이터가 전송되어야 한다는 것입니다.

AI 클러스터가 수천 개의 GPU에서 수만, 심지어 수십만 개의 GPU로 확장될 때 실제로 컴퓨팅 성능의 규모를 제한하는 것은 더 이상 GPU 자체뿐만 아니라 GPU 간에 고속으로 데이터를 교환하는 방법입니다. 전통적인 구리 상호 연결은 거리, 대역폭, 신호 무결성 및 전력 소비 측면에서 점점 더 큰 압박을 받고 있으며, 따라서 광 상호 연결은 서버 및 칩에 더 가까워지기 시작했습니다.

실리콘 포토닉스 기술의 가치는 성숙한 실리콘 공정을 사용하여 변조기, 광검출기, 도파관과 같은 광소자를 제조하고 전자 칩과 함께 작동하여 광 신호를 통해 더 많은 고속 데이터를 전송할 수 있다는 것입니다.

800G에 이어 1.6T 광모듈, 실리콘 포토닉스, NPO, CPO가 AI 데이터센터 산업체인 핵심 키워드로 떠오르는 이유다.

Tower CEO Ellwanger는 현재 실리콘 포토닉 칩에 대한 시장 수요가 매우 높으며 회사는 가능한 한 빨리 생산 능력을 늘려야 한다고 말했습니다.

Δ타워반도체 CEO 러셀 엘왕거

타워가 공개한 정보는 실리콘 포토닉스 사업이 급속한 성장 단계에 진입했음을 보여준다. 회사는 향후 주문을 확정했을 뿐만 아니라 2027년, 심지어 2028년까지 생산 능력을 미리 계획하기 시작했습니다.

즉, 현재 타워가 경쟁하고 있는 것은 오늘날의 광 모듈 주문이 아니라 향후 몇 년간 AI 광 상호 연결 인프라에 대한 제조 진입입니다.

2. 타워가 실리콘 조명에 베팅하는 이유는 무엇입니까?

타워는 TSMC, 삼성, 인텔과는 다릅니다. 최첨단 CPU 및 GPU 로직 프로세스를 주요 전장으로 삼지 않고 특수 프로세스 웨이퍼 파운드리에 장기적으로 중점을 두고 있습니다.

Tower의 기술 환경에는 실리콘 포토닉스, 실리콘 게르마늄 SiGe, 무선 주파수 RF, 전력 관리, 이미지 센서 및 기타 분야가 포함됩니다. AI 시대에는 '2nm, 1.4nm' 노선을 추구하는 것이 아닌 새로운 성장 기회를 얻은 것으로 보인다.

AI 서버에는 GPU 외에도 수많은 고속 네트워크 칩, 광학 모듈, 광전자 칩, 고속 아날로그 장치가 필요합니다.

특히 실리콘 포토닉스 분야에서 타워는 깊은 공정 축적을 형성했습니다.

Tower의 PH18DA 및 기타 플랫폼은 고속 광통신 애플리케이션을 목표로 하며 레이저, 광 증폭기, 변조기, 광검출기 및 기타 장치를 통합할 수 있어 800G, 1.6T 및 차세대 고속 광 상호 연결을 위한 제조 기반을 제공합니다.

이로 인해 Tower는 AI 광통신 산업 체인에서 매우 특별한 역할을 합니다. GPU를 생산하지는 않지만 다수의 GPU를 연결하는 데 필요한 핵심 실리콘 포토닉 칩을 제조할 수 있습니다.

3. 일본에 40억 달러 베팅

타워의 일본 생산 확대 계획 규모는 6000억엔(미화 약 40억 달러)이 넘으며, 주로 두 가지 경로로 추진된다.

첫 번째 경로는 타워를 사용하여 일본의 기존 웨이퍼 공장에서 실리콘 포토닉스 생산 능력을 빠르게 확장하는 것입니다.

Tower는 니가타현 묘코시에 있는 아라이 공장을 개조하고 관련 제조 자원을 300mm 실리콘 포토닉스 및 첨단 광학 관련 생산에 사용할 계획입니다. 동시에 회사는 도야마현에 있는 Uozu Fab 7의 300mm 웨이퍼 제조 능력을 더욱 늘릴 예정입니다.

Fab 7은 현재 실리콘 게르마늄 및 실리콘 포토닉스 관련 제조 기반을 갖추고 있습니다. 따라서 타워는 처음부터 새로운 웨이퍼 공장을 짓는 것보다 장비 도입과 공정 검증, 양산 램프업을 더 빠르게 완료할 수 있다.

Tower는 이 새로운 생산 능력이 2027년 4분기에 대량 생산 준비 상태에 도달할 것으로 예측합니다.

두 번째 경로는 좀 더 급진적입니다.

Tower는 실리콘 포토닉스 및 실리콘 게르마늄 생산 능력을 더욱 확장하기 위해 Fab 7 근처에 새로운 300mm 제조 시설을 계속 건설할 계획입니다. 신규 생산능력은 2029년경부터 회사 매출에 상당한 기여를 할 것으로 예상된다.

Tower의 계획에 따르면 관련 프로젝트가 완료되면 일본의 300mm 웨이퍼 생산 능력은 월 약 45,000개의 웨이퍼에 도달할 것으로 예상됩니다.

이는 일본이 Tower의 다음 단계 실리콘 포토닉스 확장을 위한 가장 중요한 제조 기지 중 하나가 될 것임을 의미합니다. (사진과 같이 - 2028)

4. 일본은 왜 타워에 10억 달러를 제공했나요?

타워가 일본에 대규모 투자를 하는 이면에는 일본 정부의 반도체 공급망 재구축을 촉진하려는 전략이 깔려 있다.

일본 경제산업성은 실리콘 포토닉스 및 실리콘 게르마늄과 같은 차세대 통신 반도체 제조 역량을 지원하는 데 중점을 두고 타워 프로젝트에 최대 약 1,600억엔, 즉 약 10억 달러를 지원할 계획입니다.

일본 정부는 최근 몇 년 동안 TSMC의 구마모토 공장, Rapidus 첨단 논리 프로젝트, 다수의 반도체 재료, 장비 및 패키징 프로젝트를 지원해 왔습니다. 타워가 대표하는 실리콘 포토닉스 제조 역량은 AI 고속 광연결을 보완했다.

관련 합의에 따라 Tower는 장기적인 생산 및 공급 책임을 맡아야 합니다. 반도체 공급이 부족할 경우 일본 시장도 이에 상응하는 공급을 보장받게 된다.

따라서 이번 보조금은 단순히 '타워를 초청해 일본에 공장을 짓는 것'에 그치지 않는다.

일본이 정말로 얻고자 하는 것은 미래의 AI 데이터 센터, 광통신 및 광전자 통합 산업에 서비스를 제공할 수 있는 핵심 제조 노드입니다.

5. Tower Japan의 레이아웃에는 또 다른 장점이 있습니다. 바로 Panasonic이 남겨둔 사람들입니다.

타워가 일본을 선택한 이유는 흔히 간과되는 또 다른 이유, 즉 재능 때문입니다.

타워는 이르면 2014년 파나소닉과 TPSCo를 설립해 일본에 진출했고 호쿠리쿠 지역에 있는 파나소닉의 반도체 제조 자원을 인수했다.

나중에 파나소닉이 반도체 제조 사업의 일부를 점차적으로 철수했지만, 웨이퍼 제조 경험이 있는 다수의 엔지니어, 장인 및 산업 기반이 그대로 유지되었습니다.

반도체 제조에 있어 이는 매우 중요합니다.

팹은 장비 구입만으로는 생산할 수 없습니다. 공정 통합, 장비 유지보수, 수율 개선, 불량 관리 및 양산 경험은 장기적인 축적이 필요합니다.

따라서 Tower는 처음부터 새로운 제조 기반을 구축하는 대신 기존 공장, 인프라, 엔지니어링 팀 및 공급망 시스템을 직접 활용하여 일본 내 생산을 확장할 수 있습니다.

이것은 타워가 계속해서 일본에 집중하기로 선택한 중요한 이유이기도 합니다.

6. 진정한 다음 전투: CPO

그러나 타워가 직면한 경쟁도 점점 치열해지고 있습니다.

과거에는 플러그형 광모듈에 실리콘 포토닉 칩이 주로 사용됐지만, AI 스위칭 칩의 대역폭이 계속 증가하면서 광디바이스도 스위칭 ASIC, 컴퓨팅 칩에 점점 더 가까워지고 있다.

그래서 업계는 기존의 플러그형 광 모듈에서 NPO, 그리고 더 나아가 CPO로 전환하기 시작했습니다.

CPO, 공동 패키지 광학 장치, 공동 패키지 광학 장치.

핵심 아이디어는 광학 엔진을 스위칭 칩에 더 가깝게 배치하고 고속 전기 신호의 전송 거리를 단축해 전력 소비와 신호 손실을 줄이는 것입니다.

이는 미래의 실리콘 포토닉스 경쟁에는 '실리콘 포토닉 칩을 생산할 수 있는 사람'뿐만 아니라 실리콘 포토닉스, 고급 패키징, 스위칭 ASIC, 칩렛 및 고속 상호 연결을 시스템에 통합할 수 있는 사람도 포함된다는 의미입니다.

TSMC, 타워, 글로벌파운드리 등 웨이퍼 파운드리 업체들은 모두 이 방향으로 계획을 세우고 있다.

타워의 경우 일본 생산 확대의 중요한 과제 중 하나는 다음 단계의 CPO 경쟁을 위해 제조 역량을 미리 준비하는 것입니다.

7. 타워는 일본 NTT와 시너지를 낼 수 있다

일본에도 중요한 실리콘 포토닉스 카드인 NTT가 있습니다.

NTT 그룹 ≒ 차이나 텔레콤 + 차이나 모바일 + 차이나 정보 기술 + 대규모 IT 서비스 제공업체(디지털 차이나/화웨이 정부 및 기업과 유사)의 혼합입니다.

고정망+광섬유 베이스로만 보면

차이나텔레콤

China Mobile

NTT는 광전 통합 기술을 사용하여 데이터 센터 및 통신 네트워크의 에너지 소비를 줄이기 위해 IOWN(혁신적인 광 및 무선 네트워크) 계획을 오랫동안 추진해 왔습니다.

중요한 방향 중 하나는 "빛"이 컴퓨팅 시스템으로 계속 이동하는 것입니다.

데이터 센터 간 광 연결부터 서버, 보드 수준의 광 상호 연결, 심지어 칩 근처까지 광전자 통합은 일본의 차세대 통신 산업에서 중요한 기술 경로가 되고 있습니다.

NTT Innovative Devices, Shin Kong Electric, Broadcom 및 Accton과 같은 회사는 이미 광학 엔진, 기판, 스위칭 ASIC 및 시스템 통합 분야에서 협력했습니다.

Tower는 실리콘 포토닉스 및 실리콘 게르마늄 웨이퍼 제조라는 핵심 링크 중 하나를 제공할 수 있습니다.

양측이 향후 협력을 더욱 심화한다면 일본은 점차 다음과 같은 모습을 보일 수도 있습니다.

실리콘 포토닉 웨이퍼 제조 → 광학엔진 → 첨단기판 → CPO/NPO → 스위치 → AI 데이터센터

더 완벽한 산업 체인입니다.

엘왕거는 NTT와의 잠재적인 협력에 관해 이야기할 때 가능성이 있다고 말했지만 구체적인 협력 세부 사항은 아직 발표되지 않았습니다.

8. 일본은 '광칩 시대'를 놓고 경쟁하고 있다

일본은 첨단 로직 제조 분야에서 한때 TSMC와 삼성에 크게 뒤처졌지만, AI 시대는 일본에게 반도체 산업을 재편할 수 있는 창구를 줬다.

이 창이 반드시 2nm일 필요는 없습니다.

실리콘 포토닉스, 실리콘 게르마늄, 고급 패키징, 광전자 통합, CPO 및 고속 광학 모듈도 향후 10년 동안 반도체 산업의 중요한 성장 방향이 될 가능성이 높습니다.

타워는 일본 내 생산 확대를 위해 40억 달러를 투자했기 때문에 더 큰 산업적 맥락에서 이해할 가치가 있습니다.

한편으로 Tower는 AI 데이터 센터의 요구 사항을 충족하기 위해 대량의 실리콘 포토닉스 생산 능력이 필요합니다. 반면, 일본은 핵심 반도체 제조 역량을 재확립하기를 희망하고 있습니다. Tower에는 일본의 엔지니어, 제조 기반 및 정책 지원이 필요하고, 일본에는 Tower의 실리콘 포토닉스 기술과 글로벌 고객이 필요합니다.

AI 광연결이 이뤄지는 현 시점에서 양측의 이해관계가 수렴된다.

GPU가 더 빨라지고 AI 클러스터가 더 커지면서 수십만 개의 칩 사이에서 데이터가 이동하는 방식이 새로운 병목 현상이 될 것입니다.

지난 20년 동안 반도체 산업에서 가장 중요한 질문 중 하나는 '누가 가장 진보된 트랜지스터를 만들 수 있는가?'였습니다.

향후 10년 동안 또 다른 문제가 점점 더 중요해질 수 있습니다.

수십만 개의 AI 칩을 더 빠르고 더 낮은 전력 소비 조명으로 연결할 수 있는 사람은 누구입니까?

타워는 답에 40억 달러를 걸었습니다.