요약:
삼성과 퀄컴이 반도체 분야에서 협력 범위를 더욱 확대하고 있다. 두 당사자는 차세대 고성능 컴퓨팅 및 인공 지능 칩을 위한 고밀도 및 고속 칩 상호 연결 솔루션을 제공한다는 목표로 이미 2.1D 고급 패키징 기술에 협력해 왔습니다. 이번 협력은 삼성전자가 첨단 패키징 기술 체계를 더욱 발전시켜 AI 칩 패키징 시장을 선점하기 위한 중요한 행보로도 평가된다.
제너레이티브 AI와 고성능 컴퓨팅의 발전으로 단일 칩이 처리해야 하는 데이터의 양이 계속 증가하고 있으며, 기존 패키징 방식은 칩 간 고속 및 대규모 데이터 전송 요구를 충족하기가 점점 더 어려워지고 있습니다. 특히 AI 가속기는 일반적으로 고대역폭 메모리가 포함된 컴퓨팅 칩과 기타 기능 칩을 동일한 패키지에 통합해야 합니다. 따라서 첨단 패키징은 AI 칩의 성능에 영향을 미치는 중요한 고리가 되었습니다.
현재 업계에서 가장 주류를 이루는 고급 솔루션 중 하나는 2.5D 패키징입니다. 이 접근 방식은 일반적으로 실리콘 인터포저를 통해 여러 칩을 연결하여 칩 간의 초고밀도 신호 상호 연결을 가능하게 합니다. 그러나 실리콘 인터포저 자체의 가격은 상대적으로 높으며, 패키지 크기가 계속 확대됨에 따라 제조 난이도와 수율 압력은 더욱 높아질 것이다.
2.1D 패키징은 성능과 비용 사이의 새로운 균형을 이루려고 시도합니다. 핵심 특징은 더 이상 기존 실리콘 인터포저에 의존하지 않고 고급 패키징 기판에 고밀도 미세 라인을 사용하여 다양한 칩을 직접 연결한다는 것입니다. 삼성전자가 최근 선보인 2.1D 패키징 기판은 이 아이디어를 활용해 더 얇은 선과 더 높은 밀도의 연결 구조를 통해 실리콘 인터포저를 사용하지 않고도 고성능 칩 상호 연결을 구현한다.
AI 가속기의 경우 이 솔루션은 확실한 매력을 가지고 있습니다. AI 칩은 컴퓨팅 칩, HBM과 같은 고성능 메모리, 기타 칩 간에 막대한 양의 데이터를 전송해야 하는 경우가 많습니다. 패키지 내 상호 연결 속도와 대역폭은 전체 시스템 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 2.1D 기술을 통해 인터포저 비용을 낮추면서도 충분히 높은 인터커넥트 밀도를 유지할 수 있다면 일부 AI나 고성능 컴퓨팅 제품의 대안이 될 수도 있다.
삼성은 현재 2.1D 및 2.5D 패키징 기술 레이아웃을 적극적으로 확장하고 있습니다. 삼성전기는 최근 AI 가속기용 2.5D 및 2.1D 패키징 기판을 시연했다. 2.5D 솔루션은 대형, 고층 기판의 뒤틀림 문제를 해결하고 고속 신호 전송 및 고밀도 연결 기능을 향상시키는 데 중점을 둡니다. 2.1D 솔루션은 미세 라인과 고밀도 연결 기술을 사용하여 실리콘 인터포저 없이 칩 간 직접 연결을 구현하는 데 중점을 둡니다.
이는 삼성이 웨이퍼 제조, 메모리부터 첨단 패키징 기판까지 완전한 AI 칩 솔루션 세트를 구축하려고 노력하고 있음을 보여줍니다. 삼성전자는 현재 EDA, IP, DSP, 패키징 및 테스트 업체들과 협력해 멀티칩 통합을 위한 칩 설계부터 패키징, 테스트까지 완벽한 기술 시스템을 제공하는 멀티다이 통합 얼라이언스(Multi-Die Integration Alliance)를 구축했다.
삼성의 장점은 단순한 파운드리 기업이 아니라 세계 최고의 메모리 사업과 앞선 패키징 역량을 갖추고 있다는 점이다. AI 가속기는 HBM에 점점 더 의존하고 있으며, 삼성은 로직 칩을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 HBM 및 고급 패키징도 제공할 수 있으므로 이론적으로 고객에게 보다 완벽한 공급망 솔루션을 제공할 수 있습니다.
Qualcomm은 고성능 모바일 SoC 및 기타 컴퓨팅 플랫폼용 칩 설계 분야에서 풍부한 경험을 보유하고 있습니다. 양사는 과거에도 장기적인 협력 관계를 유지해 왔으며, 퀄컴의 스냅드래곤 칩도 삼성의 파운드리 기술을 사용해 생산됐다. 최근 몇 년간 양사는 모바일 칩, 갤럭시 디바이스, 인공지능 분야에서 협력을 더욱 확대해 왔다.
이번 협력 범위를 2.1D 고급 패키징으로 더욱 확대한다는 것은 Qualcomm이 패키징 기판 및 고급 패키징 분야에서 삼성의 기술 역량을 활용하여 향후 더욱 복잡한 멀티 칩 통합 솔루션을 탐색할 수 있음을 의미합니다.
Qualcomm에게는 고급 패키징의 중요성도 높아지고 있습니다. 휴대폰, PC 및 엣지 AI 장치가 점점 더 대규모 AI 모델을 실행함에 따라 단일 SoC는 점점 더 많은 컴퓨팅 장치, 캐시, NPU 및 고속 스토리지 리소스를 통합해야 합니다. 칩렛과 고급 패키징 기술을 통해 여러 칩을 결합하면 성능 향상을 위해 단일 칩의 크기 확장에만 의존하는 것을 피할 수 있습니다.
이러한 변화는 반도체 산업 전체의 발전 추세와도 일치한다. 고급 제조 공정이 계속해서 물리적 한계에 접근함에 따라 트랜지스터 크기를 지속적으로 축소함으로써 얻을 수 있는 비용 및 성능상의 이점이 점차 감소하고 있습니다. 따라서 업계에서는 시스템 수준 통합을 통해 성능 향상을 달성하기 위해 칩렛, 2.5D, 3D 패키징 및 고대역폭 메모리와 같은 기술에 더 많이 의존하기 시작했습니다.
삼성은 현재 2.1D, 2.5D 분야에 대한 투자를 늘리는 것뿐만 아니라 유리기판 기술도 고도화하고 있다. 유리는 기존 유기 소재 기판보다 더 높은 강성과 치수 안정성을 제공하며 신호 전송, 전력 무결성 및 열 방출과 같은 성능을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. AI 칩 패키징의 크기가 계속 확대되면서 유리 기판은 차세대 대형 첨단 패키징을 위한 중요한 기술 중 하나로 간주됩니다.
동시에 삼성은 X-Cube 및 기타 솔루션을 포함한 3D 패키징 기술도 개발하고 있습니다. 칩을 수직으로 쌓아 올리면 칩 간 데이터 전송 거리를 더욱 단축할 수 있고, 단위 면적당 연결 밀도를 획기적으로 높일 수 있다. AI 및 고성능 컴퓨팅의 경우 이러한 유형의 기술은 향후 2.1D 및 2.5D 패키징과 함께 삼성의 완전한 고급 패키징 기술 포트폴리오를 구성할 수 있습니다.
이번 삼성과 퀄컴의 2.1D 패키징 협력의 의의는 단지 새로운 패키징 형태를 출시한다는 것뿐만 아니라 더 중요한 것은 두 당사자가 포스트 무어 시대의 칩 통합 방식을 공동으로 모색하고 있다는 점입니다. 미래의 고성능 칩은 더 이상 크기가 커지는 단일 칩이 아니라 CPU, GPU, NPU, 캐시, HBM 및 기타 전용 코어로 구성된 고도로 통합된 컴퓨팅 시스템이 될 수 있습니다.
이 과정에서 패키징 기판의 중요성은 칩 자체에 점점 더 가까워질 것입니다. 칩 간 통신할 수 있는 대역폭이 얼마나 높은지, 안정적인 신호 품질을 유지할 수 있는지, 패키지 크기는 얼마나 커질 수 있는지, 전체 패키지의 제조 비용과 수율은 AI 칩의 최종 시장 경쟁력을 직접적으로 결정할 수 있습니다.
삼성전자와 퀄컴의 이번 협력은 삼성전자가 TSMC의 첨단 패키징 시스템과 경쟁할 수 있는 더 많은 기회를 제공할 것입니다. 현재 AI 칩 시장은 CoWoS 등 기술을 기반으로 한 2.5D 첨단 패키징을 크게 채택하고 있으며, 삼성은 2.1D, 2.5D, 3D, 유리기판 등 다양한 기술 루트를 통해 독자적인 대안을 구축하고 있다.
2.1D 기술이 값비싼 실리콘 인터포저에 대한 의존도를 줄이면서 실제 제품에서 충분히 높은 인터커넥트 밀도와 대역폭을 달성할 수 있다면, 미래 AI 가속기, 데이터센터 프로세서, 기타 고성능 칩의 중요한 패키징 옵션이 될 것으로 예상됩니다. 이번 삼성전자와 퀄컴의 협력은 양사가 AI 인프라 시장에 더욱 진출하기 위한 중요한 기술적 기반이 될 수도 있다.
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