글로벌 칩 제조 대기업인 TSMC(TSM.US)는 성능 향상을 촉진하고 ChatGPT와 같은 생성 인공 지능 애플리케이션을 더욱 강력하게 만들기 위해 칩 제조 분야의 차세대 첨단 기술인 실리콘 포토닉스 칩에 많은 투자를 하고 있습니다. 실리콘 포토닉스는 실리콘 칩과 광학 기술을 결합한 신흥 기술 분야입니다.
TSMC는 세계 최대 계약 칩 파운드리이며 현재 Nvidia A100/H100 칩을 포함하여 시장에서 가장 진보된 인공지능(AI) 칩을 생산할 수 있습니다. TSMC의 더글라스 유(Douglas Yu) 임원은 회사가 현재 AI 칩의 성능을 더욱 향상시키기 위해 노력하고 있다고 말했습니다.
지난 9월 5일 중국에서 열린 대만 반도체 산업 엑스포 개막 전 포럼에서 더글러스 유는 "좋은 실리콘 포토닉스 통합 시스템을 제공할 수 있다면... 인공지능의 에너지 효율성과 컴퓨팅 파워(성능)의 핵심 문제를 해결할 수 있다"며 "이것은 새로운 패러다임 전환이 될 것입니다. 우리는 새로운 시대의 시작에 있을지도 모릅니다"라고 말했다.
Yu는 더 좋고 더 통합된 실리콘 포토닉스 시스템의 원동력은 AI 챗봇(예: ChatGPT 및 Google Bard)과 기타 인공 지능 컴퓨팅 애플리케이션을 뒷받침하는 기술인 LLM(대형 언어 모델)을 실행하는 데 필요한 엄청난 컴퓨팅 성능이라고 말했습니다.
언론 보도에 따르면 TSMC는 내년에 다가올 실리콘 광자 초고속 칩 사업 기회를 목표로 약 200명으로 구성된 연구개발팀을 꾸렸다. 회사는 실리콘 포토닉 칩 기술을 적극적으로 홍보할 뿐만 아니라 Broadcom, Nvidia 등 주요 고객과 협력하여 이 기술을 중심으로 한 응용 시나리오를 공동 개발하고 있습니다. 언론 보도에 따르면 이번 협력은 차세대 실리콘 포토닉 칩 생산을 목표로 하고 있다. 관련 공정은 45nm부터 7nm까지 커버할 수 있으며 이르면 2024년 하반기부터 애플리케이션 단말이 시작될 것으로 예상된다.
무어의 법칙을 한계까지 접근하면 기존 전자 칩의 성능 향상이 느려지는 경우가 많습니다. 실리콘 포토닉 칩은 나노미터 공정 기술의 한계에도 불구하고 칩 성능 확장을 가속화하는 빛 기술을 기반으로 성능 향상 솔루션을 제공합니다.
글로벌 칩 분야의 혁신과 발전이 '포스트 무어 시대'로 접어들면서 인류 사회 발전을 촉진하는 주역이었던 CPU는 더 이상 22nm~10nm처럼 5년이 채 안 되는 '와이드 nm' 수준의 급속한 돌파구를 이룰 수 없게 됐다. 이후의 nm 수준 혁신은 극도로 높은 제조 비용과 양자 터널링 기술의 어려움 등 많은 장애물에 직면합니다.
그러나 AI 시대가 도래하면서 글로벌 컴퓨팅 파워에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며, 초고성능 칩에 대한 수요도 더욱 늘어날 것이라는 뜻이다. 이로 인해 광학 기술과 실리콘 기반 집적 회로를 결합한 실리콘 포토닉 칩이 칩 제조 분야에서 점점 더 중요해졌습니다.
실리콘 포토닉스 기술은 레이저 소자 등의 광학 부품을 실리콘 기반 집적회로에 집적해 전기 신호가 아닌 빛을 통해 고속 데이터 전송, 장거리 전송 거리, 저전력 소모를 구현하는 기술이다. 또한 대기 시간이 더 짧습니다.
실리콘 포토닉스는 데이터 센터, 슈퍼컴퓨터, 네트워킹 장비부터 무인 자율주행차, 국방 레이더 시스템에 이르기까지 많은 기술 기업들이 실리콘 포토닉스의 잠재적인 용도를 주목하면서 칩 제조 산업에서 집중 투자가 이뤄지는 분야가 되었습니다. 실리콘 포토닉스 기술은 현재 광통신, 광센싱 등의 분야에서 사용되고 있으며, 광신호 전송, 처리, 제어에 중점을 두고 있습니다. 일반적인 애플리케이션에는 데이터 센터 상호 연결, 고성능 컴퓨팅, 광섬유 통신 등이 포함됩니다.
따라서 실리콘 포토닉 칩은 고속 데이터 통신 및 데이터 센터 상호 연결과 같은 고대역폭, 저전력 애플리케이션 시나리오에서 상당한 잠재력을 가지고 있습니다. AI 기술과 ChatGPT 생성 AI 애플리케이션을 기반으로 한 클라우드 컴퓨팅 서비스의 보급률이 증가함에 따라 컴퓨팅 성능에 대한 수요가 급증하고 실리콘 포토닉 칩이 이러한 분야에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.
Intel, Cisco, IBM과 같은 거대 기술 기업은 오랫동안 자체 실리콘 포토닉스 솔루션과 실리콘 포토닉스 시스템을 개발해 왔습니다.
현재 세계에서 가장 가치 있는 칩 회사인 Nvidia는 현재 대규모 언어 모델을 개발/실행하기 위해 데이터 센터 서버용 가속기를 구동하는 칩 분야에서 가장 큰 시장을 보유하고 있습니다. 미국 회사는 이전에 광섬유 상호 연결 기술 제공업체 Mellanox를 인수했습니다.
국제반도체산업협회(SEMI)의 예측 데이터에 따르면 2030년까지 전 세계 실리콘 포토닉스 반도체 시장은 78억 6천만 달러에 이를 것으로 예상되며, 복합 연간 성장률은 2022년 12억 6천만 달러에서 크게 증가한 25.7%에 이를 것으로 예상됩니다.
유명 연구기관인 모르도르 인텔리전스(Mordor Intelligence)의 예측 데이터는 상대적으로 보수적이다. 실리콘 포토닉스 시장 규모는 2023년 14억 9천만 달러로 예상된다. 기관에서는 예측 기간(2023~2028) 동안 연평균 성장률 24.98%로 2028년까지 45억 4천만 달러에 이를 것으로 예측하고 있다.
해당 기관은 실리콘 포토닉스가 고속 전송 시스템에 사용되는 반도체 제품의 전기 전도체에 비해 뚜렷한 이점을 갖는 포토닉스의 개발 분야라고 지적했습니다. 이 기술은 전송 속도를 100Gbps까지 증가시킬 것을 약속하며 IBM, Intel 및 Kothura와 같은 기술 회사는 이 기술을 사용하여 획기적인 성과를 거두었습니다. 또한, 이 기술은 초고속 데이터 전송 및 처리를 약속하면서 반도체 산업에 혁명을 일으켰습니다.
TSMC 임원인 Douglas Yu는 칩 제조 대기업이 통합 실리콘 포토닉스 시스템을 구축하기 위해 독점적으로 개발된 고급 칩 적층 및 패키징 기술을 사용하는 칩 제조 기술을 연구하고 있다고 말했습니다. 고급 칩 패키징은 Intel, Samsung, TSMC 등 세계 최대의 여러 칩 제조업체에서 큰 관심을 끄는 중요한 영역이 되었습니다. 2.5D/3D와 같은 고급 칩 패키징 기술이 더 강력한 칩을 만드는 데 도움이 되기 때문입니다.
그러나 Yu는 또한 실리콘 포토닉스와 다양한 유형의 칩을 결합하고 연결하며 자체 고급 칩 패키징 및 적층 기술을 사용하는 이러한 통합 시스템이 아직 개발 및 시험 생산 단계에 있으며 아직 대규모 대량 생산에 진입하지 않았다고 말했습니다.
세계 최대의 칩 패키징 및 테스트 서비스 제공업체 중 하나인 ASE Semiconductor(ASX.US)의 CEO인 Tien Wu도 비슷한 견해를 가지고 있습니다. 그는 실리콘 포토닉스 기술을 패키징하고 통합하는 새로운 방법이 차세대 컴퓨팅 성능 시스템의 주요 병목 현상 중 하나를 해결하는 데 중요한 역할을 할 것이라고 말했습니다.
현재 주류 실리콘 포토닉스 고급 패키징 기술에는 수직 통합 패키징, 공동 패키징 광학(CPO), 섬유 부착 패키징, 도파관 기반 패키징 및 유리 기판 패키징이 포함됩니다.
그 중 CPO 기술은 글로벌 칩 제조사들이 주목하는 패키징 기술 분야다. 이는 광학 부품과 전자 부품을 동일한 패키지에 함께 포장하는 고도로 통합된 방법입니다. 이는 광학 장치와 전자 장치 사이의 거리를 줄여 데이터 센터 상호 연결의 에너지 효율성과 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 업계 분석가들은 TSMC, 인텔, 엔비디아, 브로드컴 등 거대 칩 기업들이 실리콘 포토닉 칩과 핵심 CPO(공동패키지광학) 기술을 잇달아 개발함에 따라 CPO 시장은 이르면 2024년부터 폭발적인 성장을 이룰 것으로 예상했다.
유명 연구기관인 Sphericalinsights가 최근 발표한 연구 보고서에 따르면, 글로벌 공동 패키지 광학 시장은 2022년부터 2032년까지 연평균 68.9%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 2032년까지 글로벌 공동 패키지 광학 시장 규모는 28억 4천만 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 2022년 시장 규모는 1,500만 달러에 불과할 것으로 업계에서는 추정하고 있습니다.
Sphericalinsights는 실리콘 칩 플랫폼이 업계에서 가장 유망한 대규모 실리콘 포토닉스 통합 플랫폼으로 널리 인식되는 반면 공동 패키지 광학 장치는 잠재적인 데이터 센터 상호 연결에 이상적인 것으로 널리 인식되고 있다고 지적했습니다. CPO(공동 패키지 광학) 또는 IPO(인패키지 광학)는 차세대 대역폭 및 전력 소비 문제를 해결하는 것을 목표로 단일 패키징 플랫폼에 광학 장치와 실리콘 기반 장치의 복잡한 하이브리드 조합입니다.
입장:
징둥몰