AI 반도체 승부처로 떠오른 첨단 패키징…미세공정 한계 뛰어넘는다

|스마트투데이=김나연 기자| 인공지능(AI) 반도체 성능을 높이는 핵심 동력이 미세공정에서 첨단 패키징으로 이동하고 있다는 분석이 나온다. 단일 실리콘 위에 트랜지스터를 빽빽하게 적재하는 기존 방식이 한계에 부딪히면서, 여러 실리콘 조각을 효율적으로 결합하는 기술이 시장을 이끄는 새로운 동력으로 평가받는다.

지난 수십 년간 반도체 산업은 트랜지스터 크기를 줄이는 미세화 공정을 중심으로 성장했다. 실리콘 내 트랜지스터 수가 2년마다 2배로 늘어난다는 무어의 법칙이 시장의 기본 기준으로 작용했다.

하지만 트랜지스터 크기가 나노미터 단위까지 작아지면서 미세공정이 한계에 봉착했다는 지적이 나온다. 인텔 등 일부 제조사는 공정 전환에 어려움을 겪었다. TSMC 역시 세대 간 트랜지스터 밀도 증가 폭이 이전에 비해 줄었다. 최첨단 공정에 들어가는 비용이 급격히 상승한 점도 부담을 더했다.

이에 따라 반도체 기업들은 단일 실리콘에 전체 회로를 새기는 방식에서 벗어나 패키징 기술을 적극 도입하는 추세다. AMD와 인텔은 AI 열풍 이전부터 구형 공정으로 제조한 실리콘과 최첨단 칩을 결합하는 방식을 적용해 수율을 개선하고 비용을 절감했다.

AI 반도체 시장이 커지면서 패키징 경쟁은 더욱 격화하는 양상이다. 시장에서는 엔비디아의 최첨단 AI 반도체가 TSMC의 패키징 기술을 기반으로 생산된 대표적 사례로 꼽힌다. 연산 처리 장치와 고대역폭메모리를 하나의 패키지로 결합해 성능을 극대화했다. TSMC는 기존 반도체 공장을 패키징 시설로 전환하며 생산 능력을 늘렸다.

전문가들은 향후 패키징 기술이 칩을 평면에 배치하는 방식을 넘어 위로 쌓아 올리는 3차원 적층 구조로 진화할 것으로 본다. 과거 외주 비중이 높았던 패키징 분야를 TSMC 등 주요 위탁생산 기업들이 직접 수행하며 핵심 경쟁력으로 키우는 분위기다.

반도체 장비업계 역시 첨단 패키징 시장 확대에 따른 수혜를 기대하고 있다. 게리 디커슨 어플라이드 머티리얼즈 최고경영자는 지난 8월 "올해 패키징 관련 매출이 70% 이상 증가할 것"이라고 밝혔다.