삼성전자, 초대형 반도체 패키징 시장 겨냥 'SoP' 상용화 추진

삼성전자가 최첨단 패키징 기술의 일종인 'SoP(시스템온패널)'를 개발하고 있는 것으로 파악됐다. SoP는 초대형 패널 위에 반도체를 집적하기 때문에, 기존 반도체 대비 상당히 큰 모듈을 제작할 수 있다는 장점이 있다. SoP 기술이 빠르게 고도화되는 경우, 삼성전자는 테슬라의 차세대 '도조(Dojo)' 패키징 공급망에 진입할 수 있을 것으로 기대된다. 현재 테슬라는 도조에 탑재될 'AI6' 칩을 삼성전자 파운드리에, 패키징을 인텔에 맡기는 방안을 추진 중이다. 12일 지디넷코리아 취재를 종합하면 삼성전자는 초대형 반도체 패키징 모듈을 위한 SoP의 상용화를 추진하고 있다. 패널 상에서 초대형 모듈 패키징…TSMC SoW 대항마 SoP는 기존 패키징 공정에서 쓰이던 기판(PCB)나 실리콘 인터포저(칩과 기판 사이에 삽입되는 얇은 막)를 사용하지 않고, 사각형 패널 위에서 여러 반도체를 직접 이어붙이는 기술이다. 각 칩의 연결은 칩 하단에 형성된 미세한 구리 재배선층(RDL)이 담당한다. 삼성전자는 기존 FOPLP 등 패널 레벨 패키징에서 쌓아온 기술력을 토대로, 현재 415 x 510mm 크기의 SoP를 연구 개발하고 있다. SoP에 대응하는 가장 대표적인 패키징 기술은 TSMC의 SoW(시스템온웨이퍼)다. 전반적인 구조는 SoP와 유사하나, 패널이 아닌 웨이퍼 상에서 패키징을 진행한다는 점이 다르다. 테슬라·세레브라스 등이 SoW 기술을 통해 슈퍼컴퓨팅용 반도체를 양산한 바 있다. 또한 TSMC는 지난 4월 SoW의 차세대 기술인 'SoW-X'를 공개한 바 있다. TSMC가 발표한 자료에 따르면, SoW-X는 최대 16개의 고성능 컴퓨팅 칩과 80개의 HBM4 모듈을 집적할 수 있다. 양산 목표 시점은 오는 2027년이다. 반면 삼성전자는 패널이 지닌 장점에 주목하고 있다. 첨단 반도체 제조에 주로 쓰이는 웨이퍼는 300mm로, 내부에 가장 큰 직사각형 모듈을 구현할 시 크기가 210 x 210mm 수준이다. 반면 415 x 510mm의 패널에서는 한쪽 면이 210mm을 넘어가는 모듈도 제작이 가능하다. 예컨데 240 x 240mm 급의 초대형 반도체 모듈은 SoW로 양산이 불가능하지만, SoP에서는 2개까지 제작이 가능하다. 다만 SoP를 상용화하기 위해서는 해결해야 할 과제들이 많다는 지적도 나온다. 패널 크기가 매우 큰 만큼, 한 번에 집적된 수 많은 칩들을 안정적으로 연결하거나 평탄화하는 데 어려움이 있기 때문이다. 또한 SoP와 같은 초대형 반도체 모듈 패키징은 반도체 업계에서 아직 수요가 적은 '니치 마켓'에 속한다. 고객사 확보를 통한 레퍼런스 확보가 어렵다는 뜻이다. 테슬라, 전용 칩 대신 '패키징'으로 도조 구현…삼성전자에 중장기 기회 그럼에도 삼성전자가 SoP를 개발하는 이유는 해당 기술의 성장 잠재력에 있다. AI 산업이 고도화로 요구되는 데이터 처리량이 기하급수적으로 늘어나면서, 일부 기업들은 고성능 AI 반도체를 수십 개까지 집적하는 초대형 반도체 모듈을 개발하고 있다. 대표적인 사례가 테슬라다. 앞서 삼성전자는 지난달 28일 테슬라와 22조7천600억원 규모의 반도체위탁생산 계약을 체결했다. 당시 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)는 "삼성전자가 미국 신규 파운드리 팹에서 AI6 칩 양산에 전념하게 될 것"이라고 밝혔다. AI6는 테슬라의 차세대 FSD(Full Self-Driving), 로봇 등에 활용될 수 있는 반도체다. 또한 테슬라의 독자적인 슈퍼컴퓨팅 도조 시스템에도 탑재된다. 당초 테슬라는 'D1' 등 도조용 칩을 자체 개발했으나, 최근 관련 프로젝트 팀을 해체하고 향후 출시될 AI6와 3세대 도조를 통합하기로 했다. 두 칩의 아키텍처를 통일해 개발 효율성을 높이기 위한 선택으로 풀이된다. 이와 관련해 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)는 X(구 트위터)에 "모든 경로가 AI6에 수렴한다는 것이 분명해진 후, 도조 2가 진화의 막다른 길에 도달했기 때문에 프로젝트 철회 및 몇 가지 어려운 인사 결정을 해야 했다"며 "도조 3는 단일 보드에 많은 수에 AI6 칩을 탑재한 형태로 계속 사용될 것"이라고 밝혔다. 결과적으로 테슬라는 최첨단 패키징을 통해 자율주행과 로봇, 데이터센터 등에 필요한 AI 반도체를 차별화할 계획이다. 이에 따라 주요 반도체 기업들의 초대형 반도체 모듈용 패키징 기술 수요가 증가할 것으로 기대된다. 실제로 테슬라는 도조 3에서 인텔의 임베디드 멀티-다이 인터커넥트 브릿지(EMIB) 기술을 활용하려는 것으로 파악됐다. EMIB는 기판 내부에 삽입된 소형 실리콘 브릿지로 칩과 칩을 연결하는 인텔의 자체 2.5D 패키징 기술이다. 이 같은 계약이 성사되는 경우, 테슬라의 주도로 삼성전자 파운드리와 인텔 OSAT(외주반도체패키징테스트)가 결합되는 전례없는 공급망이 구성될 전망이다. 삼성전자 역시 SoP 개발을 통해 차세대 도조용 패키징 공급망 진입을 추진하고 있는 것으로 알려졌다. 사안에 정통한 관계자는 "결정권을 쥔 테슬라가 당장은 인텔의 패키징을 선호하고는 있으나, 삼성전자도 SoP의 수율 개선을 위해 다양한 기술 변혁을 시도하고 있는 것으로 안다"며 "SoP 기술이 얼마나 빨리 고도화되느냐에 따라 도조용 패키징 공급망 진입의 판도가 달라지게 될 것"이라고 설명했다.