삼성전자가 중앙처리장치(CPU)와 메모리반도체를 묶어 하나의 반도체처럼 작동하게 하는 반도체 패키지 신기술을 공개했다. 반도체 패키지 기술은 파운드리 분야에서 미래 경쟁력을 좌우할 정도로 중요성이 높아지고 있다. 초미세공정 뿐만 아니라 패키지 기술 경쟁도 삼성전자와 TSMC의 경쟁이 본격화 할 것으로 전망된다.
삼성전자는 CPU 같은 로직 칩과 고대역메모리(HBM) 4개를 하나로 묶는 패키지 기술 ‘아이큐브4(I-Cube4)(사진)’를 개발했다고 6일 밝혔다. 여러 개의 칩을 1개의 패키지 안에 배치하면 전송속도는 높이고, 패키지 크기는 줄일 수 있는 이점이 있다.
이론적으로는 쉬워보이지만, 실제로 구현하는 데는 상당한 기술적 난이도 있다. 하나의 패키지에 여러 칩이 제대로 작동하려면 연결하는 반도체끼리 선로를 별도로 설치할 때보다 미세하게 할 수 있어야 하고, 전력 공급도 안정적으로 이뤄져야 하기 때문이다.
삼성전자는 칩셋과 반도체 기판 사이에 ‘실리콘 인터포저’를 삽입해 I-Cube4를 구현했다. 인터포저는 칩셋과 기판 사이에 추가적으로 삽입하는 미세회로 기판을 의미한다. 인터포저가 있으면 초미세 회로 구현과 안정적인 전력 공급이 가능하다.
하지만 패키지 안에 칩을 많이 넣을수록 인터포저 면적도 넓어져 공성상 어려움도 커진다. 삼성전자는 A4용지 1장보다 얇은 100마이크로미터(㎛) 수준인 인터포저가 변형되지 않도록 반도체 공정·제조 노하우를 적용했다.
삼성전자는 2019년 바이두의 인공지능(AI) 칩 쿤룬에 HBM이 2개 들어가는 I-Cube2 기술을 적용했다. 삼성전자는 올해 하반기쯤 HBM을 6개 탑재하는 패키지 기술도 선보일 예정이다. PC나 스마트폰은 규격화한 CPU, 메모리 등만 공급하면 됐지만 AI, 자율주행, 웨어러블 등 반도체 사용처가 다양해지면서 반도체 패키지 기술도 점차 다양해지고 있다. 이전에는 팹리스(반도체 설계업체)가 단품만 주문했다면, 앞으로는 CPU, GPU, 메모리 반도체 등을 하나로 묶는 설계를 해 파운드리에 맡길 것으로 예상된다.
김준엽 기자 snoopy@kmib.co.kr
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