최시영 삼성전자 파운드리사업부 사장이 9일 서울 강남구 삼성동 코엑스에서 열린 '삼성 파운드리 & 세이프(SAFE) 포럼 2024'에서 이같이 말했다.
이날 최 사장은 "지난해에는 글로벌 경기회복을 방해하는 여러 요인이 발현하며 시장이 위축됐으나 다행히 세계 경제는 저점을 지나 회복세에 도입했다"며 "특히 침체된 시장 환경에서도 AI는 가장 빠르게 진화해왔고 속도는 놀라운 수준"이라고 말했다. 이어 "진화가 계속되려면 다양한 분야에서 기술 혁신이 반드시 이뤄져야 하는데, 반도체 혁신은 어느 때보다도 필요한 시점"이라고 덧붙였다.
그러면서 "AI에 요구되는 성능이 증가할수록 그에 따른 에너지 소모량도 계속 증가하는 추세"라며 "전 세계 데이터 센터에서 사용하는 전력 소비량 2022년에는 전체 전력 수요의 2% 수준이었지만, 전 세계적 AI 열풍으로 2026년에는 최대 2배 늘어날 것"이라고 전망했다. 특히 이 같은 에너지 소비량의 폭발적인 증가는 AI 발전에 상당한 제약으로 작용할 수 있다고 강조했다.
아울러 최 사장은 막대한 개발 비용도 해결이 필요하다고 주장했다. 그는 "다양한 전문지식과 대용량 데이터를 학습시키며 정확도까지 확보하기 위해 필요한 컴퓨팅 자원도 비례해서 늘어나고, 이는 결국 개발비용 증가로 이어진다"며 "이러한 장치를 구현하기 위해선 고가 반도체가 대량으로 필요하고, 이는 인프라 운영 비용 증가로 이어져 고객에게 부담으로 작용한다"고 설명했다. 이어 "이들에게 필요한 설계·고성능 설계 자산(IP)·공정·패키지 등 개별 솔루션뿐 아니라 설계·제조·시스템 개발의 검증까지 전체적인 과정을 통합적으로 제공할 수 있는 서비스가 필요하다"며 "AI 솔루션 일괄 생산(턴키) 서비스로 차별화에 나서겠다"고 언급했다.
삼성전자는 기술적 측면에서는 '게이트 올 어라운드(GAA)' 기술을 지속적으로 강화해 공정 경쟁력을 높이겠다는 방침이다. 'GAA'는 반도체를 구성하는 트랜지스터 게이트(전류가 드나드는 문)와 채널(전류가 흐르는 길)이 닿는 면을 4개로 늘린 차세대 기술로, 기존 핀펫(FinFET) 대비 데이터 처리 속도가 빠르고 전력 효율이 높다. 앞서 삼성전자는 지난 2022년 세계 최초로 GAA 공정을 3나노에 적용해 양산에 성공했다. 안정된 성능과 수율을 기반으로 3나노 2세대 공정 역시 계획대로 순항 중이다.
아울러 최 사장은 'GAA' 기반 2나노 공정 로드맵에서 '후면전력공급 기술(BSPDN)'을 적용한 'SF2Z' 공정을 추가해 오는 2027년 예정대로 최첨단 1.4나노 공정을 제공할 예정이라고 밝혔다. 'BSPDN'은 전류 배선층을 웨이퍼 후면에 배치하는 기술로, 이를 통해 초미세 공정이 가능하다. BSPDN을 적용하면 전력 개선 효과뿐만 아니라 전류 흐름을 불안정하게 만드는 전압강하 현상을 대폭 줄여 고성능 컴퓨팅 설계 성능을 향상시킨다. 경쟁사인 TSMC는 이르면 내년, 인텔은 올해 말 이 기술을 적용할 예정이다.
이 밖에 데이터센터의 신호 손실과 발열로 인한 비용 증가 문제를 해결하기 위해 새로운 인터커넥트 기술도 채택한다. 삼성전자는 기존에 주로 사용하던 구리(Copper) 인터커넥트를 실리콘 포토닉스로 대체할 계획이다. 포토닉스는 전자와 빛으로 구현한 광자(Photon)를 이용한 소자로, 이를 통해 반도체 칩의 데이터 처리 속도를 높일 수 있다.
최 사장은 "포토닉스 기술은 효율성과 성능을 극대화하기 때문에 데이터센터와 같은 대규모 인프라에서 고속 신호 전송 시 신호 손실을 최소화하고 칩 간격 조정 등을 통해서 관련 문제를 해결하는 중요한 역할을 할 것"이라며 "이런 포토닉스 기술을 2027년 완성할 계획으로, 해당 기술까지 확보한다면 AI 시대 데이터센터 기술 발전에 필요한 모든 핵심 요소를 갖춰 종합 패키지인 원스톱 AI 솔루션을 완성할 수 있을 것"이라고 말했다.
한편, 이번 포럼에서 삼성전자는 국내 우수한 팹리스 업체들이 HPC·AI 분야에서 영향력을 빠르게 확대해 나갈 수 있도록 디자인 솔루션(DSP)들을 적극적으로 지원하겠다고도 밝혔다. 삼성은 국내 고객들이 최신 공정기술을 활용할 수 있도록 기술지원을 제공하고 있으며 시제품 생산을 위한 'MPW 서비스'를 운영하고 있다. 이 서비스를 활용하는 고객은 단일 웨이퍼에 여러 종류의 설계를 배치하여 테스트하는 등 제조 비용을 절감하고 더욱 완성도 높은 반도체를 개발할 수 있다.
삼성전자의 올해 MPW 서비스 총 횟수는 4나노 공정부터 고성능 전력반도체를 생산하는 BCD(아날로그·디지털 신호제어와 고전압 관리 트랜지스터를 하나의 칩에 구현한 것) 130나노 공정까지 32회로 작년 대비 약 10% 증가했다. 오는 2025년에는 35회까지 확대한다. 국내 팹리스와 DSP의 수요가 많은 4나노의 경우, 내년 MPW 서비스를 올해보다 1회 더 추가 운영해 HPC, AI 분야 국내 첨단 반도체 생태계 확대를 적극 지원할 계획이다.
최 사장은 "국내 팹리스 고객들과의 협력을 위해 선단 공정 외에도 다양한 스페셜티 공정 기술을 지원하고 있다"며 "AI 전력 효율을 높이는 BCD와 엣지 디바이스의 정확도를 높여주는 고감도 센서 기술 등 스페셜티 솔루션을 융합해 나가며 고객에게 가장 필요한 AI 솔루션을 제공해 나갈 것"이라고 강조했다.
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