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칩렛 관련주 총 출동 AI시대 반도체 전쟁 누가 먼저 선점하는가?

블로그 시작한지 벌써 3개월 입니다. 처음 올려드린 산업이 칩렛 관련주 였는데 이번에 두번째 포스팅을 작성해 봅니다. 최근 미국 중국 대규모 투자로 반도체 패권 다툼을 시작하고 있습니다. 글로벌 기업들이 앞다퉈 칩렛을 개발하고 있고 최근에는 AMD,인텔이 한발 앞서고 있다는 평가가 있습니다.

21세기에는 석유가 글로벌 패권의 중심에서 벗어나고 반도체가 대체로 부상할 것으로 예측되며, 반도체는 AI 시대의 주요 요소로 부상하고 있습니다. 과거에는 반도체가 주로 PC, 스마트폰 및 태블릿에 사용되었지만, 자율주행차, 데이터센터, 서버 등에서의 반도체 수요가 급증하고 있으며, 미국과 중국이 반도체를 중심으로 경쟁하고 있습니다.

현재 반도체 업계에서 가장 큰 관심사는 “칩렛(Chiplet)” 기술입니다. 세계의 반도체 기업들은 칩렛 생태계를 개발하고 선점하기 위해 기술 개발에 주력하고 있습니다.

미국의 삼성 파운드리 포럼에서는 짐 켈러 텐스토렌트 최고경영자(CEO)가 “리스크 파이브(RISC-V), 인공지능(AI)과 차세대 컴퓨팅”을 주제로 발표하며 AI 반도체 개발을 계획하고 칩렛 기술을 적용해 고성능 반도체를 개발할 것이라고 밝혔습니다.

세미콘코리아 2023에서도 칩렛 생태계의 중요성이 강조되었으며, 다양한 기업들이 칩렛 표준 제정을 논의하고 있습니다.

칩렛 기술은 고성능 및 저전력 반도체 생산이 가능한 유일한 방법으로, 전 세계 반도체 전문가들은 이 기술이 반도체 업계를 변화시킬 것으로 예측하고 있습니다.

글로벌 반도체 기업들은 이미 칩렛 기술을 활용한 제품을 선보이고 있으며, 국내 기업들도 칩렛 개발에 속도를 내고 있습니다.

미국과 중국은 칩렛 개발에 적극적으로 투자하고 있으며, 국가 차원에서도 칩렛 투자를 지원하고 있습니다. 그러나 현재 우리나라는 정부 차원에서 칩렛 분야 투자가 제한적인 상황입니다.

칩렛 기술은 반도체 업계의 미래를 주도할 중요한 기술로 인식되며, 국내 정부와 기업들은 이 분야에 더 많은 투자와 지원이 필요하다는 점을 인식하고 있습니다.

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칩렛이란?

고성능 반도체를 생산하기 위해서 반도체를 기능별 단위로 분할하여 제조한 뒤 연결하는 기술입니다.

글로벌 반도체 시장에서 최근 AI 기술이 발전하며 고성능 반도체 수요가 증가함에 따라 대응하기 위해 고안한 최신 기술이라 보시면 됩니다.

최근 주식시장에서 반도체 수율이 정말 중요한 포인트고 또 수율과 관련있는 종목들이 대부분 급등하는 모습을 보이고 있는데 칩렛은 큰 1개의 칩 보다 여러개의 작은 칩을 생산하는데 수율이 유리하다 보시면 됩니다. 작은 칩 여러 개를 생산하니 당연 수율도 오를 수 밖에 없습니다. 한 장 웨이퍼에서 생산하는 값은 같으니까요. 한 장 웨이퍼에서 100개를 생산하는가 아니면 작은 칩으로 1000개를 생산하는가 보면 당연 수율은 1000개 생산 하는게 더 높을 수 밖에 없습니다.

칩렛(Chiplet)은 프로세서를 구성하는 작은 구성 단위 또는 지적재산(IP) 블록 단위로, 레고 블록과 유사한 개념입니다. 각각 다른 기능을 수행하는 여러 칩렛을 모아서 프로세서를 만드는 기술로 볼 수 있습니다. 이와 유사한 개념으로 MCM(Multi Chip Module)이 있습니다. 하지만 MCM은 하나의 단위 칩이 독립적으로 동작할 수 있는 기능을 가지고 있고, 칩렛은 각 칩렛이 독립적으로 동작할 수 없는 차이가 있습니다.

아래 그림에서 확인할 수 있듯이, 가운데의 MCM은 하나의 CPU가 4개의 다이(Die)로 구성되어 있으며, 각 다이가 독립적으로 동작할 수 있도록 연산을 담당하는 코어 복잡체(Core complex) 및 입출력(IO) 등이 포함되어 있습니다. 그러나 오른쪽의 칩렛은 연산을 담당하는 CPU 다이와 외부 입출력을 담당하는 I/O 다이가 분리되어 있습니다.

칩렛이 도입된 이유

성능 향상 : 기존의 단일(Monolithic) 칩은 더 이상 작게 만들 수 있는 물리적 한계에 도달하여 성능 향상에 한계가 있었습니다. 반면에 칩렛은 다양한 기능을 수행하는 여러 작은 칩들을 모아 하나의 프로세서를 구성할 수 있으므로, 성능을 향상시키는 데 유리합니다.

생산 비용 절감 : 칩렛은 작은 칩들을 개별적으로 생산하고 나중에 이를 모아 조립하는 방식으로 생산할 수 있습니다. 이로써 생산 비용을 절감할 수 있습니다. 또한, 칩렛은 고성능 칩을 작게 나누어 제작하고 나중에 결합하기 때문에 수율을 개선할 수 있습니다.

유연성 : 칩렛은 다양한 기능을 수행하는 다양한 칩들을 결합하여 프로세서를 구성할 수 있기 때문에 더 많은 유연성을 제공합니다. 이는 다양한 응용 분야에 맞는 프로세서를 개발하고 제작하는 데 도움이 됩니다.

생산 과정 간소화 : 칩렛을 사용하면 각각의 작은 칩들을 개별적으로 개발하고 테스트할 수 있으며, 이후에 이러한 칩들을 결합하는 단계에서 더 많은 시간과 노력을 들일 수 있습니다. 이로써 개발과 생산 프로세스가 간소화되고 빠르게 진행될 수 있습니다.

Foundry 및 OSAT 업체는 칩렛(Chiplet) 기술의 구현과 관련하여 매우 중요한 역할을 수행합니다.

Foundry (파운드리)

Foundry는 반도체 디자인을 고객으로부터 받아들여 제조하는 역할을 합니다. 즉, 고객 기업들이 디자인한 칩렛을 실제로 제조하는 단계를 담당합니다. Foundry는 고급 반도체 제조 기술과 생산 능력을 보유하고 있어 고객들에게 고성능 칩렛을 제공할 수 있습니다. 칩렛 시대에는 Foundry가 다양한 칩렛 디자인을 수용하고 효율적으로 생산하는 데 큰 역할을 합니다.

OSAT (Outsourced Semiconductor and Test, 아웃소싱 반도체 및 테스트)

OSAT 업체는 제조된 칩렛이 정상 작동하는지 확인하고, 칩렛을 패키징하여 최종 제품을 만드는 역할을 합니다. 칩렛 시대에는 OSAT가 더 중요한 역할을 맡게 됩니다. 왜냐하면 칩렛은 작고 다양한 기능을 수행하므로, 이를 패키징하고 테스트하는 작업이 매우 중요합니다. OSAT는 칩렛 간의 연결 기술을 개발하고, 칩렛을 보드 위에 결합하는 고급 기술을 보유하고 있어야 합니다.

TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)

TSMC는 Foundry로 시작하여 오랜 기간 동안 반도체 제조 분야에서 성과를 거두어온 기업 중 하나입니다. 그러나 TSMC는 높은 수준의 칩렛 연결 기술과 패키징 기술을 보유하고 있어, OSAT 업체로서도 중요한 역할을 수행하고 있습니다. TSMC의 경험과 역량은 칩렛 시대에 필수적이며, 이를 통해 고객들에게 종합적인 칩렛 솔루션을 제공할 수 있습니다.

요약하면, Foundry와 OSAT 업체는 칩렛 기술의 성공적인 구현과 제조에 핵심적인 역할을 하며, 칩렛 시대로의 전환에 따라 그 중요성은 더욱 커질 것으로 예상됩니다. 글로벌 기업들은 이러한 분야에서 패권을 잡으려 새로운 기술과 솔루션을 개발하고 제공할 것으로 기대됩니다.

글로벌 기업들 최근 움직임은?

인텔은 올 하반기에 칩렛 기술을 이용한 14세대 CPU를 출시할 계획을 잡고 있습니다.

엔비디아는 자사 CPU 칩렛을 미디어텍의 차량용 단일칩시스템에 탑재 한다고 발표하였고.

AMD는 지난해 11월 RDNA3 아키텍처를 출시하였습니다. 아키텍처는 하나의 그래픽처리장치에 6개의 메모리처리장치를 결합해 칩렙 기술을 이용하였습니다.

칩렛은 패키징 업체의 중요성이 커지게 됩니다. 칩렛이 주목받는 또 하나의 이유는 고객사에 요구에 따라 주문 제작이 용이합니다.

TSV관련주

한미반도체 – 고속 HBM 메모리 생산에 활용되고 있음 HBM 대장주

코스텍시스 – TSV 공정에서 범핑볼 형성 전 유기물을 제거하는 플라즈마 방식의 장비를 개발 중국에 수출중

오로스테크놀로지 – 오버레이 계측은 반도체 웨이퍼 상부층과 하부층 간의 회로 패턴 정렬도를 검사하는 장비를 만들어 판매하고 있습니다.

자비스 – 2차전지 검사장비도 하고 있지만 세계 최초로 삼성전자에 플립칩 범프 납땜 상태의 결함과 불량을 검출하는 검사장비를 납품한 이력이 있습니다.

케이씨텍 – TSV 기술을 위해 구멍을 만들 때 표면을 연마하여 부드럽게 만들어 잘 결합할 수 있게 만드는 기술을 보유하고 있습니다.