올해는 우리나라는 물론 유럽, 미국, 일본할 것 없이 북반구 여러 지역이 폭염에 시달리고 있습니다. 이렇게 더우면 사람만 힘든 게 아니라 기계도 힘들 수 밖에 없습니다. 컴퓨터 같은 전자 기기 역시 열에 매우 취약해 냉방이 아주 중요합니다. 특히 하루 24시간 365일 가동해야 하는 서버는 여름은 물론 1년 내내 냉각에 상당한 에너지와 비용을 소모하고 있습니다. 최근 건설된 데이터 센터들은 서버 냉각에 들어가는 에너지가 전체 에너지의 40%에 육박하고 있습니다. 서버로 각종 업무를 처리하는 것이 아니라 단지 서버를 식히기 위해 엄청난 전기와 비용이 소모되는 것입니다. 주요 IT 기업들은 서버를 더 효과적으로 식힐 수 있는 방법을 찾기 위해 노력하고 있습니다. 이런 노력 중 하나가 서버를 아예 액체 속에 담그는 것입니다. 액체의 밀도는 공기보다 월등히 높으므로 액체를 사용한 수랭식 냉각 시스템이 공랭 냉각 시스템보다 더 많은 열을 처리할 수 있습니다. 일반적인 내연 기관용 수랭식 시스템과 마찬가지로 컴퓨터 수랭 시스템도 CPU나 그래픽 카드 등 일부 부품에 열 교환기, 펌프, 라디에이터 등을 연결해 냉각시키는 방식입니다. 액침 냉각(Immersion Cooling)은 여기서 한 걸음 더 나아가 아예 시스템 전체를 액체에 넣는 방식입니다. 액침 냉각이 수랭식보다 더 우월한 점은 시스템 전체를 식힐 수 있다는 것입니다. 컴퓨터에서 가장 열이 많이 발생하는 부품은 CPU나 GPU이지만, 사실 메모리나 다른 보조 칩(칩셋이나 컨트롤러 칩), 저장 장치, 전원부의 발열량도 상당합니다. 특히 전원부는 프로세서만큼이나 뜨거운 부분입니다. 이렇게 열을 많이 받는 부품은 결국 시스템 전체의 수명을 갉아먹고 고장의 원인이 될 수 있습니다. 물론 메인보드 기판 역시 장시간 열을 받으면 변성이 오거나 수명이 짧아집니다. 수랭식이든 공랭식이든 부품의 일부만 효과적으로 식히기 때문에 나머지 부품은 상당한 열을 받아야 합니다. 하지만 아예 시스템 전체를 액체에 넣게 되면 모든 부품의 온도를 균일하게 유지할 수 있습니다. 작년 마이크로소프트가 공개한 프로토타입 액침 서버는 액체의 끓는 점이 섭씨 50도에 불과해 시스템 전체를 이 온도 아래로 유지할 수 있습니다. 3M에서 개발한 불소 기반의 액체 냉매가 사용된 것으로 알려져 있습니다. 하지만 액침 냉각에 관심을 보이는 거대 IT 기업은 마이크로소프트만이 아닙니다. 인텔 역시 이 기술에 큰 관심을 보이고 있습니다.최근 인텔은 액침 냉각 전문 회사인 GRC와 함께 관련 기술을 개발한다고 발표했습니다. 두 회사는 액침 냉각 기반의 고성능 컴퓨팅(HPC) 시스템을 개발할 예정입니다. 인텔이 액침 냉각 기술에 관심을 보인 것은 최근 프로세서의 칩렛 구조와 거대화가 배경으로 풀이됩니다. 과거 프로세서 업계는 더 크고 복잡한 프로세서를 만들어도 미세 공정을 도입해 발열량과 전력 소모량을 억제할 수 있었습니다. 하지만 최근 반도체의 회로 미세화가 물리적 한계에 근접하면서 더 작은 트랜지스터를 만드는 일이 점점 더 복잡하고 어려워지고 있습니다. 따라서 인텔, AMD, 엔비디아 등 여러 프로세서 제조사들은 여러 개의 작은 칩을 하나로 묶어 거대한 칩을 만드는 칩렛 방식을 도입하고 있습니다. 특히 인텔은 수십 개 이상의 타일로 구성된 거대한 복합 프로세서 기술을 개발하고 있습니다. 프로세서 하나의 전력 소모량이 앞으로는 1000W도 넘을 것이라는 이야기가 나오는 배경입니다. 이렇게 엄청난 발열량을 지닌 프로세서가 있다면 주변 부품과 메인보드 기판이 받는 열도 상당할 수밖에 없습니다. 아예 시스템 전체를 액체에 넣어 식히는 것이 더 합리적인 해결책이 될 수 있는 이유입니다. 다만 이번 발표가 인텔이 액침 냉각 서버 시스템과 데이터 서버를 반드시 출시할 것이라는 이야기는 아닙니다. 인텔은 7억 달러를 투자해 데이터 센터 및 서버 시스템 냉각 기술을 개발하고 있으며 이번 발표 역시 그중 하나입니다. 하지만 지구는 계속 뜨거워지고 있고 데이터 센터에 있는 서버가 내뿜는 열기도 점점 늘어나고 있습니다. 획기적인 전력 효율 향상 기술이 도입되지 않는 이상 액침 냉각 기술 같은 신기술의 필요성은 계속 커질 수밖에 없습니다. 

“메모리에 이어 파운드리를 포함한 시스템반도체 분야에서도 확실히 1등을 하도록 하겠다.”(2019년 시스템반도체 비전 선포식) 삼성전자가 전 세계 최초로 3나노(㎚·나노미터) 반도체 양산에 성공하며 이재용 삼성전자 부회장의 ‘2030년 시스템반도체 1위’ 목표에 한 발짝 더 다가서게 됐다. 삼성전자는 게이트올어라운드(GAA) 기술을 적용한 3나노 파운드리(반도체 위탁생산) 공정 기반의 초도 양산을 시작했다고 30일 밝혔다. 3나노 공정은 현재 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술로, GAA 기술을 적용한 것은 삼성전자가 첫 사례다. 파운드리 독립사업부를 꾸린 지 5년 된 삼성전자가 35년 역사를 자랑하는 파운드리 1위 업체 대만의 TSMC보다 기술적 우위에 선 것이다. 삼성전자는 3나노 반도체를 ‘게임 체인저’로 삼고 1위 추격에 본격 시동을 건다. 3나노는 반도체 회로의 선폭을 가리키는 것으로, 머리카락 굵기의 10만분의3 수준이다. 선폭이 좁을수록 고효율, 고성능, 저전력의 반도체를 만들 수 있다. 웨이퍼에서 더 많은 칩을 만들 수 있어 생산성도 높아진다. GAA는 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 ‘채널’ 4개 면을 스위치 역할을 하는 게이트가 상하좌우 전방위로 감싸는 형태다. 위·왼쪽·오른쪽 3개 면만 감싸는 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력은 45% 절감되고 성능은 23% 높아진다. 면적도 16% 축소돼 더욱 효율적인 활용이 가능하다. 내년에 도입할 GAA 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적 35% 축소 등으로 대폭 진화한다.삼성전자가 파운드리 시장에서 기술로 먼저 치고 나가는 것은 높은 성장성 때문이다. 시장조사기관 옴디아에 따르면 3나노 이하 글로벌 파운드리 매출(종합반도체기업 제외)은 올해 39억 7100만 달러(약 5조원)에서 2025년 254억 500만 달러(약 33조원)로 3년 새 539.8% 급증할 것으로 전망된다. 이에 삼성전자는 파운드리 고객사를 2017년 30곳에서 지난해 100곳 이상으로 4년 만에 약 3배 이상 늘리는 등 적극적인 영토 확장에 나서고 있다. 삼성전자는 2026년까지 고객사를 300곳 이상 확보하겠다는 목표다. 특히 이번 3나노 양산은 독보적 1위인 TSMC보다 초미세공정 기술력에서 한발 앞서게 됐다는 점에서 의미가 크다. TSMC는 올 하반기에 GAA가 아닌 기존 핀펫 기반 3나노 반도체를 양산할 계획이다. 옴디아에 따르면 지난해 기준 TSMC가 전 세계 파운드리 시장 매출의 49.5%를 차지하고 있다. 삼성전자(16.3%), UMC(7.3%) 글로벌파운드리(5.8%), SMIC(4.8%)가 뒤를 잇는다. 결국 삼성전자의 최우선 과제는 추가 고객사를 끌어들여 점유율을 가져오는 데 있다. 3나노 파운드리 고객사로는 현재 글로벌 팹리스(생산시설 없이 반도체 설계를 전문으로 하는 업체)인 AMD, 퀄컴 등이 거론된다. 충분한 수율(양품 비율)을 내는 것도 관건이다. 수율이 60%라면 10개 제품을 생산해 4개 제품은 불합격을 받는다는 의미다. 앞서 삼성전자는 4나노 공정 수율에선 TSMC에 밀린다는 평가를 받았지만 3나노 공정 수율은 개선된 것으로 전해졌다. 삼성전자 관계자는 “구체적인 수치를 밝힐 수는 없지만 원활한 공급이 가능하다고 판단되는 수준까지 올라왔다”고 밝혔다. 삼성전자 파운드리사업부장 최시영 사장은 “앞으로도 차별화된 기술을 적극 개발하고, 공정 성숙도를 빠르게 높이는 시스템을 구축해 나가겠다”고 말했다.

삼성이 지난달 2026년까지 450조원을 반도체·바이오에 투자하겠다는 계획을 밝힌 가운데 삼성전자가 메모리반도체에선 절대 우위를 유지하고 시스템반도체에선 2030년까지 선두에 서겠다는 목표를 향해 절치부심하고 있다. 삼성전자는 첨단 공정을 조기에 개발하고 선제적으로 투자에 나서 글로벌 반도체 시장에서 리더십을 더욱 공고히 할 계획이다. 메모리는 기술·원가 경쟁력 격차를 다시 넓혀 나간다. 혁신적인 차세대 제품 솔루션 개발을 통해 1위 자리를 단단히 다진다는 방침이다. 특히 ‘시스템반도체 비전 2030’을 달성하기 위해 연구 개발은 물론 시설 투자를 가속화한다. 삼성전자는 지난해 8월 세계 최대 규모의 반도체 공장인 평택 2라인을 가동했다. 올해 하반기 완공될 평택 3라인의 클린룸 규모는 축구장 25개 크기로, 최첨단 기술이 적용된 팹이다. 세계 최대 규모의 반도체 공장인 평택캠퍼스는 최첨단 제품을 양산하는 전초 기지이자 글로벌 반도체 공급 기지로서 더욱 주도적인 역할을 하게 될 것으로 전망된다. 삼성전자는 미국에 새 파운드리 반도체 생산 라인 건설 부지로 텍사스주 테일러시를 낙점하기도 했다. 테일러시에 세워지는 신규 라인은 올해 착공해 2024년 하반기에 본격적으로 가동된다. 건설·설비 등 예상 투자 규모는 170억 달러(약 21조원)에 이른다. 신규 라인에는 첨단 파운드리 공정이 적용될 예정으로 5G, 고성능컴퓨팅(HPC), 인공지능(AI) 등 다양한 분야의 첨단 시스템반도체가 만들어질 예정이다. 이를 통해 AI, 5G, 메타버스 관련 반도체 분야를 이끌어 가는 세계 주요 시스템반도체 고객사에 첨단 미세 공정 서비스를 더욱 원활하게 제공한다는 계획이다. 이번 라인 건설로 삼성전자는 기흥·화성과 평택, 미국 오스틴·테일러를 잇는 글로벌 시스템반도체 생산 진용을 탄탄하게 갖추게 된다. 삼성 관계자는 “새로운 생산 체계가 짜이면 기존 파트너사들의 수요에 신속하게 대응할 수 있을 뿐 아니라 새로운 고객사를 확보하는 데도 속도를 낼 수 있을 것”이라며 “이를 통해 글로벌 반도체 공급망을 안정화하고 4차 산업혁명 가속화 등 차세대 정보기술(IT) 산업을 발전시키는 데도 기여할 것으로 기대된다”고 말했다. AI, 로봇 등 미래 신사업 역량도 높이고 있다. AI 선행 기술을 확보하기 위해 서울, 영국 케임브리지, 캐나다 토론토·몬트리올, 러시아 모스크바, 미국 실리콘밸리·뉴욕 등에서 7개의 글로벌 AI 센터를 운영하고 있다. 로봇 산업에서도 핵심 기술 개발, 폼팩터 다양화를 통해 ‘로봇의 일상화’를 추진하고 있다.

삼성전자가 지난해 반도체 매출에서 미국 인텔을 넘어서며 세계 1위에 복귀한 데 이어 올해 1분기에도 가장 많은 매출을 올린 것으로 집계됐다. 삼성전자는 메모리에 편중된 한계를 ‘초격차 기술’로 극복 시스템과 파운드리(위탁생산) 등 반도체 산업 전 분야 경쟁력을 끌어올려 반도체 글로벌 1위 굳히기에 들어간다는 전략이다.24일 시장조사업체 옴디아에 따르면 삼성전자는 올해 1분기 반도체 사업에서 201억 5500만 달러(약 26조원)의 매출을 기록, 동기 대비 글로벌 반도체 기업 중 매출 1위를 유지했다. 특히 계절적 반도체 비수기임에도 전 분기 대비 199억 9500만 달러(0.8%) 가량 매출이 증가했다. 삼성전자는 지난해 3분기를 기점으로 메모리 반도체 대호황이었던 2018년 4분기 이후 약 3년만에 인텔의 매출을 앞지른 뒤 3분기 연속으로 매출 1위 자리를 지켰다. 반면 인텔의 1분기 매출은 178억 2700만 달러(약 23조원)로 전 분기 대비 10.8% 줄었다. 이는 인텔의 주력제품인 마이크로프로세서유닛(MPU) 매출이 정체된 탓으로 풀이된다. 옴디아는 “지난해 4분기 간발의 차이로 인텔을 추월한 삼성전자는 올해도 1위를 차지했다”라면서 “1분기 삼성전자의 메모리 매출은 견조한 반면, 인텔의 MPU 매출은 약세를 보였다”고 설명했다. SK하이닉스는 1분기 99억 4100만 달러(약 12조 9300억원)를 기록하며 전 분기 대비 3.2% 감소했지만 1분기 95억 4800만 달러(약 12조 4200억원) 매출을 올린 퀄컴에 앞서며 3위를 유지했다. 1분기 반도체 시장 전체 매출은 1593억 400만 달러(약 207조원)로, 지난해 4분기 1593억 4700만 달러 대비 0.03% 감소했다. 옴디아는 “반도체 시장은 지난 2020년 4분기를 시작으로 5분기 연속 신기록을 수립했으나 고원에 도달했다”라면서 “다만 시장 규모를 감안할 때 감소가 매우 작고, 올해 1분기 매출은 역대 2번째로 많은 수준”이라고 전했다. 한편 2030년까지 시스템 반도체 분야 1위 달성을 목표로 한 ‘시스템 반도체 2030 비전’을 가동 중인 삼성전자는 파운드리 시장 격차를 좁힐 카드로 꼽히는 3나노미터(㎚=10억분의1ｍ) 반도체 공정 양산을 내주 본격화한다. 3나노 반도체 양산은 세계 최초로, 삼성은 다음 주중 이를 공식화할 것으로 알려졌다. 앞서 삼성전자는 차세대 GAA(Gate-All-Around) 기반 3나노 반도체를 경쟁사인 대만 TSMC보다 앞선 올 상반기 중 양산한다는 계획을 밝힌 바 있다.GAA는 기존 핀펫(3D 구조화) 기술보다 칩 면적을 줄이고 소비 전력은 감소시키면서 성능은 높인 신기술로, 반도체 소형화와 고성능화를 함께 실현할 수 있다. 이재용 부회장은 지난달 조 바이든 미국 대통령의 평택 반도체 공장 방문 당시 한미 양국 정상에게 이 기술을 적용한 3나노 시제품을 소개하며 양산을 앞두고 있음을 예고하기도 했다. 삼성전자는 이달 중 3나노 반도체 양산을 시작으로 내년에는 3나노 2세대, 2025년에는 GAA 기반 2나노 공정 양산에 착수하는 ‘초격차 기술’ 전략으로 파운드리 1위 기업 TSMC와의 점유율 격차를 단기간에 따라잡겠다는 계획이다.

이건희 삼성전자 회장의 신경영 선언 29주년인 지난 7일 유럽 출장에 나선 이재용 부회장이 ‘승어부’(아버지를 능가한다는 뜻)를 이룰 ‘반도체 초격차’ 전략에 전력 질주하고 있다. 메모리반도체에서 일궈 낸 ‘1등 DNA’를 시스템반도체, 파운드리(반도체 위탁생산)에도 심어 2019년 선언한 ‘반도체 비전 2030’(2030년까지 시스템반도체 1위)을 달성함으로써 삼성의 도약은 물론 새 정부의 반도체 초강대국 구축에도 기여하겠다는 결단이 작용한 것이다. 삼성전자는 이 부회장이 14일(현지시간) 네덜란드 에인트호번의 ASML 본사를 찾아 피터 베닝크 최고경영자(CEO), 마르틴 판 덴 브링크 최고기술책임자(CTO)를 만나 협력 강화 방안을 논의했다고 15일 밝혔다. 이 부회장이 ASML 본사를 찾은 건 2020년 10월 이후 20개월 만으로, 반도체 장비업계의 절대강자인 ASML의 극자외선(EUV) 노광장비를 한 대라도 더 얻어내기 위해 직접 구애에 나선 것이다. 이 자리에는 반도체 사업을 이끄는 경계현 사장(DS부문장)도 동행했다.극자외선으로 반도체에 미세 회로를 새기는 EUV 노광장비는 고성능·고용량·저전력의 차세대 반도체를 생산하는 필수품이다. 하지만 한 해 만들 수 있는 장비가 40~50대에 불과해 공급량이 발주량을 못 따라간다. 가뜩이나 반도체 수요 증가 현상이 심화되며 ASML 장비를 가져가려는 업체 간 경쟁이 치열하다 보니 이 부회장이 본사까지 직접 날아가 장비 확보전에 뛰어든 것이다. 이번 회동으로 장비 확보에 유리한 위치를 선점한 이 부회장은 ASML과의 기술 협력을 더욱 공고히 해 파운드리 경쟁력을 높이고 메모리반도체 초격차를 이루는 데 속도를 높일 계획이다. 이 부회장은 다음날인 15일에는 벨기에 루벤의 유럽 최대 규모 종합반도체연구소 IMEC를 찾아 루크 판 덴 호브 CEO와 반도체 최신 기술, 연구개발 방향 등을 긴밀히 논의했다. 인공지능(AI), 바이오, 미래 에너지 등 IMEC에서 진행하고 있는 첨단 분야 연구 과제를 소개받고 연구개발 현장을 꼼꼼히 살펴보기도 했다. 삼성 관계자는 “이 부회장이 ASML와 IMEC를 연이어 찾은 것은 삼성이 차세대 기술 개발을 가속화하고 미래 시장 개척에 적극 나서겠다는 ‘승어부’를 위한 신호탄으로 볼 수 있다”고 말했다. 이 부회장이 EUV 장비 확보의 해결사로 나설 수 있었던 건 ASML 경영진과 오랜 기간 전략적 협력 관계를 이어 온 글로벌 네트워킹 역량이 발휘된 것이라는 평가도 나온다. 이 부회장은 이번 출장에서 유럽 주요 파트너사 수장들뿐 아니라 마르크 뤼터 네덜란드 총리와 같은 정치인과도 회동하며 ‘반도체외교’에 총력전을 폈다. 14일 헤이그의 총리 집무실에서 뤼터 총리와 만난 그는 삼성전자가 ASML 장비를 안정적으로 공급받을 수 있게 해 달라고 협조를 요청했다. 삼성 관계자는 “양국 간 협력 강화는 한국 반도체산업이 더 빠르게 성장하는 촉매로 작용할 것으로 기대된다”고 말했다.

고 이건희 삼성전자 회장의 신경영 선언 29주년인 지난 7일 유럽 출장에 나선 이재용 부회장이 ‘승어부’(아버지를 능가한다는 뜻)를 이룰 ‘반도체 초격차’ 전략에 전력질주하고 있다. 메모리반도체에서 일궈낸 ‘1등 DNA’를 시스템반도체, 파운드리(반도체 위탁생산)에도 심어 2019년 선언한 ‘반도체 비전 2030’(2030년까지 시스템반도체 1위)을 달성함으로써 삼성의 도약은 물론 새 정부의 반도체 초강대국 구축에도 기여하겠다는 결단이 작용한 것이다. 삼성전자는 이 부회장이 14일(현지시간) 네덜란드 에인트호번의 ASML 본사를 찾아 피터 베닝크 최고경영자(CEO), 마틴 반 덴 브링크 최고기술책임자(CTO)를 만나 협력 강화 방안을 논의했다고 15일 밝혔다.이 부회장이 ASML 본사를 찾은 건 2020년 10월 이후 20개월 만으로, 반도체 장비업계의 ‘절대강자’인 ASML의 극자외선(EUV) 노광장비를 한 대라도 더 얻어내기 위해 직접 구애에 나선 것이다. 이 자리에는 반도체 사업을 이끄는 경계현 사장(DS부문장)도 동행했다. 극자외선으로 반도체에 미세 회로를 새기는 EUV 노광장비는 고성능·고용량·저전력의 차세대 반도체를 생산하는 ‘필수품’이다. 하지만 한 해 만들 수 있는 장비가 40~50대에 불과해 공급량이 발주량을 못 따라간다.가뜩이나 반도체 수요 증가 현상이 심화되며 ASML 장비를 가져가려는 업체 간 경쟁이 치열하다 보니 이 부회장이 본사까지 직접 날아가 장비 확보전에 뛰어든 것이다. 이번 회동으로 장비 확보에 유리한 위치를 선점한 이 부회장은 ASML과의 기술 협력을 더욱 공고히 해 파운드리 경쟁력을 높이고 메모리반도체 초격차를 이루는 데 속도를 높일 계획이다. 이 부회장은 다음날인 15일에는 벨기에 루벤의 유럽 최대 규모 종합반도체연구소 IMEC를 찾아 루크 반 덴 호브 CEO와 반도체 최신 기술, 연구개발 방향 등을 긴밀히 논의했다. 인공지능(AI), 바이오, 미래 에너지 등 IMEC에서 진행하고 있는 첨단 분야 연구 과제를 소개받고 연구개발 현장을 꼼꼼히 살펴보기도 했다. 이는 삼성이 지난달 5년간 450조원 규모의 투자를 단행하겠다고 발표한 미래 신사업 분야와 맞아떨어진다.삼성 관계자는 “이 부회장이 ASML와 IMEC를 연이어 찾은 것은 삼성이 차세대 기술 개발을 가속화하고 미래 시장 개척에 적극 나서겠다는 ‘승어부’를 위한 신호탄으로 볼 수 있다”며 “이 부회장과 삼성전자는 앞으로 세계 반도체 시장에서 주도권 확대를 위해 더욱 공격적인 행보를 펼쳐나갈 것”이라고 말했다. 이 부회장이 EUV 장비 확보의 ‘해결사’로 나설 수 있었던 건 ASML 경영진과 오랜 기간 전략적 협력 관계를 이어온 글로벌 네트워킹 역량이 발휘된 것이라는 평가도 나온다. 이 부회장은 이번 출장에서 유럽 주요 파트너사 수장들뿐 아니라 마르크 뤼터 네덜란드 총리와 같은 정치인과도 회동하며 ‘반도체 외교’에 총력전을 폈다. 14일 헤이그의 총리 집무실에서 뤼터 총리와 만난 그는 삼성전자가 ASML 장비를 안정적으로 공급받을 수 있게 해달라고 협조를 요청했다. 삼성 관계자는 “양국 간 협력 강화는 한국 반도체 산업이 더 빠르게 성장하는 촉매로 작용할 것”이라고 기대했다.

작년 인텔은 12세대 코어 프로세서인 엘더 레이크를 선보이며 한동안 소비자용 PC 시장에서 보였던 열세를 크게 만회했습니다. 오랜 시간 14nm에 머물러 있던 미세 공정을 최신 미세 공정으로 변경하면서 아키텍처 역시 대대적으로 개선했습니다. 덕분에 앨더 레이크의 골든 코브 코어의 성능은 전 세대 대비 동일 클럭에서 19% 정도 성능이 향상됐습니다.  제국의 역습에 놀란 AMD는 캐시 메모리 용량을 3배 늘린 3D V 캐시를 통해 이에 대응했습니다. AMD의 주장대로 캐시 메모리를 3배를 늘린 결과 게임 성능이 크게 향상됐습니다. 하지만 3D V 캐시 모델은 일부에 국한되어 있어 반도체 제조 공정과 CPU 아키텍처를 개선한 인텔에 맞서기 위해서는 역시 같은 수준의 변화가 필요합니다. 올해 AMD가 예고한 변화는 Zen 4 아키텍처와 5nm 미세공정입니다.  물론 아키텍처 개선과 미세 공정만이 전부는 아닙니다. AMD는 Zen 4에서 주변 환경의 큰 변화를 예고했습니다. 가장 큰 변화는 DDR5와 PCIe 5.0의 지원인데, 덕분에 구형 메인보드와 호환되지 않습니다. 기존 메인보드에 새 CPU만 장착해서 사용할 수 없다는 점은 아쉽지만, 메모리와 주변 기기 성능 향상을 위해서는 어쩔 수 없는 선택입니다.  다만 이런 큰 변화에도 클럭 당 성능인 IPC 상승은 8-10% 수준으로 생각보다 낮은 편입니다. 최대 클럭이 5.5GHz로 높아지면서 전체 성능은 15% 이상 높아지지만, 앨더 레이크와 비교하면 특출 나다고 할 순 없는 수준입니다. 한 세대 정도는 AMD가 크게 불리해지지 않을 수준이지만, 만약 몇 세대 동안 이런 일이 누적되면 성능 차이가 다시 상당히 벌어집니다. AMD의 Zen 5 아키텍처에 관심이 쏠리는 이유입니다.  2024년 등장 예정인 Zen 5에서는 Zen 아키텍처 도입 후 가장 큰 변화가 있을 예정입니다. 구체적인 내용은 밝히지 않았지만, CPU의 핵심 구조인 파이프라인 프론트 엔드를 바꾸고 더 넓은 명령어 처리 능력을 지녀 같은 클럭에서 더 높은 성능을 구현할 것으로 보입니다. 또한 인공지능 관련 기능도 통합해 더 높은 인공지능 연산 능력을 지닐 것입니다. 여기에 Zen 5 기반 프로세서들은 TSMC의 4nm 및 3nm 공정에서 제조됩니다. TSMC 3nm는 5nm의 개량형인 4nm와 달리 완전히 새로운 공정이기 때문에 더 큰 폭의 성능 향상을 기대할 수 있습니다.물론 AMD가 주장한 것처럼 Zen 5가 정말 완전히 새로운 마이크로아키텍처(All-new microarchitecture)라고 해도 Zen 아키텍처가 처음 도입되었을 때처럼 40% 수준의 성능 향상은 기대하기 어려울 것입니다. 다만 대대적인 아키텍처 개선을 통해 Zen 4에서 다 못한 일을 해내야 앞으로 인텔이나 ARM 진영과의 경쟁에서 가능성이 있습니다.  Zen 5 기반 제품들은 데스크탑 CPU인 그래나이트 릿지 (Granite Ridge)와 노트북용 CPU/GPU 통합 제품군인 스트릭스 포인트 (Strix Point), 그리고 서버 제품군인 튜린 (Turin) 패밀리로 나뉘게 됩니다. 크게 3가지 제품군처럼 Zen 제품군 역시 3가지로 나뉘는데, 기본 Zen 5 코어와 Zen 5 + 3D V 캐시, 그리고 Zen 5c (compact) 코어입니다. 사실 이 구성은 Zen 4에서부터 도입됩니다.  크기가 작은 콤팩트 코어의 도입은 같은 면적에 더 많은 코어를 집어넣기 위한 것입니다. 최신 x86 CPU들은 고성능을 위해 아키텍처를 더 복잡하게 만들면서 면적도 점점 커져서 코어 숫자를 늘리기 힘들게 되고 있습니다. 서버 CPU처럼 코어 숫자가 많을수록 유리한 상황에서는 불리한 조건입니다. AMD는 Zen 4c 코어를 통해 사상 최초로 100개 이상의 코어 (128개)를 집적한 CPU인 베르가모를 2023년 내놓을 예정입니다. Zen 5에서도 같은 방법으로 싱글 쓰레드 성능을 일부 희생하고 코어 숫자를 더 늘린 서버 프로세서를 내놓을 것으로 보입니다.  올해 CPU 시장은 AMD와 인텔이 서로 공수를 주고받으면서 한쪽이 유리하지 않은 형태로 흘러갈 것으로 보입니다. 내년에 등장할 예정인 인텔 메테오 레이크 (14세대 코어 프로세서)와 내후년에 등장할 예정인 Zen 5가 어떻게 나오냐에 따라 CPU 시장의 흐름이 달라질 것으로 보여 앞으로 공개되는 내용이 주목됩니다. 

SK하이닉스는 현존 세계 최고 성능 D램인 ‘HBM3’의 양산을 시작해 미국 반도체 기업 엔비디아에 공급한다고 9일 밝혔다. HBM(고대역폭 메모리)은 여러 개의 D램을 수직으로 연결해 기존 D램보다 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 고성능 제품이다. 이번 HBM3는 4세대 제품으로 초당 819GB의 데이터를 처리할 수 있다. 이는 풀HD급 영화 163편을 1초에 전송하는 수준이다. SK하이닉스 관계자는 “제품을 개발한 지 7개월 만에 고객사에 공급하며 초고속 인공지능(AI) 반도체 시장의 새 장을 열게 됐다”고 말했다. AI 반도체 시장의 강자인 엔비디아는 최근 SK하이닉스의 HBM3 샘플에 대한 성능 평가를 마쳤으며, 오는 3분기 출시 예정인 자사 신제품 ‘H100’에 HBM3를 결합해 가속컴퓨팅 등 AI 기반 첨단기술 분야에 공급할 계획이다. 노종원 SK하이닉스 사장(사업총괄)은 “엔비디아와의 긴밀한 협력을 통해 프리미엄 D램 시장에서 톱클래스 경쟁력을 확보했다”고 말했다.

SK하이닉스는 현존 세계 최고 성능 D램인 ‘HBM3’의 양산을 시작해 미국 반도체 기업 엔비디아에 공급한다고 9일 밝혔다. HBM(고대역폭 메모리)은 여러 개의 D램을 수직으로 연결해 기존 D램보다 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 고성능 제품이다. 이번 4세대 제품은 초당 819GB(기가바이트)의 데이터를 처리할 수 있다. 이는 풀HD 영화 163편을 1초에 전송하는 수준이다.SK하이닉스 관계자는 “제품을 개발한 지 7개월 만에 고객사에 공급하며 초고속 인공지능(AI) 반도체 시장의 새 장을 열게 됐다”고 말했다. AI 반도체 시장의 강자인 엔비디아는 최근 SK하이닉스의 HBM3 샘플에 대한 성능평가를 마쳤으며, 오는 3분기 출시 예정인 자사 신제품 ‘H100’에 HBM3를 결합해 가속컴퓨팅 등 AI 기반 첨단기술 분야에 공급할 계획이다. 최근 글로벌 빅테크 기업들은 AI, 빅데이터 등 첨단기술의 발전 속도가 빨라지면서 급격하게 늘어나는 데이터를 빠르게 처리하는 데 주력하고 있다. SK하이닉스 측은 데이터 처리 속도와 성능을 기존 D램 대비 현격히 높인 차세대 D램 HBM이 대안이 될 것으로 기대하고 있다. 노종원 SK하이닉스 사장(사업총괄)은 “엔비디아와의 긴밀한 협력을 통해 프리미엄 D램 시장에서 톱클래스 경쟁력을 확보했다”며 “앞으로도 개방형 협업을 지속해 고객의 필요를 선제적으로 파악해 해결해주는 솔루션 프로바이더가 되겠다”고 말했다.

인텔은 CPU 제조사로 가장 잘 알려져 있고 대부분의 매출이 이와 관련된 것이지만, 사실 생각보다 다양한 사업에 진출했었습니다. 하지만 잘나가는 기업이라고 해서 모든 사업이 다 잘 될 순 없어 결국 사업을 금방 접었기 때문에 잘 알려지지 않은 것입니다.  대표적인 사례가 바로 인텔 그래픽 카드입니다. 인텔 최초의 독립 그래픽 칩인 i740은 1990년대 후반 보급형 시장에서 그럭저럭 인기를 끌었으나 엔비디아 같은 경쟁자에 밀려 시장에서 설 자리를 잃게 됩니다. 결국 인텔은 독립 그래픽 카드 시장을 포기하고 이후에는 내장 그래픽으로 만족하게 됩니다. GPU 시장이 성장하고 있었지만, 아직 CPU 시장만큼 크지 않았고 무엇보다 CPU 시장처럼 인텔이 독점하기 힘들어 수익성이 좋지 않을 것으로 생각했기 때문입니다.  하지만 2010년대에 중반 이후 상황이 바뀌게 됩니다. GPU는 게임만 하는 도구가 아니라 인공지능 연산에 없어서는 안 될 핵심 인프라로 거듭나며 수요가 폭발하게 됩니다. 이 분야 1위인 엔비디아의 가치는 그야말로 폭등해 시가 총액이 7000억 달러에 도달했습니다. 반면 인텔의 시가 총액은 2000억 달러 수준입니다. 반도체 업계 1위인 인텔의 가치가 엔비디아의 1/3도 안 되는 수준으로 떨어진 것입니다.  이런 상황에서 인텔은 지난 몇 년간 자체 그래픽 카드를 만들기 위해 와신상담 칼을 갈아왔습니다. 그리고 이제 인텔 아크 알케미스트 (Intel Arc Alchemist) 그래픽 카드를 통해 첫 결과물을 내놓을 예정입니다. 인텔은 노트북 그래픽 카드인 인텔 아크 A 시리즈에 대한 상세한 정보를 공개했습니다. 인텔 아크 A 시리즈는 ACM-G11와 ACM-G10이라는 두 개의 칩을 이용해 인텔 아크 3 2종, 아크 5 1종, 아크 7 2종, 총 5종의 제품 (A350M, A370M, A550M, A730M, A770M)으로 등장할 예정입니다. 이중에서 올해 4월 먼저 등장할 제품은 소형 GPU인 ACM-G11 기반의 아크 3 A350M과 A370M입니다. 이 제품들은 보급형 노트북 그래픽 카드로 6개 혹은 8개의 Xe 코어를 탑재하고 있습니다. 각각의 코어는 최대 16개의 XVE 벡터 엔진과 XMX 메트릭스 엔진을 포함하고 있는데, 전자가 그래픽 연산을 담당하고 후자는 인공지능 연산을 담당합니다. 초기 제품들은 엔비디아의 지포스 MX 라인업과 경쟁할 예정으로 성능은 내장 그래픽보다 조금 나은 수준이 될 것으로 보입니다. 중급 및 고급형 제품인 아크 5/7 라인업 제품들은 16, 24, 32개의 Xe 코어를 지니고 있습니다. 최상위 제품은 A770M은 32개의 Xe 코어와 512개의 XVE 벡터 엔진, 512개의 XMX 메트릭스 엔진, 32개의 레이 트레이싱 유닛을 지니고 있으며 16GB의 대용량 GDDR6 메모리를 탑재해 매우 높은 성능이 예상됩니다. 다만 전력 소모량도 120-150W에 달해 엄청난 발열량을 감당할 수 있는 고성능 게이밍 노트북에 탑재될 것으로 보입니다.물론 그래픽 카드 사장에 오래전 진출한 엔비디아나 AMD는 기본 연산 능력은 물론이고 게임에서 지원하는 여러 가지 이미지 품질 향상이나 동영상 녹화 등 부가기능을 제공합니다. 인텔 역시 이런 점을 인식해 올해 첫 출시하는 아크 그래픽 카드에 몇 가지 신기술을 제공합니다. 그중 하나가 엔비디아의 DLSS 같은 업스케일링 기술인 XeSS(Xe Super Sampling)입니다. 인텔은 개발 중인 게임인 돌맨 (Dolmen)에서 상당한 수준의 이미지 품질 데모를 보여줬지만, DLSS처럼 많은 게임에서 지원 가능한지 여부가 중요할 것으로 보입니다.인텔은 동영상 녹화 및 재생 부분에도 힘을 기울였습니다. 영상처리를 담당하는 Xe 미디어 엔진은 8K@60 12비트 HDR 영상 디코딩이 가능합니다. 8K HDR 영상 인코딩 역시 지원합니다. 게임 방송을 하는 경우 업계 최초로 AV1 포맷 하드웨어 가속으로 실시간 고품질 영상을 전송할 수 있다는 것이 인텔의 설명입니다.  마지막으로 엔비디아나 AMD처럼 그래픽 카드의 세세한 설정이 가능한 아크 컨트롤 기능 역시 제공합니다.  인텔은 지난 몇 년간 아크 그래픽 카드를 위해 많은 것을 준비한 것으로 보입니다. 하지만 상대방은 그보다 더 많은 것을 지니고 있다는 것이 문제입니다. 올해 새로 출발하는 인텔 아크가 지포스와 라데온의 틈바구니 사이에서 자신만의 입지를 다질 수 있을지 결과가 주목됩니다.

애플은 아이폰 SE3와 아이패드 에어 5세대와 함께 깜짝 놀랄 신제품을 공개했습니다. 바로 M1 울트라를 탑재한 맥 스튜디오입니다. M1 울트라는 두 개의 M1 맥스 칩을 애플의 자체 고속 인터페이스인 울트라퓨전(Ultrafusion)으로 연결해 하나의 칩처럼 만든 것입니다. 울트라퓨전 인터페이스는 칩 사이를 2.5TB/s의 고대역폭으로 연결합니다. 이렇게 여러 개의 프로세서를 묶어 하나의 거대한 프로세서로 만들고 메모리까지 함께 붙이는 것은 최근 프로세서 업계의 새로운 트랜드가 되고 있습니다. 더 높은 성능을 위해 프로세서의 크기와 복잡도는 날로 커지는데, 미세 공정 발전이 이를 따라잡기 어렵기 때문입니다. 애플도 두 개이 칩을 붙이는 방식으로 1140억 개의 트랜지스터를 집적한 괴물 칩을 만드는 데 성공했습니다. 물론 이 방법은 애플만 쓸 수 있는 게 아닙니다. 다른 반도체 제조사 역시 같은 시도를 하고 있습니다. 인텔은 차세대 제온 프로세서인 사파이어 래피즈와 고성능 GPU인 폰테 베키오에서 여러 개의 칩을 하나로 엮은 방식을 사용할 예정입니다. 애플은 독자 인터페이스를 사용했지만, (물론 TSMC 제조인 점을 생각하면 완전한 독자 규격은 아닐 수도 있습니다) 인텔은 모든 제조사가 호환될 수 있는 표준 규격을 생각하고 있습니다.  UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express) 1.0 규격은 인텔은 물론 삼성, TSMC, AMD, ARM, 퀄컴, 구글, 메타, 마이크로소프트 등 업계의 주요 대기업들이 참여한 칩렛 (chiplet) 인터페이스 표준 규격입니다. UCIe 1.0 규격의 목적은 작은 칩 (칩렛) 사이를 연결하는 고속 인터페이스의 표준 규격을 만들어 서로 다른 제조사에서 만든 칩렛끼리도 쉽게 연결하고 패키징할 수 있게 만드는 것입니다.  칩렛과 칩렛 사이는 매우 가까이 붙어 있는데, 단순히 가까이 붙이는 것 만으로는 고속 데이터 전송이 어렵습니다. 과거에도 하나의 CPU에 두 개 이상의 칩을 넣어 코어 숫자를 늘리거나 GPU, 캐시 메모리를 추가하는 MCM (multi chip module) 패키징 방식은 흔하게 사용되었으나 연결 속도가 느려 하나의 칩처럼 데이터 교환이 빠르게 이뤄지지 않았습니다. UCIe는 이를 극복하기 위한 기술 표준입니다.  UCIe는 mm당 최대 1.3TB/s의 고속 인터페이스 표준 규격을 통해 CPU, GPU, I/O, 메모리를 하나의 칩처럼 연결할 수 있습니다. 실용적인 기준에서 현재 반도체 제조 기술로 만들 수 있는 가장 큰 칩은 700-800㎟ 정도입니다. 하지만 UCIe 기술을 사용하면 수천㎟ 크기의 칩도 만들 수 있습니다. 참고로 차세대 제온 스케일러블 프로세서인 인텔 사파이어 래피즈는 400㎟ 크기 다이 네 개를 연결해 인텔 CPU 사상 최대 크기인 1600㎟ 이상을 달성할 계획입니다. 물론 UCIe 규격은 이제 막 발표된 상태로 앞으로 업계 표준이 될지는 미지수입니다. 하지만 가까운 미래에 출시할 고성능 프로세서들은 작은 칩렛을 서로 연결하는 방식인 만큼 인텔, 삼성 TSMC가 서로 방식을 통일한다면 상당한 이점이 있습니다. 파운드리 제조사 입장에서는 고객마다 다른 규격을 만들 필요가 없고 팹리스 반도체 업체에서는 표준 인터페이스에 맞춰 반도체를 설계하면 실제 제조 과정에서 문제가 생길 가능성이 매우 줄어듭니다.  애플처럼 독자 규격을 좋아하는 회사도 있지만, 일반적으로 표준 규격이 있으면 제조사나 제품을 주문하는 고객 모두 이득입니다. 그런 만큼 UCIe 규격의 미래는 밝아 보입니다. 

지난 몇 년간 인텔은 AMD의 거센 추격과 ARM 기반 서버 칩의 등장, 인공지능 시장에서 엔비디아의 독주로 인해 업계 1위의 위상이 흔들렸습니다. 이 위기를 극복하기 위해 1년 전 취임한 팻 겔싱어 인텔 CEO는 여러 가지 미래 전략과 로드맵을 발표했습니다. 그중 하나는 거대한 반도체 칩을 한 번에 제조하는 대신 여러 개의 칩을 고속 인터페이스로 연결해 하나의 큰 반도체 칩처럼 만드는 기술입니다.  작년에 세부 내용을 공개한 인텔의 사파이어 래피즈(Sapphire Rapids) 제온 스케일러블 CPU는 최대 400㎟ 크기의 다이 4개를 인텔의 고속 인터페이스인 EBIM로 연결하고 여기에 추가로 초고속 메모리인 HBM2E 메모리까지 하나의 패키지에 넣을 수 있습니다. 차세대 GPU인 폰테 베키오 (Xe HPC)는 무려 47개의 타일을 하나로 묶어 트랜지스터 집적도를 1000억개까지 끌어올렸습니다.  한 번에 너무 큰 칩을 제조할 경우 수율이 급격히 낮아지는데다 첨단 미세 공정으로 갈수록 가격이 매우 높아지기 때문에 이렇게 여러 개의 칩을 하나로 묶는 기술이 업계의 새로운 트랜드가 되고 있습니다. 또 반드시 최신 미세 공정을 사용하지 않아도 되는 부분은 구형 공정을 이용해 가격도 절감할 수 있다는 점이 큰 장점입니다.  그런데 CPU나 GPU 모두 여러 개의 타일을 묶어서 만든다면 CPU + GPU 프로세서 역시 제조가 쉬워집니다. 인텔이 새로 공개한 팔콘 쇼어스 (Falcon Shores) XPU는 이런 맥락에서 당연히 등장할 수밖에 없는 제품이라고 할 수 있습니다.  팔콘 쇼어스는 인텔의 x86 CPU와 Xe GPU를 하나로 합친 고성능 및 슈퍼컴퓨팅 프로세서입니다. 물론 현재 판매 중인 인텔 12세대 코어 프로세서 (앨더 레이크) 역시 대부분 내장 GPU를 지니고 있기 때문에 x86 CPU와 Xe GPU의 통합 구조라고 할 수 있으나 팔콘 쇼어스는 서버 및 슈퍼 컴퓨팅 부분에서 처음 도입하는 CPU/GPU 통합 프로세서라는 차이점이 있습니다.  그래 봐야 제온 스케일러블 CPU와 Xe HPC GPU를 하나로 통합한 것에 지나지 않느냐고 반문할 수 있지만, 사실 이 통합이 핵심입니다. 고성능 서버 CPU와 고성능 연산용 GPU는 막대한 양의 데이터를 서로 주고받기 때문에 데이터 및 메모리 병목 현상이 발생하기 쉽습니다.이를 극복할 수 있는 대안 중 하나는 아예 하나의 패키지 안에 CPU, GPU, 메모리를 통합하는 것입니다. 인텔은 팔콘 쇼어스를 통해 전력 대비 성능과 메모리 대역폭을 5배 이상 끌어올릴 수 있다고 보고 있습니다. 물론 이 제품은 목적상 고성능 슈퍼컴퓨팅 및 인공지능 연산용으로 기존의 제온 서버 프로세서를 대체하는 것은 아닙니다.  서버급 CPU와 GPU를 통합하면서 기대할 수 있는 두 번째 이점은 공간 절약입니다. 거대한 서버 CPU와 제법 큰 공간을 차지하는 GPU를 서버용 메인보드에 여러 개 끼워 넣으면 당연히 서버의 부피는 커질 수밖에 없습니다. 아예 메모리까지 하나로 통합한 팔콘 쇼어스 XPU는 기존의 전통적인 CPU + GPU 서버 보다 5배 정도 시스템 밀도를 높일 수 있습니다. 데이터 센터의 크기가 자꾸만 커지는 상황에서 크기가 작은 서버의 등장은 반가운 일입니다. 결국 비용 절감으로 이어지기 때문입니다.  하지만 팔콘 쇼어스는 올해가 아닌 2024년 이후 등장할 예정입니다. 인텔은 최신 20A 이후 공정을 팔콘 쇼어스에 도입할 계획입니다. 인텔은 서버 CPU에서 AMD에 시장을 내주고 있고 엔비디아가 장악한 고성능 GPU 시장에는 진입조차 못하고 있습니다. 다만 전례 없는 수준의 연구와 투자를 병행하고 의욕적인 제품 로드맵을 공개하고 있어 몇 년 후에는 업계 판도가 바뀔 수도 있는 상황입니다. 과연 인텔의 변신이 성공할지 미래가 궁금합니다. 

SK하이닉스는 연산 기능을 갖춘 차세대 메모리 반도체인 PIM(Processing-In-Memory)을 개발했다고 16일 밝혔다.PIM은 메모리 반도체에 연산 기능을 더해 인공지능(AI)과 빅데이터 처리 분야에서 데이터 이동 정체 문제를 풀어낼 수 있는 차세대 기술로 꼽힌다. 그간 메모리 반도체는 데이터 저장 역할을 맡고, 사람의 뇌와 같은 기능인 연산(Processing) 기능은 비메모리 반도체인 중앙처리장치(CPU)나 그래픽처리장치(GPU)가 담당한다는 것이 일반적이었다. SK하이닉스는 연산도 할 수 있는 ‘차세대 스마트 메모리’를 꾸준히 연구해왔고, 이번에 첫 결과물을 선보이게 됐다. SK하이닉스는 PIM이 적용된 첫 제품으로 ‘GDDR6-AiM’(Accelerator in Memory) 샘플을 개발했다. 초당 16기가비트(Gbps) 속도로 데이터를 처리하는 GDDR6 메모리에 연산 기능이 더해진 제품이다. 일반 D램 대신 이 제품을 CPU·GPU와 함께 탑재하면 특정 연산의 속도는 최대 16배까지 빨라져 머신러닝, 고성능 컴퓨팅, 빅데이터의 연산과 저장 등에 활용될 수 있을 전망이다. GDDR6의 기존 동작 전압인 1.35V보다 낮은 1.25V에서 구동되며, 데이터 이동을 줄여 기존 제품 대비 에너지 소모는 80%가량 줄어든다. SK하이닉스는 이달 말 미국 샌프란시스코에서 열리는 반도체 분야 세계 최고 권위 학회인 ‘2022 국제 고체 회로 학술회의(ISSCC)’에서 PIM 개발 성과를 공개할 예정이다. SK하이닉스는 최근 SK텔레콤에서 분사한 AI 반도체 기업인 사피온(SAPEON)과 협력해 GDDR6-AiM과 AI 반도체를 결합한 기술도 선보일 계획이다. SK하이닉스 안현 부사장(솔루션 개발 담당)은 “SK하이닉스는 자체 연산 기능을 갖춘 PIM 기반의 GDDR6-AiM을 활용해 새로운 메모리 솔루션 생태계를 구축할 것”이라고 말했다.

“1990년대 중반부터 일본 반도체 산업은 한국의 삼성전자와 SK하이닉스(옛 현대전자, LG반도체), 대만 TSMC 등 해외 신흥세력의 맹추격을 받기 시작했다. 그것은 일본 기술인력들이 삼성전자 등에 반도체 기술을 제공했기 때문에 가능했다. 당시 불황에 빠져 있던 일본 업계에 구조조정과 임금 삭감이 잇따르면서 유능한 인재의 해외 유출이 이어졌다.” 일본의 보수성향 미디어가 자국 반도체 산업이 몰락한 이유로 ‘일본 반도체 산업의 우수인력이 한국과 중국 등으로 유출됐기 때문’이라는 진단을 내려 논란을 빚고 있다. 일본 유력 주간지 슈칸신초(週刊新潮)의 인터넷판 데일리신초는 최근 발간호에서 ‘인재 유출로 중국, 한국에 기술 새나갔다’라는 기사를 통해 NEC와 히타치, 후지쓰, 도시바 등 과거 세계를 제패했던 자국 반도체 업계가 몰락한 이유를 조명했다. 2일 데일리신초에 따르면 “과거 ‘산업의 쌀’로 불렸던 초고성능 일본 반도체는 자동차, 가전에서 무기에 이르기까지 세계시장의 절반을 점유했지만, 지금은 10% 이하로 쪼그라들었다”고 진단했다. “디램(DRAM)으로 불리는 메모리 반도체를 비롯해 1990년까지 세계 반도체 업계의 톱10에는 항상 6~7개의 일본 기업들이 포진했고 시장 점유율도 1988년에는 세계 전체의 50.3%에 달했다. 그런 영광의 시대가 쇠락으로 돌아선 계기로 우선은 1986년 미·일 반도체 갈등 국면에서 미국에 완패한 것을 들 수 있다.” 기사는 “당시 일본 정부가 미국의 ‘외국계 반도체 시장 점유율 20% 이상’ 요구를 대책없이 받아들임으로써 일본 기업이 한국 삼성전자의 반도체를 대신 판매하는 비정상적인 상황이 10년이나 지속됐다”고 전했다. 정보기술(IT) 애널리스트 후카다 모에는 “미·일 반도체협정이 체결되자 마치 이때를 기다리기라도 했다는 듯 한국, 대만 업체들이 일본 기업에 ‘불이익을 피하려면 우리에게 기술 이전을 하라’고 제안했고, 일본 기업들은 이를 속절없이 수용하고 말았다”고 말했다. 그 여파로 1990년대 후반부터 NEC 등 주요 일본 기업의 반도체 부문이 줄줄이 적자로 돌아섰고, 세계 톱 메이커의 자리에서 하나둘 내려와야 했다. 현재 일본 기업은 한 곳도 세계 톱10에 들지 못하고 키옥시아(전 도시바 메모리)가 간신히 11위를 달리고 있다. 데일리신초는 특히 1990년대 중반부터 활발해진 한국, 대만 등으로의 인력 유출이 ‘태평양 전쟁 패전 후의 폐허’와 같은 오늘날의 참상을 가져왔다고 했다. 기사는 한때 ‘돈 때문에’ 삼성전자에서 일한 적이 있는 일본인 반도체 전문가의 말을 소개했다. “1990년대 중반부터 많은 일본인 기술자들이 주말마다 이른바 ‘토귀월래’(土歸月來·토요일에 나갔다가 월요일에 돌아온다)의 아르바이트 형식으로 한국과 대만에 일본 반도체 기술을 전수하러 나갔다. 나는 ‘2년간 연봉 3000만엔(세금 제외, 약 3억 1000만원)의 조건으로 삼성전자에 스카우트됐다. 당시 내가 다니던 일본 기업에서 급여를 20% 삭감당한 상태라 작심하고 한국으로 갔다.” 그는 “일본 기업은 다른나라에 비해 회사 기밀정보 관리도 허술해서 나 자신을 포함, 많은 일본인 기술자들이 우리 반도체의 핵심기술을 한국으로 빼돌리는 것을 눈으로 직접 볼 수 있었다”고 전했다.언론인 야마무라 아키요시는 “(반도체 생산기술에 이어) 지금은 일본이 앞서 있는 반도체 소재와 설비 분야에서까지 기술이 유출돼 다시 한번 외국업체에 휘둘리게 될 수 있다는 우려가 강하다”고 전했다. 그는 “경제안전 보장을 위한 생산거점 만들기와 신기술 개발도 중요하지만, 해외 세력에 앞서나갈 수 있는 기술정보 능력과 우수한 일본 인재를 우대하는 기업의식의 확립이 중요한 시기”라고 말했다.

현재 CPU 시장은 ARM과 x86 천하라고 해도 과언이 아닙니다. ARM은 각종 임베디드, 컨트롤러, 사물인터넷, 모바일 기기에 탑재될 뿐 아니라 최근에는 서버와 워크스테이션까지 범위를 점점 넓혀 이제는 x86 CPU의 가장 큰 경쟁자가 되고 있습니다. 하지만 ARM 진영의 전망이 항상 밝은 것은 아닙니다. 아직은 결과를 장담할 수 없지만, 반도체 업계의 거인 중 하나인 엔비디아가 ARM 인수를 추진하고 있어 엔비디아와 이해 관계가 다를 수 있는 다른 회사들과 미묘한 신경전이 벌어지고 있습니다. 최근 ARM의 대안으로 급부상하고 있는 아키텍처가 오픈 소스 기반의 CPU 아키텍처인 RISC-V입니다. RISC-V는 모든 제조사가 라이선스 비용을 지불하지 않고도 사용할 수 있다는 점에서 조금이라도 라이선스 비용을 내야 하는 ARM이나 아예 일부 회사만 제조가 가능한 x86과 다른 매력이 있습니다. 아직은 RISC-V 아키텍처를 채용한 제품이 많지 않지만, 점점 제조사가 늘어나고 있을 뿐 아니라 주요 반도체 및 IT 대기업들이 관심을 보이고 있습니다. RISC-V 기반 아키텍처 설계 회사 중 가장 두각을 나타내는 곳은 바로 사이파이브 (SiFive)입니다. 현재 매출 많지 않은 스타트업인데도 인텔이 20억 달에 인수한다는 이야기가 나올 만큼 업계에서 기술력을 인정받고 있습니다. 인수는 결국 불발된 것으로 알려졌지만, 사이파이브는 인텔은 물론 삼성전자나 SK하이닉스 같은 대형 반도체 제조사들로부터 투자를 유치해 신제품 개발에 박차를 가하고 있습니다. 사이파이브는 2022년에서 2023년 사이 고성능 CPU 아키텍처인 P550를 출시할 예정입니다. P550은 인텔의 7nm 공정 (인텔 4)을 이용할 경우 코어 한 개의 면적이 0.23㎟에 불과할 정도로 작지만 2.4GHz로 작동할 수 있으며 SPEC2006int 벤치마크 기준 1GHz당 8.7점을 낼 수 있습니다. SPECint2006는 프로세서의 정수 연산능력을 평가하기 위한 벤치마크 툴로 ARM Cortex-A75는 6점대, Cortex-A76은 9점대입니다. 최신 x86 CPU의 경우 10점 대 이상입니다. 1~2년 후 등장한다는 점을 생각하면 P550의 성능은 뛰어난 편은 아니지만, 크기가 매우 작다는 점은 무시할 수 없는 장점입니다. 사이파이브는 P550이 같은 성능의 ARM Cortex-A75보다 면적이 1/3 수준에 불과합니다. 이렇게 크기가 작다면 매우 많은 코어를 넣어서 연산 능력을 크게 높일 수 있습니다. 다만 P550 자체는 아직 대형 서버 프로세서에 걸맞은 아키텍처를 지니고 있지는 않습니다. 사이파이브는 차기 아키텍처에서 서버 칩을 공개하겠다는 복안입니다. 사이파이브의 차세대 프로세서는 L1 캐시 용량을 128KB로 두 배 늘리고 L2 캐시 용량은 2MB로 8배 늘려 다른 서버 프로세서와 경쟁할 수 있을 만큼 용량을 키울 계획입니다. 그리고 여러 개의 코어를 탑재할 수 있게 16개 코어가 하나의 코어 콤플렉스를 구성하고 16MB의 대용량 L3 캐시 메모리를 공유할 수 있습니다. 이를 통해 하나의 프로세서에 최대 128코어를 넣을 계획입니다. 코어 한 개의 성능을 P550보다 최대 50% 높이고 코어 숫자는 ARM 서버 프로세서급으로 높여 서버 시장에 도전장을 내민다는 것입니다.흥미로운 부분은 인텔과 사이파이브의 협력 관계입니다. 사이파이브가 인텔의 최신 미세 공정을 이용해 서버 프로세서를 제조하면 인텔의 제온 제품군과 직접적인 경쟁 관계가 됩니다. 물론 서버 시장에서 강력한 입지와 생태계를 구축한 x86 아키텍처가 당장 흔들리지는 않겠지만, 최근 서버 시장에서 ARM 기반 자체 프로세서 채택이 늘어나는 데서 알 수 있듯이 잠재적인 경쟁자를 늘리는 것은 인텔에게 좋은 일이 아닙니다. 이런 부분을 생각하면 인텔이 돈을 더 들이더라도 사이파이브를 인수하는 편이 더 나을 수 있습니다. 사이파이브가 독자 서버 아키텍처를 만들어 인텔과 경쟁 관계로 진입하게 되면 TSMC나 삼성전자 같은 다른 파운드리와 협력할 수 있다는 것도 부담입니다. 다만 야심 차게 개발한 프로세서의 성능이 기대에 미치지 못할 경우 찻잔 속의 태풍으로만 끝날 가능성도 있습니다. RISC-V 자체는 상당한 잠재력을 지닌 아키텍처이고 라이선스 비용이 없는 오픈 소스의 장점 역시 무시할 수 없습니다. RISC-V 진영의 선두인 사이파이브가 몇 년 후 서버 시장에서 파란을 일으킬 수 있을지 미래가 주목됩니다. 

SK하이닉스, 데이터 처리 78% 빨라스스로 오류 정정 기능 갖춰 신뢰 높여머신러닝 등에 쓰이는 슈퍼컴에 적용16GB·24GB 제품 내년 중반부터 양산SK하이닉스는 현존 최고 사양을 갖춘 D램인 ‘HBM3’를 업계 최초로 개발했다고 20일 밝혔다. HBM(고대역폭 메모리)은 여러 개의 D램을 수직으로 연결한 것으로, 기존 D램보다 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 고성능의 제품이다. 이번에 개발한 HBM3는 1세대에 해당하는 HBM을 시작으로 2세대(HBM2), 3세대(HBM2E)에 이은 4세대에 해당한다. SK하이닉스는 2013년 업계 최초로 HBM을 출시한 후 지난해 7월 HBM2E를 내놓은데 이어 1년 3개월만에 성능을 대폭 향상시킨 제품을 또다시 내놓게 됐다. 속도 측면에서 HBM3는 초당 819GB(기가바이트)의 데이터를 처리할 수 있다. 3세대 제품과 비교해 속도가 약 78% 빨라진 것으로, 풀HD급 영화 163편을 1초에 처리할 수 있다. 기존 HBM2E는 초당 460GB의 데이터 처리가 가능했었다. 신제품은 고성능 데이터센터에 탑재돼 인공지능(AI)의 완성도를 높이는 머신러닝과 기후변화 해석, 신약개발 등에 사용되는 슈퍼컴퓨터에도 적용될 전망이다. HBM3는 이전 세대와 달리 오류 정정코드가 제품에 내장돼 있어 데이터 송수신 시 오류를 스스로 보정해 신뢰성을 높인 점도 특징이다. HBM3는 16GB와 업계 최대 용량인 24GB 2종으로 출시된다. SK하이닉스는 HBM3를 채용하는 시스템이 구축되는 내년 중반부터 본격적으로 제품을 양산할 계획이다. 차선용 SK하이닉스 부사장은 “앞으로도 프리미엄 메모리 반도체 시장에서 리더십을 공고히 하겠다”고 말했다.

최근 열린 반도체 관련 학회인 핫 칩(Hot Chips) 콘퍼런스에서 AMD는 3차원 반도체 패키징 기술에 대한 새로운 내용을 공개했습니다. 리사 수 CEO가 컴퓨텍스 2021에서 3D 칩렛 기술 (3D chiplet technology)을 공개한 지 몇 달 만의 일입니다. 당시 리사 수 박사는 8 코어 라이젠 칩렛 (chiplet, CPU 코어를 모은 반도체) 위에 6x6mm 크기의 64MB L3 캐시를 탑재해 게임 성능을 평균 15% 높일 수 있다고 주장했습니다.  CPU가 가장 직접적으로 사용하는 메모리인 캐시 (cache) 메모리는 빠르게 접근할 수 있는 위치부터 L1, L2, L3, L4로 명명합니다. 캐시 메모리는 CPU 입장에서 보면 바로 책상 위에 펼쳐 놓고 쓰는 공책에 해당합니다. 시스템 메모리는 가방 속 참고서, 그리고 하드디스크나 SSD 같은 저장 장치는 도서관에 해당한다고 할 수 있습니다.  당연히 캐시 메모리가 많을수록 CPU 성능이 높아지지만, CPU에서 캐시 메모리가 차지하는 면적을 늘리면 가격도 따라서 올라가기 때문에 적당한 타협이 필요합니다. 최신 8코어 CPU는 대개 16-32MB의 L3 캐시를 지니고 있습니다. 그런데 AMD는 여기에 64MB L3 캐시 메모리를 추가로 쌓을 수 있다는 폭탄선언을 한 셈입니다.  당시에는 이런 일이 어떻게 가능한지 자세히 설명하지 않았지만, 이번 핫 칩 컨퍼러스에서는 보다 구체적인 내용이 공개됐습니다. AMD의 3D 칩렛 기술은 TSMC가 개발한 SoIC (System on Integrated Chip) 적층 기술에 기반하고 있습니다. AMD는 반도체 생산 시설이 없는 팹리스 반도체 회사이고 실제 제조는 TSMC가 위탁 생산을 하고 있으니 당연한 결과입니다.  하지만 이번 발표가 대단하지 않은 것은 아닙니다. L3 캐시 메모리는 CPU와 매우 밀접하게 붙여 있어야 고속으로 데이터를 주고받을 수 있어 하나의 반도체 칩 안에 있는 것이 일반적입니다. 따라서 3D 칩렛 기술은 상당히 일반적이지 않은 결과입니다. AMD와 TSMC가 업계 최초로 L3 캐시 메모리를 CPU 다이 위에 올릴 수 있었던 이유는 아주 미세한 구리 회로를 직접 두 개의 반도체 다이 사이에 정확히 밀착시켜 데이터 전송 속도를 크게 높인 덕분입니다. (사진)  AMD에 따르면 3D 칩렛 기술은 기존의 마이크로 범프 3D (Micro Bump 3D)의 50μm 간격 연결 부위보다 훨씬 촘촘한 9μm 간격으로 연결되어 있어 에너지 효율이 3배나 우수하고 밀도는 15배나 높습니다. 덕분에 CPU와 빠른 데이터 전송이 필요한 L3 캐시 메모리를 CPU 칩렛이 아니라 별도의 칩렛으로 만든 후 위에 쌓을 수 있었던 것입니다. 이번 발표에 따르면 L3 캐시 메모리 칩렛 적층은 시작에 불과합니다. 앞으로 CPU 칩렛 위에 다시 CPU 칩렛을 쌓거나 GPU 같이 다른 프로세서를 쌓을 수도 있고 DRAM 같이 위에 올릴 수 있습니다. 또 이렇게 위로 쌓은 칩들을 평면으로 연결해 마치 고층 빌딩이 서로 연결된 것 같은 하이브리드 2D/2.5D/3D 칩을 만들 수도 있습니다. 이 부분은 HBM 메모리 같은 고속 적층형 메모리를 3D 칩렛과 연결해 프로세서+메모리 형태의 고성능 제품을 만들 수 있다는 의미로 해석됩니다. 그런데 사실 이 이야기는 인텔이 내년에 출시할 폰테 베키오 GPU에서 이미 구현된 내용이기도 합니다. 인텔은 5개의 다른 공정에서 만든 47개의 액티브 타일을 연결해 트랜지스터 숫자가 1000억 개가 넘는 거대 GPU를 생산한다고 발표한 상황입니다. 그리고 2년 후 등장할 메테오 레이크 CPU는 CPU/GPU/SoC-LP 세 개의 타일을 결합해 제조할 예정입니다. 인텔 역시 이름만 다를 뿐 여러 개의 다이를 3D 및 2D 패키징으로 연결해 하나의 CPU를 만드는 셈입니다. 3차원 적층 기술은 메모리 반도체 업계에서는 이미 오래전부터 진행됐습니다. 평면으로 확장해서는 필요한 만큼 용량을 늘리기 어렵기 때문입니다. 구조가 매우 복잡한 시스템 반도체는 메모리보다 3차원 적층이 어렵지만, 조금씩 한계를 극복하면서 돌파구를 마련해 이제는 상용화 단계에 이르렀습니다. 현 시점에서 인텔과 AMD 모두 반도체를 높이 쌓으려는 데는 그럴 만한 이유가 있습니다. 미세 공정으로 진행할수록 반도체 웨이퍼 가격은 급등하기 때문에 모든 부분을 최신 미세 공정으로 제조하면 늘어나는 비용을 감당하기 어렵습니다. 좀 더 저렴한 공정을 이용할 수 있는 부분은 따로 제조하면 상당한 비용을 절감할 수 있습니다. 또 큰 반도체 하나보다 작은 부분을 만든 후 조립하면 제조도 쉽게 수율도 올라갑니다. 마지막으로 여러 개의 다이를 하나처럼 연결하면 과거에는 상상하기 힘들었던 초대형 프로세서도 제조할 수 있다는 장점이 있습니다. 현재 개발 중인 3D 패키징 기술을 통해 프로세서 성능은 한 단계 더 업그레이드될 것입니다. 그리고 이런 기술적 진보의 혜택은 최종적으로 소비자에게 돌아갈 것입니다.

2017년 경쟁자인 AMD가 라이젠을 출시하면서 인텔의 CPU 시장 독점은 서서히 무너졌습니다. 라이젠은 처음 출시 시점만 해도 코어 숫자에서만 인텔을 이겼을 뿐이었지만, 14nm, 12nm, 7nm로 꾸준히 미세 공정을 업데이트하고 아키텍처를 개선해 이제는 거의 모든 부분에서 인텔을 앞서고 있습니다. 인텔은 2011년 샌디브릿지 이후 조금씩 개선한 코어 프로세서의 아키텍처를 대대적으로 개편하고 미세 공정에서 경쟁자를 따라잡지 않으면 완전히 주도권을 빼앗길 위기에 처한 것입니다. 물론 인텔도 보고만 있었던 것이 아니라 새 아키텍처를 적용한 신제품을 순차적으로 출시했습니다. 하지만 10nm 공정의 타이거 레이크(노트북)와 14nm 공정의 로켓 레이크(데스크톱)는 성능을 개선하려는 여러 가지 노력에도 아쉬운 부분이 많았습니다. 성능이 좋아지긴 했는데, 경쟁자도 그에 못지않게 성능이 좋아져 과거처럼 여유 있게 상대방을 따돌리지 못한 것입니다. 인텔은 올해 말 다시 한번 역전의 기회를 노리고 있습니다. 12세대 코어 프로세서인 앨더 레이크(Alder Lake)가 바로 그 기회입니다. 올해 4분기 데스크톱 제품부터 공개될 앨더 레이크는 과거 10nm ESF(Enhanced SuperFin)라고 부른 인텔 7 공정으로 제조됩니다. 10nm 공정이라고 명명하긴 했지만, 사실 TSMC의 7nm 공정보다 트랜지스터 밀도를 더 높일 수 있는 최신 공정이기 때문에 그에 합당한 새로운 명칭이 필요하다고 생각한 것입니다. 하지만 진짜 파격적인 부분은 미세 공정이 아니라 CPU 구성에 있습니다. 앨더 레이크는 인텔 데스크톱 CPU 역사상 처음으로 고성능 프로세서와 저전력 프로세서가 함께 결합한 하이브리드 구조를 지니고 있습니다. 고성능 코어와 저전력 코어를 같이 혼용하는 하이브리드 구조는 모바일 AP에서는 이미 일반적인 형태입니다. 높은 성능만큼 배터리 지속 시간이 중요한 스마트폰에서는 반드시 필요한 기능이기도 합니다. 인텔은 1+4 구조인 레이크필드 CPU에서 이를 처음 도입했는데, 당시에는 일부 저전력 제품에만 도입할 것으로 예상됐습니다. 사실 배터리 대신 일반 전원으로 전력을 공급받는 데스크톱 CPU에는 필요 없는 기술이기도 합니다. 그러나 일반적인 예상을 깨고 인텔은 앨더 레이크에서 하이브리드 CPU를 데스크톱, 노트북 전 모델에 도입할 예정입니다. 지금까지 알려진 내용에 따르면 앨더 레이크는 골든 코브(Golden Cove) 고성능 코어와 그레이스몬트(Gracemont) 고효율 코어의 하이브리드 구조입니다. 이 코어들이 어떤 조합으로 작동하는지는 밝혀지지 않았지만, 최근 유출된 앨더 레이크 엔지니어링 샘플(ES) 벤치마크에서는 최대 24 스레드(thread)로 나타났습니다. 골든 코브 코어는 하나의 코어가 두 개처럼 작동하는 멀티 스레드 코어이고 그레이스몬트 코어는 싱글 스레드 코어이므로 16+8 구조임을 짐작할 수 있는 결과입니다. 이 내용이 사실이라면 많은 수의 코어가 유리한 작업에서는 모든 코어가 다 활성화되어 성능을 높이는 구조로 생각됩니다. 다만 항상 모든 코어가 활성화되는 방식인지 상황에 따라 교대할 수 있는 방식인지는 확실치 않습니다. 가장 이상적인 하이브리드 코어 작동 방식은 문서 작업이나 검색 등 높은 성능이 필요 없는 작업에서는 저전력 코어만 활성화되고 게임처럼 적은 수의 코어가 빠르게 작동하는 것이 유리한 작업에서는 고성능 코어만 활성화되는 것입니다. 그리고 다수의 코어가 필요한 작업에서는 모든 코어가 활성화되는 방식도 생각할 수 있습니다. 그러나 지금까지 실제 작동 방식이나 구체적인 성능에 대해서는 자세히 공개한 적이 없어 올해 10월로 예상되는 발표 시점에 이목이 쏠리고 있습니다. 고성능 + 저전력 하이브리드 구조 다음으로 주목되는 것은 업계 최초의 DDR5 메모리 도입입니다. DDR5 메모리는 4800Mbps 제품부터 등장할 것으로 예상되며 최대 8400Mbps까지 속도를 높일 수 있습니다. 저장 밀도도 DDR4의 네 배에 달해 메모리 속도와 용량을 크게 늘릴 수 있습니다. 덕분에 CPU 자체 성능은 물론 메모리 병목 현상을 심하게 겪는 내장 그래픽 성능을 높이는 데 큰 도움이 될 것입니다. DDR5 수요가 늘어나면 이를 생산하는 국내 반도체 제조사들에게도 호재로 작용할 것으로 기대됩니다. 대신 DDR5를 사용하기 위해서 새로운 메인보드가 필요합니다.앨더 레이크는 새로운 규격인 LGA 1700 소켓을 사용해 기존의 인텔 메인보드와 호환되지 않습니다. 소켓을 자주 바꿔 소비자들이 계속 새로운 메인보드를 구매하게 만드는 인텔의 정책에 대해서는 많은 불만이 제기되고 있지만, 사실 DDR5 및 PCIe 5.0 같은 신기술을 도입하겠다고 발표한 시점에서 구형 메인보드에서 호환될 가능성은 없다고 보는 게 맞을 것입니다. 인텔은 올해 말부터 내년 상반기까지 앨더 레이크를 순차적으로 출시하고 이후 앨더 레이크의 개량 버전인 13세대 코어 프로세서(랩터 레이크)를 투입할 예정입니다. 인텔 4 공정을 사용한 메테오 레이크(14세대)는 2023년 등장할 예정입니다. 메테오 레이크는 CPU, GPU, SOC-LP의 세 개의 타일을 포베로스(Foveros) 기술로 연결한 하이브리드 CPU로 하나의 다이(die)로 생산되었던 전통적인 CPU 생산 방식을 바꿀 것으로 예상됩니다. 인텔이 여러 가지 신기술을 통해 과거의 영광을 되찾고 경쟁자의 추격을 다시 한번 따돌릴지 결과가 주목됩니다.

삼성전자 CS 영향으로 상승 마감 글로벌 투자은행 크레디트스위스가 삼성전자 목표주가를 현재보다 59% 높은 12만6000원으로 상향했다. 28일 외국계 증권사 크레디트스위스(CS)가 삼성전자를 ‘아시아 반도체 추천주’로 제시했다. 이날 한국거래소에 따르면 삼성전자는 전일대비 0.89% 오른 7만9200원에 거래를 마쳤다. 개인과 기관은 각각 985억원, 1787억원을 순매수했고, 외국인은 1787억원을 순매도했다. 삼성전자는 이날 오후 매물이 늘어나면서 7만8100원까지 하락했다. 그러다 크레티트스위스의 보고서가 나오면서 상승 반전해 장을 마감했다. 크레디트스위스는 “삼성전자는 애플 아이폰 OLED 핵심 공급업체이며 메모리반도체 및 OLED ‘슈퍼사이클’로 수혜를 보게 될 것”이라면서 “슈퍼사이클 도래에 따라 삼성전자의 수익률은 시장 평균치를 웃돌게 될 것(아웃퍼폼)”이라고 추천의 이유를 설명했다. 크레디트스위스는 대만의 TSMC도 추천주로 소개 이날 크레디트스위스는 대만의 TSMC도 추천주로 소개했다. 하지만 목표가 대비 상승률은 삼성전자의 3분의 1 수준이었다. TSMC의 목표가는 현 주가 대비 17.4% 높은 675대만달러였다. 다만 2025년까지 꾸준히 성장할 것이라는 전망을 내놨다. 자율주행차, 고성능 컴퓨터, 5G 휴대폰 보급으로 반도체 수요가 늘어날 것으로 예상되기 때문이다. 대만 팹리스 반도체 업체인 미디어텍도 추천주에 포함됐다. 목표가로 1250대만달러를 제시했다. 한편 금융정보업체 에프엔가이드에 따르면 삼성전자에 대한 국내 증권사들의 최근 3개월간 목표주가 평균은 10만2182원이다. 미래에셋증권이 가장 높은 11만3000원을, 하이투자증권이 가장 낮은 9만4000원을 각각 목표주가로 제시하고 있다.

최근 파운드리 시장은 어느 때 보다 뜨거운 관심을 받고 있습니다. 일부 자동차 공장을 멈추게 만든 반도체 수급 대란이나 중국의 반도체 굴기, 미국의 자국 내 반도체 산업 육성, 그리고 국내 반도체 업계의 투자 등 여러 가지 이슈가 겹치면서 과거에는 생소했던 파운드리(반도체 위탁생산)가 이제는 익숙한 용어가 됐습니다. 반도체 생산 공정은 나노미터 단위로 점점 작아질수록 기술적 난이도와 팹(fab) 건설 비용이 천정부지로 치솟는 특징이 있습니다. 그런 만큼 초미세 공정이 가능한 파운드리 업체의 숫자는 이제 TSMC와 삼성전자 단 두 곳에 지나지 않는 상황입니다. TSMC는 최신 미세 공정부터 여전히 수요가 많은 구형 공정까지 다양한 팹을 지니고 있으며 오랜 세월 파운드리 사업에서 잔뼈가 굵은 업체이기 때문에 이 분야에 누구보다도 많은 노하우를 지니고 있습니다. 하지만 과거 파운드리에서 존재가 미미했던 삼성이 엔비디아 같은 오랜 단골을 뺏어갈 정도로 영향력이 커졌고 인텔도 본격적인 투자를 진행하면 어떤 결과가 나올지 모르는 상황이기 때문에 TSMC 역시 경쟁자들을 물리치기 위한 비장의 무기들을 개발하고 있습니다. 그중 하나가 2021년 VLSI 심포지엄에서 발표한 직접 수랭(Direct Water Cooling, DWC) 기술입니다. 열이 많이 나는 고성능 프로세서의 경우 워터 펌프와 라디에이터로 열을 식히는 수랭 방식이 드물지 않기 때문에 수랭 기술이 뭐가 특별하냐고 생각할 수 있지만, 직접 반도체를 식한다는 점이 차이점입니다. 직접 수랭 기술은 반도체 바로 위에 물이 흐르는 미세관을 만들어 반도체를 직접 식힌다는 의미입니다. 첨단 과학기술력의 결정체인 최신 미세 공정 반도체는 사실 매우 약한 존재입니다. 따라서 최신 프로세서들은 반도체를 보호하는 튼튼한 금속판인 히트 스프레더(Heat spreader)로 덮여 있습니다. 그 사이 공간은 열전도율이 높은 물질인 서멀 그리스(Thermal Grease)로 채워 넣습니다. 수랭이든 공랭이든 쿨러는 모두 히트 스프레더 위에 다시 서멀 그리스를 바른 후 장착합니다. 따라서 사실 수백W의 전력을 소모하는 CPU와 GPU는 상당한 많은 단계를 거쳐야 공기나 물과 접촉할 수 있는 것입니다. 당연히 냉각 효율은 떨어집니다. 직접 수랭 기술은 이 문제를 해결하기 위해 몇 년 전부터 선보인 기술입니다. 칩의 위에 아주 작은 미세관이 있는 실리콘 층을 하나 더 쌓아 열을 제거하는 것입니다. 최신 반도체는 아파트처럼 여러 층으로 올리는 경우가 드물지 않기 때문에 사실 한 층을 더 넣는 건 그렇게 큰 문제가 되지 않습니다. 문제는 작은 미세관에 누수 없이 많은 물을 흘려보내 프로세서를 안정적으로 냉각시키는 것입니다. 조금이라도 누수가 발생하면 많은 전류가 흐르는 반도체가 바로 손상되면서 고가의 시스템이 완전히 망가집니다. 이런 문제 때문에 직접 수랭 기술은 이론적으로는 훌륭하지만, 상용화는 어려운 기술로 여겨졌습니다.이런 문제점에도 불구하고 TSMC가 직접 수랭 기술에 도전하는 데는 그럴 만한 이유가 있습니다. 최신 CPU와 GPU의 트랜지스터 집적도는 이미 수백억 개를 돌파했지만, 더 고성능의 프로세서를 만들기 위해서는 더 많은 트랜지스터가 필요합니다. 그런데 더 많은 트랜지스터는 더 많은 발열을 의미합니다. 과거에는 공정 미세화로 이 문제를 극복했지만, 이제는 점점 공정 미세화가 어려워지고 있습니다. 그런데 직접 수랭 방식을 적용하면 500㎟ 이상 크기의 대형 칩에서 200W가 아니라 2000W의 발열도 감당할 수 있다는 게 TSMC의 설명입니다. 이런 일이 실제로 가능하다면 대형 CPU나 GPU도 메모리처럼 여러 층으로 쌓아 집적 밀도를 높일 수 있을 것입니다. 평면으로 더 작게 못 만든다면 아파트처럼 여러 층으로 쌓는 것이 현실적인 대안입니다. TSMC는 여러 가지 반도체를 수직으로 올리는 3D 칩 적층 기술을 적극 도입하려 하지만, 메모리보다 훨씬 큰 발열 문제가 발목을 잡고 있습니다. 직접 수랭 기술은 발열 문제를 타개할 비장의 카드인 셈입니다. 물론 이번에 발표한 내용을 보면 당장 상용화할 수준은 아니고 프로토타입 제품을 만들어 가능성을 검증한 정도입니다. 서버에서 사용할 수 있을 정도로 신뢰성 높은 제품을 개발한다면 새로운 게임 체인저가 될 수 있겠지만 사실 쉬운 일은 아닐 것입니다. 과연 TSMC가 성공할 수 있을지 궁금합니다.