[비즈니스포스트] 경계현 삼성전자 DS부문장 겸 대표이사 사장이 '패키징 드림팀'을 꾸렸다. CEO 직속 부서로 있던 ‘어드밴스드 패키징사업화 태스크포스(TF)’를 정식 팀으로 승격시킨 것이다.

삼성전자는 3나노 파운드리(반도체 위탁생산) 공정을 세계 최초로 상용화하는 등 미세공정에서 경쟁력을 강화하고 있는데 이에 더해 패키징 기술 개발에도 투자를 확대할 것으로 예상된다.
 
15일 삼성전자에 따르면 삼성전자는 최근 TSP총괄 아래 ‘첨단 패키지팀’을 신설하며 첨단 패키징 기술 개발에 방점을 찍은 조직개편을 진행했다.

TSP총괄은 메모리와 시스템반도체 패키지의 개발부터 양산, 테스트, 제품 출하까지 모든 과정을 총괄하는 조직이다. 경 사장이 직접 패키징 기술 개발을 챙기겠다는 의도로 읽힌다.

그 아래 첨단 패키지팀은 미래 패키지 기술을 연구하는 조직으로서 패키징 공정 담당자와 기술 및 사업 관련 담당자들로 구성됐다.

반도체 패키징이란 여러 개의 반도체 칩을 하나로 이어붙이고 전기선을 외부로 연결해 완제품으로서 성능을 발휘하게 만드는 공정이다. 반도체 생산단계 가운데 ‘후공정’에 해당한다.

반도체는 IP기업(설계자산)⟶팹리스(설계)⟶파운드리(생산)의 전공정을 통해 만들어진 뒤 ‘후공정(패키징‧테스트)’을 통해 최종 완성되는 단계를 거친다.

반도체는 오랫동안 설계와 생산 등 ‘전공정’이 핵심 기술로 불렸다. 어떻게 효율적으로 반도체 회로를 설계하고 미세화된 공정으로 생산하느냐가 품질 향상과 원가 절감에 가장 중요한 요인이었기 때문이다.

하지만 공정 미세화를 통한 성능 향상이 거의 한계 수준에 다다르면서 최근 패키징의 중요성이 부각되고 있다.

특히 인공지능(AI), 클라우드 등 고용량 데이터를 빠르게 처리하는 반도체 수요가 급격하게 증가하고 있는데 이에 대응하려면 패키징 기술의 고도화가 필수적이다. 

고성능 반도체가 제대로 기능하기 위해서는 반도체 내부 집적도가 높아야할 뿐만 아니라 반도체 칩과 외부로 연결되는 전기 통로가 최대한 짧아야 하기 때문이다.

삼성전자도 2022년 11월 패키징을 활용해 성능과 용량을 기존보다 2배 높인 그래픽 메모리반도체를 개발하는 등 주요 반도체기업들은 패키징 기술을 활용한 반도체 성능 향상에 속도를 내고 있다.

글로벌 시장조사기관 IMARC에 따르면 글로벌 반도체 패키징 시장 규모는 2021년 297억 달러에서 2027년 479억2천만 달러까지 커질 것으로 전망됐다.

정부가 구성한 차세대지능형반도체사업단의 김형준 단장(서울대 교수)은 올해 10월 서울 코엑스에서 열린 ‘반도체대전 2022’에서 “미세공정으로 갈수록 기술적 한계뿐 아니라 비용이 많이 드는데 이런 한계를 극복하기 위한 방법으로 패키징 기술이 중요하다”고 강조했다.

김 단장은 “특히 모바일 프로세스(AP)에는 그래픽처리장치(GPU), 중앙처리장치(CPU), 숫자처리장치(NPU), 모뎀, 시큐리티 등이 하나로 집약되는데 이것을 패키징 기술인 ‘칩렛’으로 연결시키면 칩 사이즈는 줄이면서 수율을 높일 수 있다”고 설명했다.
  칩렛은 기존의 칩에 탑재된 기능을 분리한 작은 소자를 말한다. 칩렛을 여러 개 붙이는 방식으로 패키징을 하면 적은 비용으로 반도체 성능을 높일 수 있어 최근 이와 같은 칩렛에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.

삼성전자도 칩렛 기술이 향후 반도체 패키징 설계의 생태계를 바꿀 것으로 보고 있다.

한진만 삼성전자 메모리사업부 전략마케팅실장(부사장)은 올해 9월 인텔 이노베이션 기조연설에 등장해 “삼성전자는 칩렛이 반도체의 미래라고 보고 있으며 칩렛 생태계를 통해 CPU와 GPU를 결합하는 이종 컴퓨팅을 지원할 것"이라고 말하기도 했다.

삼성전자는 패키징 기술력을 확보하기 위해 인텔 등 경쟁자와도 협의를 진행하고 있다.

인텔은 12월5일 ‘국제전자소자학회(IEDM) 2022’에서 같은 반도체의 집적도를 10배 높일 수 있는 3D 패키징 기술을 공개했을 만큼 패키징과 관련해서 앞서 있다는 평가를 받고 있다. 인텔은 35억 달러(약 4조3천억 원)를 들여 뉴멕시코 후공정 공장을 증설하는 등 패키징에 가장 많은 자금을 투입하는 기업이기도 하다.

삼성전자는 TSMC의 파운드리 기술 우위를 깨기 위해 인텔과 협력을 강화하길 원하고 있는데 특히 패키징 분야에서 협력방안을 찾고 있는 것으로 파악된다. 최근 팻 겔싱어 인텔 최고경영자(CEO)가 삼성전자를 방문해 경계현 사장과 만난 자리에서도 패키징과 관련한 협력 논의를 진행됐던 것으로 전해졌다.

경계현 사장은 올해 3월 삼성전자 채용 포럼에서도 “여러 개 칩을 한 개처럼 동작하도록 하는 첨단 패키징 시대가 올 것”이라며 “삼성전자도 앞으로 이 분야에 집중해야 한다”고 말했다.

삼성전자가 패키징 기술에서 우위를 점할 수 있다면 향후 TSMC 등을 추격해 메모리뿐 아니라 시스템반도체에서도 1등을 차지할 수 있다는 분석도 나온다.

삼성전자는 게이트올라운드(GAA) 공법을 최초로 도입하는 등 전공정에서는 이미 세계 최고 수준의 기술력을 갖추고 있는 만큼 선두그룹과 후공정 기술격차를 좁히는 것이 반도체 패권 경쟁에서 관건이 될 수 있다는 것이다. 특히 2나노 이하의 첨단공정에서는 미세화에 따른 반도체 성능 향상이 쉽지 않아 패키징에서 사업 성패가 결정될 가능성이 크다. 

웨이츠 청 IBM리서치 박사는 올해 11월 부산에서 열린 반도체 국제학술대회 ‘KISM 2022’에서 “2나노 공정 아래로는 3D 패키징 등의 신기술 개발이 필수”라며 “이것이 삼성전자에게 기회이자 전환점이 될 것”이라고 말했다. 나병현 기자