자동차 시장도 고성능 반도체 바람… '칩렛' 도입 가속화

차세대 패키징 '칩렛'… 블록 처럼 반도체 조립

차량용 반도체, 매년 요구 성능 높아질 전망

삼성·LG·SK하닉·인텔·TSMC 등 연구·개발에 사활

삼성전자 '이종 집적 반도체 결합' 이미지 [사진=삼성전자 홈페이지 갈무리]

자동차 시장에서도 차세대 반도체 패키지 기술인 '칩렛' 도입이 빠르게 진행될 것이라는 분석이 나오면서 삼성전자, SK하이닉스, LG전자, TSMC, 인텔 간 경쟁이 치열해질 것으로 보인다.

29일 시장조사업체 테크인사이트에 따르면 2030년까지 전장(차량용 전자·장비) 애플리케이션에 칩렛이 대거 사용될 예정이며, 그해 고성능 자동차 시스템온칩(SoC) 시장의 약 25%를 칩렛이 차지할 것으로 추정된다.

칩렛은 기존 단일 칩 구조와 달리 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU) 등 이종 반도체들을 레고 블록처럼 연결하는 반도체 후공정 패키징 기술이다. 초기 회로 설계는 어렵지만, 분할 구조 덕분에 한 번 완성되면 필요할 때마다 일부 칩을 교체할 수 있다.

기존 '모놀리식' 구조와 비교했을 때 더 높은 수율과 빠른 개발 시간, 원가 절감 등 여러 장점을 갖고 있어 고성능 저전력 반도체 생산에 적합하다. 또한 단일 칩 수율의 한계를 극복할 수 있어 차세대 반도체 핵심 기술로 주목 받고 있다.

특히 자동차 인포테인먼트(IVI) 시스템의 요구 성능이 매년 높아질 것으로 예상됨에 따라, 전장 분야의 칩렛 수용력은 매년 증가할 전망이다.

국내에서는 삼성전자, SK하이닉스, LG전자 등이 연구·개발에 박차를 가하고 있으며, 특히 삼성전자는 업계 최초로 차량용 프로세서에 칩렛을 구현해 자동차 반도체 시장 공략을 강화할 계획이다.

삼성전자는 지난 22일 칩렛 플랫폼 개발 회사인 미국의 AI 반도체 스타트업 '드림빅 세미컨덕터'에 7500만달러를 투자했으며, 지난 3월 미국 칩렛 반도체 스타트업 '엘리안'에도 투자를 진행했다. 또한 반도체의 전설로 불리는 짐 켈러가 이끄는 캐나다 AI 반도체 스타트업 '텐스토렌트'와 협력을 강화해 AI 반도체 역량을 늘리고 있다.

업계에 따르면, 삼성전자는 차량용 프로세서 '엑시노스 오토' 시리즈에 칩렛 적용을 검토 중이며, 특히 신경망처리장치(NPU)를 모듈로 분리해 쉽게 활용하는 방안을 고려하고 있다.

SK하이닉스는 여러 칩을 붙이는 독자 칩렛 기술인 'NV링크'를 기반으로 패키징 기술에 집중하고 있다. 지난해 2월에는 칩렛 중심 반도체 솔루션 개발 과정을 브랜드화한 '모자이크'를 특허청에 상표권 출원하기도 했다.

SK하이닉스는 컴퓨트익스프레스링크(CXL) 메모리 제품 컨트롤러에 칩렛 적용을 연구 중이며, 이를 통해 고용량 메모리 확장과 고성능 컴퓨팅(HPC) 성능 제고를 노리고 있다. SK하이닉스 또한 지난 3월 삼성전자와 함께 엘리안에 투자한 바 있다.

LG전자는 가전용 프로세서에서 반도체 내재화에 성공한 경험을 바탕으로, 전장 분야에서도 좋은 성과를 내기 위해 노력하고 있다. 내부적으로는 이미 칩렛의 선도적인 적용을 검토 중이다.

LG전자는 시스템반도체를 설계하는 SoC센터를 통해 설계 전 과정을 다루고 있으며, TSMC 등 외부 파운드리 업체를 통해 위탁 생산하고 있다. 또한 지난해 5월 '텐스토렌트'와 손을 잡고 스마트 TV와 차량용 AI 칩 개발에 나서고 있다.

한편 인텔과 TSMC는 고성능 컴퓨팅(HPC) 분야 서버용 칩 등에 칩렛을 적용한 제품들을 선보이며 속도를 내고 있다. 시장조사업체 욜그룹은 오는 2027년까지 소형 프로세서의 80%에 칩렛이 적용될 것으로 전망하고 있다.