광 반도체 주목한 미국·대만, 한국은 잠잠

[테크월드뉴스=박예송 기자] 최근 AI가 빠르게 성장하면서 많은 양의 데이터 처리가 요구되고 있다. 그러나 데이터 처리 속도가 AI의 발전 속도를 따라가지 못한다면 AI의 성장에 방해가 될 수 있다.

이런 문제를 해결하기 위해 업계에서는 광학 I/O 기반 기술에 주목하고 있다. 실리콘 포토닉스(SiPh) 및 CPO(Co-Packaged Optics) 기술 개발에 미국과 대만은 적극적으로 나서고 있는 한편 국내에서는 아직 미지근한 반응이다.

▶다시 주목받는 광 반도체 기술

데이터 전송에 사용되는 기존의 구리선은 대역폭, 거리, 전력으로 인해 이동 속도에 제한이 있다. 고성능 컴퓨팅(HPC) 애플리케이션에서 데이터 전송이 점점 더 중요해짐에 따라 SiPh는 구리선을 대체할 수 있는 기술로 주목받고 있다. SiPh 기술은 사용자가 전기신호를 보내면 광 신호로 데이터가 처리되는 방식이다. 전기신호만 활용하는 기존 방식보다 더 빠르고 에너지 효율이 높다.

고속 광 데이터 송수신에는 고성능 프로세서가 필요하기 때문에 SiPh 패키징 기술에 주목하고 있다. 특히 SiPh 패키징 기술로 통합 패키지 광학(CPO)에 관심이 쏠리고 있다. CPO는 차세대 대역폭 및 전력 문제를 해결하기 위해 단일 패키지 기판에 광학 모듈과 스위치 반도체를 통합한 첨단 이종 집적화 기술이다.

광학 모듈과 스위치 반도체를 가깝게 배치해 채널 손실과 전력 소비를 줄일 수 있다. CPO는 광섬유, 디지털 신호 처리(DSP), 스위치 ASIC, 첨단 패키징 및 테스트 등 광범위한 기술이 결합돼 데이터 센터 및 클라우드 인프라에 새로운 가능성을 제공한다.

욜인텔리전스에 따르면 2022년 약 600만 달러(약 80억 원)에 달했던 CPO 시장이 2033년까지 42%의 연평균 성장률로 2억 8700만 달러(약 3870억 원)까지 성장할 것으로 예상된다.

▶적극적인 미국과 대만, 한국은?

TSMC, ASE 테크놀로지, 인텔 등 주요 반도체 제조업체에게 CPO와 SiPh는 낯선 기술이 아니다. TSMC는 CoWoS 첨단 패키징 기술의 초기 R&D 시절부터 SiPh의 잠재력에 주목해 왔지만 당시에는 이 기술이 너무 이르다고 판단했다. 최근 AI분야가 폭발적으로 성장하면서 SiPh 기술에 대한 관심을 다시 불러일으킨 것이다.

특히 인텔은 20세기의 가장 중요한 두 가지 발명품인 실리콘 기반 칩과 반도체 레이저의 결합이라는 점에 주목하며 수년동안 SiPh 계획을 개발해왔다. 인텔은 실리콘 포토닉스 기술이 컴퓨팅 성능을 저하시킬 수 있는 네트워크 병목 현상을 해결함으로써 비용을 절감하고 데이터 센터 인프라 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 보고 있다.

미국에 본사를 둔 엔비디아, 브로드컴, 마벨 테크로놀로지, 시스코 시스템즈도 CPO를 통해 웨이퍼 팹 및 OSAT와 함께 차세대 SiPh 기술을 개발하고 있는 것으로 파악된다.

반도체 기술에서 뒤처지지 않는 대만 또한 SiPh 기술에 박차를 가하고 있다. 업계 관계자들은 미국의 주요 제조 업체와 밀접한 관계를 맺고 있는 ASE와 윈스텍이 SiPh에 대한 연구개발을 시작했다고 전했다. ASE 테크놀로지와 윈스텍은 SiPh 도입을 강화하고 첨단 패키징을 발전시킬 예정이다.

CPO와 같은 패키징 기술은 모두 이종 집적화를 중심으로 이뤄져 포괄적인 제품 테스트와 시스템 수준 테스트가 필요하다. 따라서 대만 언론매체 디지타임스는 청화정밀테스트테크(CHPT), 윈웨이 테크놀로지, MPI와 같은 반도체 테스트 솔루션 제공업체가 SiPh 기술에서 활약할 것으로 예상했다.

이처럼 미국과 대만이 CPO 및 SiPh 개발에 적극적인 모습을 보이는 반면 국내 반도체 기업들은 아직 구체적인 계획을 밝히지 않고 있다. 업계에서는 SiPh 기술이 활성화되지 않은 국내 파운드리 생태계를 지적하기도 했다.