1965년, 인텔의 공동 창립자 고든 무어는 "무어의 법칙"을 발표했습니다. 이 법칙은 반세기가 넘는 기간 동안 집적 회로(IC) 성능의 꾸준한 향상과 비용 감소를 뒷받침했으며, 현대 디지털 기술의 토대가 되었습니다. 간단히 말해, 칩에 집적되는 트랜지스터의 수는 2년마다 약 두 배로 증가합니다.
수년간 발전은 그 흐름을 따라왔습니다. 하지만 이제 상황이 바뀌고 있습니다. 더 이상의 미세화는 어려워졌고, 피처 크기는 불과 몇 나노미터로 줄었습니다. 엔지니어들은 물리적 한계, 더욱 복잡한 공정 단계, 그리고 비용 상승에 직면하고 있습니다. 또한, 미세화된 기하 구조는 수율을 저하시켜 대량 생산을 더욱 어렵게 만듭니다. 최첨단 팹을 건설하고 운영하려면 막대한 자본과 전문 지식이 필요합니다. 따라서 많은 사람들은 무어의 법칙이 힘을 잃고 있다고 주장합니다.
그러한 변화로 인해 칩렛이라는 새로운 접근 방식이 탄생했습니다.
칩렛은 특정 기능을 수행하는 작은 다이로, 본질적으로 하나의 모놀리식 칩이었던 것의 일부입니다. 여러 개의 칩렛을 단일 패키지에 통합함으로써 제조업체는 완전한 시스템을 조립할 수 있습니다.
모놀리식 시대에는 모든 기능이 하나의 대형 다이에 탑재되어 있었기 때문에, 어느 한 곳에 결함이 생기면 전체 칩이 폐기될 수 있었습니다. 칩렛을 사용하면 시스템이 "양호한 다이"(KGD)로 제작되어 수율과 제조 효율이 크게 향상됩니다.
서로 다른 공정 노드와 기능을 위해 제작된 다이들을 결합하는 이기종 집적(heterogeneous integration) 덕분에 칩렛은 특히 강력해집니다. 고성능 컴퓨팅 블록은 최신 노드를 사용할 수 있으며, 메모리와 아날로그 회로는 성숙하고 비용 효율적인 기술을 그대로 유지합니다. 결과적으로 더 낮은 비용으로 더 높은 성능을 구현할 수 있습니다.
자동차 업계가 특히 관심을 보이고 있습니다. 주요 자동차 제조업체들은 이러한 기술을 활용하여 2030년 이후 대량 도입을 목표로 미래형 차량용 SoC를 개발하고 있습니다. 칩렛을 사용하면 AI와 그래픽을 더욱 효율적으로 확장하는 동시에 수율을 향상시켜 자동차 반도체의 성능과 기능을 모두 향상시킬 수 있습니다.
일부 자동차 부품은 엄격한 기능 안전 기준을 충족해야 하므로 검증된 구형 노드에 의존해야 합니다. 한편, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)이나 소프트웨어 정의 차량(SDV)과 같은 최신 시스템은 훨씬 더 높은 컴퓨팅 성능을 요구합니다. 칩렛은 이러한 격차를 해소합니다. 안전 등급 마이크로컨트롤러, 대용량 메모리, 강력한 AI 가속기를 결합함으로써 제조업체는 각 자동차 제조업체의 요구에 맞춰 SoC를 더욱 빠르게 맞춤화할 수 있습니다.
이러한 장점은 자동차에만 국한되지 않습니다. 칩렛 아키텍처는 AI, 통신 등 다양한 분야로 확산되어 산업 전반의 혁신을 가속화하고 반도체 로드맵의 핵심 요소로 빠르게 자리 잡고 있습니다.
칩렛 통합은 소형의 고속 다이 간 연결에 의존합니다. 핵심 요소는 인터포저입니다. 인터포저는 다이 아래에 위치하며, 주로 실리콘으로 이루어진 중간층으로, 마치 작은 회로 기판처럼 신호를 전송합니다. 더 나은 인터포저는 더 긴밀한 결합과 더 빠른 신호 교환을 의미합니다.
고급 패키징은 전력 공급도 향상시킵니다. 다이 사이에 미세한 금속 연결부를 촘촘하게 배열하여 좁은 공간에서도 전류와 데이터를 위한 충분한 경로를 제공하여, 제한된 패키지 면적을 효율적으로 활용하면서 고대역폭 전송을 가능하게 합니다.
오늘날 주류를 이루는 방식은 2.5D 집적입니다. 즉, 인터포저 위에 여러 개의 다이를 나란히 배치하는 방식입니다. 다음 단계는 3D 집적입니다. 3D 집적은 실리콘 관통전극(TSV)을 사용하여 다이를 수직으로 적층하여 더욱 높은 집적도를 구현합니다.
모듈형 칩 설계(기능 및 회로 유형 분리)와 3D 스태킹을 결합하면 더 빠르고, 더 작으며, 에너지 효율적인 반도체를 구현할 수 있습니다. 메모리와 컴퓨팅을 함께 배치하면 대규모 데이터 세트에 엄청난 대역폭을 제공하여 AI 및 기타 고성능 워크로드에 이상적입니다.
하지만 수직 적층 방식은 어려움을 겪습니다. 열이 더 쉽게 축적되어 열 관리와 수율을 복잡하게 만듭니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 열적 제약 조건을 더 잘 처리할 수 있는 새로운 패키징 방법을 개발하고 있습니다. 그럼에도 불구하고, 칩렛과 3D 집적의 융합은 무어의 법칙이 끝나는 지점까지 이끌어갈 파괴적 패러다임으로 널리 인식되고 있습니다.
게시 시간: 2025년 10월 15일