1965년, 인텔 공동 창립자 고든 무어는 "무어의 법칙"을 제시했습니다. 반세기 넘게 이 법칙은 집적 회로(IC) 성능의 꾸준한 향상과 비용 절감을 뒷받침해 왔으며, 이는 현대 디지털 기술의 토대가 되었습니다. 간단히 말해, 칩에 탑재되는 트랜지스터의 수는 약 2년마다 두 배로 증가합니다.
수년간 기술 발전은 그 속도를 따라왔습니다. 하지만 이제 상황이 바뀌고 있습니다. 더 이상의 크기 축소는 어려워졌고, 특징 크기는 겨우 몇 나노미터 수준으로 줄어들었습니다. 엔지니어들은 물리적 한계, 더욱 복잡해진 공정 단계, 그리고 상승하는 비용에 직면하고 있습니다. 또한, 미세한 형상은 수율을 저하시켜 대량 생산을 어렵게 만듭니다. 최첨단 제조 시설을 건설하고 운영하는 데에는 막대한 자본과 전문 지식이 필요합니다. 따라서 많은 사람들은 무어의 법칙이 힘을 잃어가고 있다고 주장합니다.
그러한 변화는 칩렛이라는 새로운 접근 방식의 가능성을 열어주었습니다.
칩렛은 특정 기능을 수행하는 작은 칩으로, 본질적으로 하나의 모놀리식 칩을 잘라낸 조각과 같습니다. 제조업체는 여러 개의 칩렛을 하나의 패키지에 통합함으로써 완전한 시스템을 조립할 수 있습니다.
모놀리식 칩 시대에는 모든 기능이 하나의 큰 다이에 탑재되어 있었기 때문에 어느 한 부분에 결함이 생기면 전체 칩을 폐기해야 했습니다. 칩렛 시대에는 "양호한 다이(KGD)"를 사용하여 시스템을 구축함으로써 수율과 제조 효율성을 획기적으로 향상시켰습니다.
이종 통합, 즉 서로 다른 공정 노드에서 제작된 다양한 기능을 수행하는 다이를 결합하는 기술은 칩렛을 특히 강력하게 만듭니다. 고성능 컴퓨팅 블록은 최신 노드를 활용하는 반면, 메모리와 아날로그 회로는 안정적이고 비용 효율적인 기술을 유지할 수 있습니다. 결과적으로 더 높은 성능을 더 낮은 비용으로 구현할 수 있습니다.
자동차 업계는 특히 이 기술에 큰 관심을 보이고 있습니다. 주요 자동차 제조업체들은 2030년 이후 대량 생산을 목표로 미래 차량용 SoC 개발에 이러한 기술을 활용하고 있습니다. 칩렛을 통해 AI 및 그래픽 기능을 더욱 효율적으로 확장하고 수율을 향상시켜 자동차 반도체의 성능과 기능을 모두 높일 수 있습니다.
일부 자동차 부품은 엄격한 기능 안전 기준을 충족해야 하므로 기존의 검증된 노드에 의존합니다. 반면, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS) 및 소프트웨어 정의 차량(SDV)과 같은 최신 시스템은 훨씬 더 높은 연산 능력을 요구합니다. 칩렛은 이러한 격차를 해소합니다. 안전 등급 마이크로컨트롤러, 대용량 메모리, 강력한 AI 가속기를 결합함으로써 제조업체는 각 자동차 제조사의 요구에 맞춰 SoC를 더욱 빠르게 맞춤 제작할 수 있습니다.
이러한 장점은 자동차 산업을 넘어 다양한 분야에 적용됩니다. 칩렛 아키텍처는 인공지능, 통신 및 기타 영역으로 확산되어 산업 전반의 혁신을 가속화하고 있으며, 반도체 로드맵의 핵심 요소로 빠르게 자리매김하고 있습니다.
칩렛 통합은 소형 고속 다이 간 연결에 달려 있습니다. 핵심적인 요소는 인터포저인데, 이는 다이 아래에 있는 중간층(주로 실리콘)으로, 마치 작은 회로 기판처럼 신호를 전달하는 역할을 합니다. 인터포저의 성능이 좋을수록 결합력이 강해지고 신호 교환 속도가 빨라집니다.
첨단 패키징 기술은 전력 공급 성능도 향상시킵니다. 다이 사이에 촘촘하게 배열된 미세한 금속 연결부는 좁은 공간에서도 전류와 데이터를 위한 충분한 경로를 제공하여, 제한된 패키지 면적을 효율적으로 활용하면서 고대역폭 전송을 가능하게 합니다.
오늘날 주류 방식은 2.5D 통합으로, 여러 개의 다이를 인터포저에 나란히 배치하는 것입니다. 다음 단계는 3D 통합으로, 실리콘 관통 비아(TSV)를 사용하여 다이를 수직으로 쌓아 더욱 높은 밀도를 구현하는 것입니다.
모듈형 칩 설계(기능 및 회로 유형 분리)와 3D 적층 기술을 결합하여 더 빠르고 작으며 에너지 효율이 높은 반도체를 구현했습니다. 메모리와 연산 기능을 한 곳에 배치함으로써 대규모 데이터 세트에 엄청난 대역폭을 제공하여 AI 및 기타 고성능 워크로드에 이상적입니다.
하지만 수직 적층은 여러 가지 어려움을 수반합니다. 열이 더 쉽게 축적되어 열 관리와 수율에 문제가 발생합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구자들은 열 제약을 효과적으로 관리할 수 있는 새로운 패키징 방법을 개발하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 칩렛과 3D 통합의 융합은 무어의 법칙이 한계에 도달한 이후 기술 발전을 이끌어갈 혁신적인 패러다임으로 널리 인식되고 있으며, 이러한 추세는 지속될 전망입니다.
게시 시간: 2025년 10월 15일