어플라이드 머티어리얼즈 코리아는 31일 서울 삼성동 오크우드 프리미어 코엑스 센터에서 ‘AI 시대를 위한 D램·첨단 패키징 대담’을 개최했다. 이날 행사는 김지혜 어플라이드 머티어리얼즈 코리아 홍보책임자가 질문하고 박광선 어플라이드 머티어리얼즈 코리아 대표와 무쿤드 스리니바산(Mukund Srinivasan) 어플라이드 머티어리얼즈 그룹 부사장이 답하는 대담 형식으로 진행됐으며, 이후 기자들과의 질의응답과 HBM 시스템 모형 설명이 이어졌다.

어플라이드 머티어리얼즈는 AI 연산량이 빠르게 증가하면서 반도체 산업의 과제가 연산 성능 향상에서 데이터를 얼마나 빠르고 적은 에너지로 이동시키느냐까지 확대되고 있다고 진단했다. 프로세서와 메모리 사이의 성능 격차가 커지는 가운데 D램과 HBM, 이를 로직과 가깝게 연결하는 첨단 패키징 기술이 함께 발전해야 AI 시스템의 성능과 전력 효율을 높일 수 있다는 설명이다.

AI 연산량 늘수록 전력과 생산 부담 커져 3D 스케일링으로 대응

스리니바산 부사장은 AI 시대 반도체 산업이 직면한 과제를 기술과 생산능력으로 나눴다. AI 모델의 연산량이 증가하면서 소비 전력도 빠르게 늘고 있어 연산과 데이터 이동에 필요한 에너지를 낮추는 것이 기술적으로 가장 큰 과제이며, 로직과 메모리 수요가 공급을 앞서면서 반도체 제조사뿐 아니라 장비와 부품·소재업체까지 생산능력을 확대해야 한다고 설명했다.

기술적인 대응 방향으로는 3D 스케일링을 제시했다. 로직에서는 GAA(Gate-All-Around)를 비롯한 3차원 트랜지스터 구조가 발전하고 있으며, 메모리는 D램을 수직으로 쌓은 HBM을 통해 대역폭을 높이고 있다. 패키징에서도 로직과 메모리를 가까이 배치하는 2.5D와 3D 구조가 확대되고 있다.

구조가 복잡해지면서 제조 공정에도 새로운 요구가 생긴다. 스리니바산 부사장은 새로운 소재와 선택적 증착·제거 공정, 옹스트롬 수준의 정밀한 공정 제어가 필요하다며, 로직 반도체가 2000개 이상, 메모리가 1200개 이상의 공정을 거치는 만큼 각 단계의 영향을 함께 고려하는 공동 최적화도 중요해지고 있다고 강조했다.

D램 주변회로에 로직 공정 적용, HBM은 하이브리드 본딩 전환 준비

메모리에서는 속도와 지연시간, 대역폭이 주요 과제로 제시됐다. 스리니바산 부사장은 로직 CMOS에서 발전한 기술이 D램 주변회로 트랜지스터에 적용되고 있다며, 어플라이드가 로직 분야에서 축적한 에피택시와 금속화, CMP 등의 공정 기술을 메모리에도 활용하고 있다고 설명했다.

HBM에서는 TSV와 마이크로범프를 미세화해 I/O 밀도를 높이는 동시에, 향후 마이크로범프 기반 적층에서 하이브리드 본딩으로 기술이 발전할 것으로 전망했다. 하이브리드 본딩은 다이 사이 간격을 사실상 최소화해 열 특성과 I/O 밀도를 개선하고 지연시간과 대역폭을 높일 수 있다는 설명이다.

다만 실제 양산 적용 시점에 대해서는 신중한 입장을 보였다. 스리니바산 부사장은 질의응답에서 새로운 반도체 기술이 도입될 때 일정한 학습 과정이 필요하지만 관련 기술적 문제는 해결될 것으로 예상한다면서도, 하이브리드 본딩의 구체적인 적용 시점은 고객사가 결정할 부분이라고 말했다.

한국 고객사 투자 확대 대응 장비 공급부터 해외 생산거점 지원까지

박광선 대표는 최근 AI와 반도체 시장의 성장 속도가 크게 빨라지면서 한국의 전략적 중요성도 다시 확인되고 있다고 평가했다. 어플라이드 내부에서도 한국의 역할이 중요하게 다뤄지고 있으며, 고객사와 중장기 수요를 예측해 필요한 설비를 적시에 공급하는 한편 기존 장비의 성능과 생산성을 높이기 위한 협업도 강화하고 있다고 설명했다.

국내 반도체 업체들의 해외 생산거점 확대도 어플라이드 머티어리얼즈 코리아의 역할을 넓히고 있다. 박 대표는 고객사들이 글로벌 팹을 확장하는 과정에서 인력과 기술 지원에 공백이 생기지 않도록 대응하고 있으며, 메모리에 이어 첨단 패키징에서도 공동 기술 개발과 양산 적용을 위한 협업을 확대하고 있다고 말했다.

급증한 수요에 따른 장비 공급 문제에 대해서는 단기적인 납기보다 장기간의 수요 예측과 공급망 협력을 강조했다. 당장의 시장 상황뿐 아니라 향후 1~3년의 수요를 예상해 내부 생산능력과 부품 공급 파트너의 준비 상황을 함께 조율하고 있다는 설명이다.

국내 인력도 확대하고 있다. 박 대표는 질의응답에서 “올해에도 세 자리 숫자의 인력을 충원하고 있다”고 밝혔다. 대학 연계 프로그램과 신입사원 채용 등을 통해 인력을 확보하고 있으며, 향후 고객사의 생산능력 확대에 맞춘 추가적인 인력 확충도 준비하고 있다고 설명했다.

EPIC에서 개발하고 ACC Korea에서 양산 연계 국내 고객 협업 강화

어플라이드는 고객 및 파트너와 기술 개발 초기부터 협력하기 위한 EPIC(Equipment and Process Innovation and Commercialization Center)도 확대하고 있다. 스리니바산 부사장은 EPIC에서 미래 반도체 로드맵의 기술 과제를 고객 및 관련 업체와 함께 개발하고 이를 실제 양산까지 연결하는 것이 목표라며, 최근 9~10개월 동안 11건의 협력 합의가 이뤄졌다고 설명했다.

삼성전자와 SK하이닉스는 EPIC 창립 파트너로 참여하고 있다. 박 대표는 실리콘밸리 EPIC에서 개발되는 미래 기술을 한국 오산에 구축 중인 어플라이드 컬래버레이션 센터 코리아(Applied Collaboration Center Korea, ACC Korea)와 국내 고객사로 연결해 기술 개발부터 양산 적용까지의 시간을 줄이겠다는 계획을 밝혔다.

개별 칩 성능 경쟁에서 HBM 로직 패키징을 아우르는 시스템 통합으로

행사 말미에는 원대희 어플라이드 머티어리얼즈 코리아 패키징·통합재료솔루션 총괄이 개념 모형을 통해 HBM과 로직, 패키징 기술의 관계를 설명했다. 원 총괄은 과거 개별 D램이나 로직의 성능 향상에 집중했던 반도체 기술이 최근에는 서로 다른 기능을 가진 디바이스를 얼마나 가깝고 효율적으로 연결하느냐가 시스템 성능을 좌우하는 방향으로 변화하고 있다고 설명했다.

이날 대담에서도 D램에는 선단 로직에서 축적한 공정 기술이 확대되고, HBM은 더 높은 적층과 연결 밀도를 위해 하이브리드 본딩으로 발전하는 등 AI 반도체의 성능 경쟁 범위가 개별 칩에서 패키징과 시스템 통합으로 넓어지고 있다는 점이 강조됐다. 어플라이드는 이 과정에서 국내 고객과의 기술 협업과 생산 지원을 확대하고, EPIC과 ACC Korea를 활용해 차세대 기술의 개발과 양산 적용을 앞당긴다는 계획이다.