인공지능(AI)의 기하급수적 성장에 비해 지속가능성(Sustainability)은 떨어지고 있다는 전망이 나왔다. 10년 전 구글의 알파고(AlphaGo)가 세상에 모습을 드러냈고 지난 5년간 컴퓨터 모델 훈련 속도는 1만배 증가했지만 이 때문에 에너지 소비량이 크게 증가해서다. 기술 발전에도 불구하고 현재 에너지 소비방식은 지속가능하지 않다는 전망이다.
프라부 라자(Prabu Raja) 어플라이드머티리얼즈(AMAT) 반도체 제품 그룹 사장은 19일 서울 삼성동 코엑스 오디토리움에서 진행된 세미콘2025 키노트 연설에서 앞으로 또 다른 성장을 위해 연결(Connectivity)를 강조했다. 라자 사장은 “지난 15년간 컴퓨팅 성능은 1만배 증가했으며 우리는 앞으로 또 다른 1만배 향상된 성능이 필요하다”며 “반도체 업계는 새로운 혁신을 보다 빠르게 상용화하기 위해 협업을 강화해야 한다”고 말했다. 이어 “이를 위해 5개의 주요 AI기업들과 반도체 기업들은 에너지 효율적인 컴퓨팅을 구현하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다”고 덧붙였다.
현재 반도체 기술에서 근본적인 아키텍처 변화(Architectural Inflection)가 일어나고 있다고 설명했다. 라자 사장은 “로직 부문에서는 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터와 백사이드 전력 공급 방식이 도입되고 있고 D램(DRAM)에서는 HBM과 3D DRAM이 발전하고 있다”며 “첨단 패키징 기술에서도 계속해서 발전하고 있다”며 “모든 변화에서 공통적으로 발견되는 점은 3D구조가 도입되고 있다”고 설명했다.
이러한 점들로 반도체를 제조하는 공정에서 복잡성이 늘고 있다고 지적했다. 라자 박사는 “3D 기술은 리소그래피(lithography)의 확장, 재료 공학, 제조 복잡성을 증가시키는 주요 요소”라며 “첨단 반도체 제작을 위해선 더 많은 공정 단계, 신소재, 정밀한 인터페이스 기술이 필요하다”고 설명했다. 이어 “이제 반도체 제조에서는 3D 아키텍처가 필수적”이라며 “제조 단계 간 상호작용을 해결하고 정밀한 공정 제어가 필요하다. 수천 개의 칩이 동시에 연결되는 패티징 기술은 점점 더 복잡해지고 있으며 이를 구현하려면 첨단 연결 기술과 자동화된 제조 공정이 필수적”이라고 말했다.
연결에 대해서도 강조했다. 라자 사장은 “현재 반도체 산업에서 가장 큰 도전 과제는 연결(Connectivity)”이라며 “공정간 최적화가 필요하고 새로운 기술들을 유기적으로 연결해야 한다”고 강조했다.
AMAT는 이번 세미콘2025 전시기간 동안 반도체 스케일링의 한계를 극복하려는 반도체 제조기업들을 지원하기 위해 새로운 결함 리뷰 시스템 ‘SEM비전(SEMVision) H20’을 발표하기도 했다. 해당 기술은 옹스트롬(Angstrom, 0.1나노미터) 수준에 도달한 칩 기술에서 실제 결함과 거짓 경보를 구별하는데 있어서 난이도가 증가하자 AMAT는 전자빔 기술과 AI 이미지 인식 기능을 활용해 설계했다. 키스 웰스(Keith Wells) AMAT 이미징 및 공정 제어 그룹 부사장은 “새로 출시된 SEMVision H20시스템은 글로벌 선도 반도체 제조기업들이 검사 도구에서 제공하는 대량의 데이터 속에서 노이즈와 신호를 보다 정확하게 구분하도록 돕는다”며 “어플라이드의 시스템은 3D 디바이스 구조 깊숙이 위치한 가장 미세한 크기의 결함을 빠르게 식별한다. 이를 통해 빠르고 정확한 검사 결과를 제공함으로써 반도체 제조기업들은 공장 사이클 타임을 단축하고 수율을 높일 수 있다”고 말했다.
앞으로 AI 발전에 맞춰 반도체도 지속가능한 성장을 이어가기 위해서는 산업 전반적인 협력에 대해서도 필요하다고 언급했다. 라자 사장은 “반도체산업 업계 전반의 협업이 필수적이며 차세대 소재와 공정 기술 개발을 위한 파트너십이 중요하다”며 “반도체 업계의 새로운 확장 전략이 필요하다”고 말했다.