글로벌 반도체 기업인 인피니언 테크놀로지스(Infineon Technologies)와 중국의 이노사이언스(Innoscience)의 특허침해 소송이 단순한 기술 침해를 넘어 미래 인공지능(AI) 서버 및 데이터센터용 GaN(질화갈륨, 갈륨나이트라이드) 전력반도체 시장 선점에 중요한 분수령이 될 것으로 분석된다.

미국 Semiconductor Today는 인피니언이 최근 미국 캘리포니아 북부 지방법원에서 이노사이언스를 상대로 추가적인 특허 침해 소송을 제기했다고 밝혔다. 이번 소송에는 3개의 추가적인 GaN 관련 특허가 포함된 것으로 알려졌다.

이에 앞서 인피니언은 올해 3월 이노사이언스를 대상으로 인피니언의 미국 특허를 무단 사용한 혐의로 소송을 제기한 바 있다.

또한 인피니언은 소송의 대상이 된 4개의 특허를 근거로 미국 국제무역위원회(USITC)에도 소송을 제기해 영구 금지 명령과 함께 손해배상을 청구했다.

이와 함께 독일 뮌헨 지방법원에도 이노사이언스를 상대로 소송을 제기한 바 있고, PCIM Europe 전시회에서 침해 제품을 제거하라는 예비 금지 명령을 받을 바 있다.

업계에 알려진 바에 따르면 인피니언은 GaN 특허 포트폴리오는 약 350개의 특허군으로 구성된 것으로 전해졌으며, 2023년 10월에 GaN systems를 인수해 포트폴리오를 강화한 것으로 알려졌다.

업계에 따르면 이번 소송은 단순한 특허침해 사건을 넘어 향후 미래 AI 서버 시장 선점과도 관련이 있다고 전해지고 있다.

대만 디지타임즈(DigiTimes)에 따르면 엔비디아의 데이터센터용 서버 모듈에 이노사이언스의 GaN 부품이 탑재된 것으로 알려졌다.

■ 데이터센터 전력 공급 및 CO2 절감에 필수적인 ‘GaN’

최근 AI 관련 수요가 폭발적으로 증가하며, AI 서버 및 데이터 센터 수요가 폭발적으로 증가하고 있다.

트렌드포스에 따르면 최근 글로벌 AI 서버 수요가 급증해 2024년 시장 가치가 1,870억달러로 증가하고 전체 서버 시장의 65%를 차지할 것으로 분석됐다.

또한 이 시장에서 엔비디아의 GPU 점유율은 약 90%를 차지하고, AMD가 약 8%를 차지하고 있는 것으로 분석됐다.

또한 2025년까지 AI 서버 수요가 지속되면서 엔비디아 플랫폼이 주요 AI 서버에 탑재될 것으로 예상됐다.

또한 AI 서버를 포함한 전체 서버 시장도 지속해서 증가하며 2024년 3분기 서버 출하량도 전년대비 4~5% 증가할 것으로 예상된다.

특히 최근 전체 서버 시장에서 DDR5 메모리의 채용이 늘고 있으며 3분기에는 DDR5 메모리의 채용이 60%에 이를 것으로 예상된다.

이러한 분석에 따르면 서버 시장에서 전력 부담이 엄청나게 커진다는 것을 의미한다.

AI 서버의 경우 AI 모델을 학습하고 추론하는 데 필요한 계산 능력이 필요하기 때문에 전통적인 데이터센터보다 훨씬 더 많은 전력을 소비한다.

업계에 따르면 AI 서버의 전력 소비는 2027년까지 연간 85.4∼130TWh에 이를 것으로 예상되는데 이는 네덜란드의 연간 전력소비량과 맞먹는 수준이다.

또한 AI 서버용 메모리의 경우 용량과 속도가 이전과 다른 속도로 증가하고 있는데 이에 DDR5 증가가 늘어나고 있다. 개별 DDR5의 경우 1.1V에서 동작해 DDR4의 1.2V에 비해 전력 보시가 약 20%가 감소하지만 AI 서버에서는 사용량이 이전과 다르게 압도적으로 증가하기 때문에 결과적으로는 DDR5 DIMM(Dual Inline Memory Module) 하나당 필요한 전력은 기존대비 크게 증가할 것으로 예상된다.

이에 업계는 전력 소모가 적고, 스위칭 속도가 빠르고, 기존 실리콘 전력반도체 대비 부피는 절반에 불과하면서도 CO2 배출은 적은 GaN 전력반도체가 향후 AI 서버 및 데이터센터용 전력반도체로 그 수요가 증가할 것으로 전망하고 있다.

실제로 고성능 서버용 전력공급기에 GaN 소자 채택이 늘고 있으며, 기존 회로에서도 GaN으로 교체되는 사례가 종종 알려졌다.

이에 관련 기업들도 GaN 생산 확대에 적극적이다.

인피니언은 말레이시아 쿨림 팹에 20억유로 이상을 투자해 GaN을 비롯한 와이드밴드갭 반도체 생산량을 확대하고 있고, 쿨림 팹은 2024년 하반기 웨이퍼 공급을 목표로 하고 있다.

ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, ST)도 전세계적으로 공격적 확장에 나서고 있으며 이탈리아 카타니아 및 중국 충칭 팹 건설에 적극적이다.

텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments, TI)도 텍사스 및 유타주 등에서 팹 확장에 적극적이며, 최근 전력 밀도를 개선한 신제품을 지속 출시하고 있다.

일본에서는 로옴(Rohm)이 GaN 관련 제품을 출시하고 있고, 르네사스도 미국 트랜스폼을 인수하고 본격 시장에 뛰어들었다.

중국의 이노사이언스는 벨기에 반도체 연구기관인 IMEC의 기술을 바탕으로 2015년에 설립돼 짧은 기간동안 GaN 파워소자 제품을 6억개 이상 출하한 것으로 알려졌으며, 2022년 200㎜ Si 웨이퍼 환산으로 월 1만장 생산 수준이었으나, 2026년까지 월 7만장 생산 수준으로 끌어올린다는 계획이다.