“AI, 전기차 등 다양한 첨단 기술의 발전을 이끄는 현대 산업에서 필수 불가결한 요소인 반도체의 기술 향상을 위해서는 업계는 물론, 대학과 정부 간의 통합적인 협력이 필요하다”

프라부 라자(Prabu Raja) 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials) 반도체 제품 그룹 사장은 지난 19일 열린 세미콘 코리아 2025 기조 연설을 통해 협업을 통한 혁신과 에너지 효율적인 반도체의 가속화(Accelerating Energy-Efficient Semiconductors through Collaborative Innovation)를 주제로 발표했다.

프라부 라자는 반도체 기술과 인공지능(AI)은 현대 산업에서 필수 불가결한 요소로 자리 잡고 있다며 반도체는 AI, 전기차 등 다양한 첨단 기술의 발전을 이끌며, 이에 대한 수요가 급증하고 있다고 밝혔다.

이어 지난 10년 동안 AI는 급속도로 발전해 왔다며 구글의 AlphaGo가 바둑 챔피언인 이세돌 9단을 이긴 사건이 AI의 가능성을 보여준 대표적인 예로 AI 모델 학습을 위한 컴퓨터 성능은 지난 5년 동안 1만배 향상됐다고 말했다.

이어 AI 기술의 발전에는 대량의 전력이 필요하다며 이는 지속 가능하지 않으며, 2030년에는 전력 수요가 현재의 1,000배에 이를 것으로 예상했다.

이는 AI 모델 학습에는 대량의 데이터 처리와 복잡한 연산이 필요한데, 이를 위해 고성능 컴퓨팅 장치가 필요하며, 이는 많은 전력을 소비하고, 또한 AI 모델을 더욱 정교하게 만들기 위해 더 많은 연산 자원과 전력이 필요한 이유로 전력소비가 급격히 증가하고 있다고 언급했다.

이에 새로운 반도체 기술과 아키텍처의 도입이 필요하고, 3D 반도체 기술과 같은 새로운 접근법이 요구된다고 밝혔다.

프라브 라자는 3D 반도체 기술은 복잡성과 새로운 재료 및 프로세스 기술을 요구한다며, 2나노미터 기술을 구현하기 위해서는 2,000개 이상의 공정 단계를 거쳐야 하고, 이 과정에서 새로운 재료와 인터페이스 기술이 필요하다고 언급했다.

특히 수평과 수직을 동시에 증착하는 방법에는 굉장히 어려운 복잡성이 따르고, 매우 좁은 공간에 여러 재료를 정밀하게 배치해야 하는 등 고난도의 기술이 필요하다고 말했다.

또한 트랜지스터와 배선간의 접촉 저항이 증가하면 성능과 전력 효율성에 영향을 미치기 때문에 이를 해결하기 위해서도 새로운 재료와 공정 기술이 필요하고 20개의 공정 단계와 다양한 새로운 재료가 사용된다고 밝혔다.

이 과정에서 기존의 각각 진행하던 공정을 통합해서 진행하는 공정이 필요하며, 이를 통해 저항을 50% 줄일 수 있으며, 이를 통해 전류 흐름이 더 원활해지고 에너지 효율이 향상돼 성능을 5% 끓어 올릴 수 있다고 언급했다.

이와 함께 3D 반도체 기술에서는 많은 수의 칩을 하나의 패키지로 결합하는 하이브리드 본딩 기술이 사용되는데, Copper to Copper 본딩과 같은 새로운 패키징 방법이 요구된다고 언급했다.

이런 반도체 혁신을 위해서는 하나의 회사가 기술을 개발하고 소재를 공급한다는 것은 어려운 일이며, 칩 제조업체는 물론 대학과 정부 등 다양한 파트너간 협력이 필수적이라고 밝혔다.

이를 위해 어플라이드 머티어리얼즈는 최첨단 반도체 공정 기술 및 제조장비 R&D 협업시설인 EPIC 센터를 구축하고 있다며 EPIC 센터를 통해 협업을 강화할 수 있다고 언급했다.

EPIC 센터를 통하면 반도체 기술 혁신을 더 빠르게 이뤄낼 수 있으며, 2배 빠른 반도체 개발 기간을 가져 올 것이라고 주장했다.

또한 싱가포르에서도 앞으로 발표할 패키징 컨셉을 준비 중이라며, 반도체 생태계 파트너와 공동 혁신을 촉진하고, 검증 및 시장 출시, 인재 양성을 위해 적극적으로 나서고 있다며 발표를 마무리했다.