성능과 수율 두 마리 토끼를 잡는 칩렛 기술!

칩렛 기술의 주요 개념과 세부 사항을 학계 논문과 신뢰성 있는 자료들을 바탕으로 설명드리겠습니다.

▶칩렛 기술의 개념:
칩렛(Chiplet) 기술은 기존의 단일 모놀리식 칩 설계와 달리, 다양한 기능을 수행하는 소형 반도체 블록들을 개별 칩으로 나누어 조립하는 방법입니다. 하나의 단일 칩 안에 모든 기능을 넣는 대신, 각 기능을 수행하는 칩들을 독립적으로 설계하고 이를 결합해 최종 제품을 구성하는 방식입니다. 이러한 분리된 칩들을 "칩렛"이라고 부르며, 서로 다른 제조 공정 또는 아키텍처에서 제작된 칩들을 하나로 패키징하여 성능과 전력 효율을 최적화할 수 있습니다. 이를 통해 칩의 유연성과 비용 효율성을 높이고, 다양한 기능을 통합하여 새로운 형태의 반도체 패키징이 가능해졌습니다.

칩렛 개념도 from.지디넷코리아

▶칩렛에 필요한 기술:
칩렛 설계를 위한 필수적인 기술로는 인터커넥트 기술, 고속 데이터 전송 기술, 전력 관리 기술 등이 필요합니다.

인터커넥트 기술: 칩렛 간 연결을 효율적으로 하기 위해 필요한 기술로, TSV(Through-Silicon Via)와 같은 수직 인터커넥트 기술이 있습니다. 이를 통해 고속 데이터 전송과 칩 간의 상호작용이 가능해집니다.

▶고속 데이터 전송 기술: 칩렛 간 데이터 전송 속도를 높이기 위해 PCIe 및 HBM과 같은 고속버스와 메모리 인터페이스 기술이 사용됩니다.

▶ 전력 관리 기술: 칩렛이 다중으로 구성되면, 각 칩 간 전력 소모와 발열 관리가 중요해지므로 이를 위한 전력 관리와 쿨링 기술이 필수적입니다.

▶칩렛의 패키징 기술:
칩렛 기술의 핵심은 패키징 기술입니다. 이를 통해 칩렛들이 하나의 칩처럼 작동하도록 하는 것이 가능해집니다.

▶ 2.5D 및 3D 패키징: 칩렛은 동일한 기판에 배치하는 2.5D 패키징과, 서로 다른 칩렛은 수직으로 쌓는 3D 패키징이 대표적인 기술입니다. 특히, 3D 패키징은 면적 절약과 성능 향상에 유리합니다.

▶ Fan-Out 및 SiP(System-in-Package): Fan-Out 패키징은 각 칩렛이 독립된 기판 없이 하나의 패키지에 직접 배치되도록 하는 방법으로, 시스템 전체의 집적도를 높입니다. SiP는 다수의 칩렛은 하나의 패키지에 결합해 독립된 시스템처럼 작동하게 하는 방식입니다.

▶ EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge): 인텔의 대표적인 칩렛 인터커넥트 기술로, 고속 통신과 칩 간 전송을 효율적으로 하기 위해 칩셋 간의 거리를 줄이고 전송 속도를 높입니다.

▶칩렛 기술의 활용 분야:
칩렛 기술은 고성능 컴퓨팅(HPC), 인공지능(AI), 데이터 센터, 모바일 장치, IoT 등 다양한 분야에서 활발히 활용됩니다.

고성능 컴퓨팅 및 AI: 고성능 연산을 요구하는 분야에서는 다양한 연산 칩을 칩렛 형태로 구성하여 맞춤형 연산 성능을 제공할 수 있습니다. 특히, AI 연산에서는 GPU와 메모리를 밀접하게 결합해 데이터 전송 속도를 높이는 데 유리합니다.

▶ 데이터 센터: 데이터 센터에서는 서버에 필요한 컴퓨팅 성능을 효율적으로 제공하고 전력 소모를 줄이기 위해 칩렛 기반의 프로세서가 사용됩니다.

▶ 모바일 및 IoT 기기: 소형화된 칩렛 기술은 모바일 기기와 IoT 센서에서의 효율적인 전력 관리와 성능 최적화에 기여합니다.

AI붐으로 칩렛 품귀 현상에 대한 기사 중 from. AI타임스

▶칩렛 기술의 국내외 개발 현황:
국제적으로인텔, AMD, TSMC등이 칩렛 기술을 선도하고 있으며, 특히 인텔의 EMIB, AMD의 인피니티 패브릭 기술이 주목받고 있습니다. TSMC는 칩렛 제조를 위한 첨단 공정과 3D IC 패키징에서 강점을 보이며, 다양한 칩 제조사와 협력하고 있습니다. 국내에서는 삼성전자와 SK하이닉스가 칩렛 패키징 기술 개발에 적극적으로 나서고 있습니다. 삼성전자는 3D IC와 2.5D 패키징 분야에서 다양한 연구와 개발을 진행 중이며, SK하이닉스는 HBM과 같은 메모리 칩을 칩렛 형태로 패키징 하는 연구를 강화하고 있습니다.

삼성칩렛 RISC-V칩 from.지디넷코리아