(분석) 칩렛(Chiplet) 기술과 반도체 전쟁

칩렛(Chiplet) 기술의 개요

칩렛은 서로 다른 기능을 하는 여러 개의 반도체 칩을 쌓아 하나의 반도체 패키지를 형성하는 방식입니다. 마치 레고 블록을 조립하는 것과 유사하다고 하여 'Lego-like-package'로도 불립니다.

칩렛은 기존 시스템온칩(SoC) 구조의 한계를 극복하기 위해 등장한 기술입니다. SoC 구조는 하나의 칩에 여러 기능을 결합하기 때문에, 칩의 크기가 커지고 생산 비용이 높아지는 단점이 있습니다. 또한, 칩의 크기가 커지면 회로의 길이가 길어지면서 신호 전달 속도가 느려지는 문제도 발생합니다.

칩렛은 이러한 단점을 해결하기 위해 각기 다른 기능을 수행하는 칩을 분리하여 생산하고, 이를 하나의 패키지로 결합하는 방식을 사용합니다. 칩렛을 사용하면 칩의 크기를 줄이고 생산 비용을 낮출 수 있으며, 회로의 길이를 줄여 신호 전달 속도를 향상시킬 수 있습니다.

칩렛은 다음과 같은 장점이 있습니다.

• 생산 비용 절감: 칩의 크기를 줄여 생산 공정을 단순화함으로써 생산 비용을 절감할 수 있습니다. AMD의 Ryzen 7 5800X3D은 칩렛 기술을 적용하여 기존의 Ryzen 7 5800X 칩셋에 비해 크기가 20% 이상 줄였고 Intel의 Meteor Lake의 경우 칩렛 기술을 적용하여 기존의 Alder Lake 칩셋에 비해 크기가 30% 이상 줄어들 것으로 예상됩니다.
• 수율 개선: 칩의 크기가 작아지면 수율이 향상됩니다. AMD의 Ryzen 7 5800X3D은 칩렛 기술을 적용하여 기존의 Ryzen 7 5800X 칩셋에 비해 수율이 10% 이상 향산되었고 Intel의 Meteor Lake의 경우 기존의 Alder Lake 칩셋에 비해 크기가 30% 이상 향상된 것으로 예상됩니다.
• 성능 향상: 회로의 길이를 줄여 신호 전달 속도를 향상시킴으로써 성능을 향상시킬 수 있습니다.

칩렛 기술은 향후 반도체 시장에서 중요한 기술로 자리 잡을 것으로 전망됩니다. 칩렛 기술을 통해 반도체의 성능과 생산성을 향상시킬 수 있기 때문입니다.

칩렛의 주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 서버 프로세서: 고성능 서버 프로세서에 칩렛 기술을 적용하여 성능과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
• 그래픽 카드: 고성능 그래픽 카드에 칩렛 기술을 적용하여 성능을 향상시킬 수 있습니다.
• AI 칩: AI 칩에 칩렛 기술을 적용하여 성능과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

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칩렛(Chiplet)  기술의 적용 현황

칩렛은 현재 AMD와 인텔이 주도적으로 개발하고 있습니다. AMD는 2017년부터 EPYC 서버 프로세서에 칩렛 기술을 적용하고 있으며, 인텔은 2023년부터 Core i9-13900K 데스크톱 프로세서에 칩렛 기술을 적용하고 있습니다. 칩렛 기술이 적용된 대표적인 예는 다음과 같습니다.

• AMD EPYC 프로세서: AMD의 서버 프로세서 제품군으로, 2017년부터 칩렛 기술이 적용되었습니다. EPYC 프로세서는 최대 128개의 칩렛으로 구성되어 있으며, 이를 통해 고성능과 확장성을 제공합니다.
• 인텔 Core i9-13900K 프로세서: 인텔의 데스크톱 프로세서 제품군으로, 2023년부터 칩렛 기술이 적용되었습니다. Core i9-13900K 프로세서는 최대 8개의 칩렛으로 구성되어 있으며, 이를 통해 성능과 효율성을 향상시켰습니다.
• AMD Radeon RX 7000 시리즈 그래픽 카드: AMD의 고성능 그래픽 카드 제품군으로, 2022년부터 칩렛 기술이 적용되었습니다. Radeon RX 7000 시리즈 그래픽 카드는 최대 3개의 칩렛으로 구성되어 있으며, 이를 통해 성능을 향상시켰습니다.

이외에도 칩렛 기술은 다양한 반도체 제품에 적용되고 있습니다. 예를 들어 Nvidia는 AI 칩인 H100에 칩렛 기술을 적용했으며 Google은 자율주행차용 칩에 칩렛 기술을 적용하고 있습니다. 일부에서는 Nvidia의 H100은 칩렛 구조가 아니라 '모듈러 구조'라고 주장하고 있습니다.

모듈러 구조는 칩의 기능을 서로 다른 모듈로 분리하여 생산하고, 이를 하나의 패키지로 결합하는 방식을 사용합니다. 하지만 Nvidia는 H100을 '모듈러 구조'라고 부르고 있지만 일반적으로 칩렛 구조와 동일한 의미로 사용하고 있습니다. 칩렛 구조와 모듈러 구조는 모두 칩의 기능을 서로 다른 칩렛이나 모듈로 분리하여 생산한다는 점에서 동일합니다. Nvidia의 주장에도 불구하고 H100의 구조는 일반적으로 칩렛 구조로 간주되고 있습니다. 칩렛 구조와 모듈러 구조는 모두 칩의 기능을 서로 다른 칩렛이나 모듈로 분리하여 생산한다는 점에서 동일하기 때문입니다.

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칩렛(Chiplet)  기술과 미중 반도체 패권 전쟁

중국은 미국의 반도체 제제에 대응하기 위해 칩렛 기술에 집중 투자하고 있습니다. 칩렛 기술은 반도체의 성능과 생산성을 향상시킬 수 있는 기술로, 중국은 칩렛 기술을 통해 미국의 반도체 기술 의존도를 낮추고, 자국 반도체 산업의 경쟁력을 강화하기 위해 노력하고 있습니다.

중국은 칩렛 기술 개발을 위해 정부와 민간 기업이 협력하고 있습니다. 중국 정부는 칩렛 기술 개발을 위한 연구개발(R&D) 자금을 지원하고 있으며, 민간 기업은 칩렛 기술을 적용한 반도체 제품을 개발하고 있습니다.

중국은 칩렛 기술을 적용한 반도체 제품을 양산하기 위해 노력하고 있습니다. 중국은 칩렛 패키징 기술을 개발하고 있으며, 칩렛 생산을 위한 장비를 국산화하고 있습니다.

중국은 칩렛 기술을 통해 미국의 반도체 제제를 우회하고, 자국 반도체 산업의 경쟁력을 강화하기 위한 노력을 지속할 것으로 전망됩니다.

중국이 칩렛 기술을 미국의 반도체 제제 극복에 활용하기 위한 구체적인 전략은 다음과 같습니다.

• 칩렛 기술 개발 및 양산 투자 확대: 중국은 정부와 민간 기업이 협력하여 칩렛 기술 개발 및 양산 투자를 확대하고 있습니다. 이를 통해 중국은 칩렛 기술을 빠르게 확보하고, 자국 반도체 산업의 경쟁력을 강화할 수 있을 것으로 기대됩니다.
• 칩렛 기술 표준화 추진: 중국은 칩렛 기술 표준화 추진을 통해 중국 기업이 칩렛 기술을 보다 쉽게 활용할 수 있도록 지원하고 있습니다. 이를 통해 중국은 칩렛 기술을 적용한 반도체 제품의 개발 및 출시를 가속화할 수 있을 것으로 기대됩니다.
• 칩렛 기술 적용 제품 확대: 중국은 칩렛 기술을 적용한 반도체 제품의 종류를 확대하고 있습니다. 이를 통해 중국은 칩렛 기술의 시장 수요를 창출하고, 칩렛 기술의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대됩니다.

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칩렛(Chiplet)  기술의 디지털 TV 적용 현황

이렇게 주요 IT용 반도체를 제작하는 인텔, AMD, NVidia가 칩렛 기술을 적극적으로 적용하고 있는 상황인데 다른 분야에서는 이 기술이 어떻게 준비되고 있을까요? CE 부문의 대표적 분야인 디지털 TV 칩 적용 예는 다음과 같습니다.

• LG전자: 2023년 5월 31일, 캐나다 텐스토렌트와 협력하여 칩렛 기술을 기반으로 한 디지털 TV 칩을 개발하기로 발표했습니다. 이 칩은 텐스토렌트의 비디오 처리 기술을 LG전자의 TV SoC와 결합한 것으로, 향후 LG전자의 고급형 TV에 적용될 예정입니다.
  
  • LG전자와 텐스토렌트의 칩렛 기술 기반 디지털 TV 칩 개발 협력에 대한 구체적인 내용은 다음과 같습니다. 
  • 협력 내용: LG전자와 텐스토렌트는 칩렛 기술을 기반으로 한 디지털 TV 칩을 공동으로 개발하고, 이를 LG전자의 고급형 TV에 적용할 계획입니다.
  • 협력 범위: LG전자는 TV SoC를, 텐스토렌트는 비디오 코덱 기술을 제공합니다.
  • 협력 시점: 2023년 하반기부터 개발을 시작하여 2024년부터 양산을 시작할 계획입니다.
  • 협력 기대 효과: LG전자는 칩렛 기술을 통해 디지털 TV 칩의 성능과 생산성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 
• 칭화대학교: 2023년 7월, 칩렛 기술을 적용한 고성능 디지털 TV 칩을 개발했다고 발표했습니다. 이 칩은 기존의 디지털 TV 칩에 비해 성능이 20% 이상 향상된 것으로 알려졌습니다.
  • 칭화대학교 연구진은 CPU, GPU, 메모리, 비디오 코덱 등 다양한 기능을 4개의 칩렛으로 분리하여 생산하고, 이를 하나의 패키지로 결합하는 방식을 사용했습니다. 이를 통해 칩의 크기를 줄이고, 생산 비용을 절감할 수 있었습니다.
  • 또한, 칩렛 기술을 적용하여 각 기능을 최적화함으로써 성능을 향상시켰습니다. 예를 들어, CPU와 GPU를 분리하여 각각 최적화하면 게임이나 4K 영상 재생과 같은 고성능 작업의 성능을 향상시킬 수 있습니다.
  • 칭화대학교 연구진이 개발한 칩렛 기술을 적용한 고성능 디지털 TV 칩은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.
  • 성능 향상: 기존의 디지털 TV 칩에 비해 성능이 20% 이상 향상되었습니다.
  • 생산 비용 절감: 칩의 크기를 줄이고, 생산 공정을 단순화함으로써 생산 비용을 절감할 수 있습니다.
  • 수율 개선: 칩의 크기가 작아지면 수율이 향상됩니다.
• 중국과 대만의 칩렛 기업들: 중국의 칩렛 기업들도 칩렛 기술을 적용한 디지털 TV 칩을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 중국의 칩렛 기업인 칭화텔레콤은 칩렛 기술을 적용한 4K TV 칩을 개발하고 있으며, 대만의 칩셋 기업인 리얼텍은 칩렛 기술을 적용한 8K TV 칩을 개발하고 있습니다.
  • 리얼텍은 2023년 9월, 칩렛 기술이 적용된 것으로 예상되는 8K TV 칩인 RTD3350을 출시했습니다. RTD3350은 CPU, GPU, 메모리, 비디오 코덱 등 다양한 기능을 4개의 영역으로 분리하여 생산하고 이를 하나의 패키지로 결합한 칩입니다. RTD3350의 주요 특징은 다음과 같습니다.
    • 칩렛 구조로 제작되었을 가능성이 높음
    • CPU: 4개의 Arm Cortex-A78 코어와 4개의 Arm Cortex-A55 코어를 탑재
    • GPU: Arm Mali-G710 MP4 GPU를 탑재
    • 메모리: LPDDR5-5200 메모리를 지원
    • 네트워크: 2.5GbE 이더넷, Wi-Fi 6E, Bluetooth 5.3을 지원
  • 리얼텍은 RTD3350을 중국의 TV 제조업체들에 공급할 계획입니다. RTD3350은 2023년 하반기부터 중국의 고급형 TV에 적용될 예정입니다. 리얼텍은 RTD3350을 시작으로 칩렛 기술을 적용한 디지털 TV 칩을 지속적으로 개발할 계획입니다. 리얼텍은 칩렛 기술을 통해 디지털 TV 칩의 성능과 생산성을 향상시키고, 경쟁력을 강화할 것으로 기대하고 있습니다.

이러한 사례를 통해 볼 때, 칩렛 기술은 디지털 TV 칩의 새로운 패러다임을 열 것으로 기대됩니다. 칩렛 기술을 적용하면 디지털 TV 칩의 성능과 생산성을 향상시킬 수 있기 때문입니다.

감사합니다.