전망 | 첨단 포장의 '탈중국화'는 역효과를 낳는다
2024-08-31
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◇진보된 패키징 기술은 현재 진행 중인 인공지능 기술 혁명에 필요한 ai 칩에서 핵심적인 역할을 한다.
◇현재 글로벌 반도체 산업 체인의 현실은 칩의 60% 이상이 중국으로 배송되어야 하며, 칩의 90% 이상이 글로벌 시장에서 판매되기 전에 포장 및 테스트를 위해 아시아로 배송되어야 한다는 것입니다. 서구 국가를 포함하여.
◇말레이시아 외에 일본, 싱가포르, 베트남, 필리핀, 인도 등도 미국이 해외 반도체 제조기지를 배치하는 중요한 목적지다.
◇현재 첨단 포장 분야에서 중국과 미국은 같은 출발선에 서 있다. 지난 수십 년 동안 미국이 반도체 소형화 분야에서 축적한 이점은 더 이상 고급 패키징 분야에서 중국을 제한하는 데 사용될 수 없습니다.
텍스트 | 탄 샤오지안
쑤저우 광전자 기술 연구소의 패키징 및 테스트 공공 서비스 플랫폼 워크숍에서 직원이 lidar 칩을 검사하고 있습니다(2024년 6월 2일 촬영) 사진: li ga/this journal
얼마 전 미국 상무부는 미국 반도체 첨단 패키징 산업의 구현 및 업그레이드를 실현하고 가속화하기 위해 초기 16억 달러 규모의 혁신 투자 펀드 출시를 발표했습니다. 반도체 기술 연구개발에 전념하는 '칩과 과학법' 자금 지원 프로그램의 최우선 항목으로서 첨단 패키징 기술이 왜 그토록 중요한가? 관련 분야에 있어서 미국의 의도는 무엇인가?
고급 포장의 등장
칩 기술의 발전을 논할 때 '무어의 법칙'은 빼놓을 수 없는 용어다. 기본 의미는 단위 집적 회로에 수용할 수 있는 트랜지스터 수가 18~24개월마다 두 배로 늘어난다는 것입니다.
'무어의 법칙'은 인텔의 전신인 페어차일드 반도체(fairchild semiconductor company)의 연구개발 연구소 소장인 고든 무어(gordon moore)가 1965년에 제안한 실증법칙입니다. 이는 칩 기술에 대한 디지털 산업의 지속적인 발전 요구를 반영하고 있으며, 칩 기업이 선도적 위치를 유지하기 위한 비즈니스 전략.
한편으로는 칩 성능의 지속적인 개선이 미국 디지털 산업의 지속적인 성장을 촉진했습니다. 거대 기술 기업들이 디지털 기술이 가져오는 시장 이점을 맛본 후에는 미국 칩 기업이 차세대 칩을 개발할 수 있도록 지원하기 위해 막대한 자금을 투자할 것이며, 이를 통해 미국 칩 기업은 기술 개선과 혁신에 막대한 자금을 투자할 것입니다. .
한편, 지속적인 기술 업데이트로 인해 기술 지표가 정체되면서 칩 가격이 지속적으로 하락했습니다. 미국은 이러한 가격 인하 기대감을 시장에 공개함으로써 경쟁업체인 미국 칩 업체들을 탄압하고, 뒤처질수록 손실은 커지며, 생계를 유지하지 못해 파산할 수도 있다.
두 가지 측면이 함께 작용하여 반도체 분야에서는 '강한 자가 항상 강하다'는 결과를 만들어 냅니다. '무어의 법칙'은 산업법일 뿐만 아니라 미국이 정보 기술 분야에서 지배적 지위를 유지하는 데 도움이 됩니다.
미국이 장기적으로 '무어의 법칙' 하에서 최대 승자가 될 수 있다고 확신하는 이유는 '반도체 소형화'라는 상용 기술 개발 경로를 보고, 이 경로가 수십 년 동안 지속될 수 있다고 믿기 때문이다. 계속해서 회로 크기를 줄이고 리소그래피에 더 짧은 파장의 빛을 사용한다면 상대적으로 안정적이고 저렴한 비용으로 칩 성능을 향상시킬 수 있으며 각 공정에서 이익을 극대화할 수 있습니다. 수축은 급속한 발달을 달성합니다.
그러나 2010년을 전후해 '반도체 미세화'가 계속해서 물리적 한계에 가까워지면서 '무어의 법칙'을 뒷받침하는 경제적 수요와 사업 전략이 흔들리기 시작했다.
한편으로는 소형화된 부품을 개발하는 데 필요한 비용이 계속 증가하고 있습니다. 16나노 공정 개발 시 핀전계효과트랜지스터(finfet) 기술을, 7나노 공정 개발 시 극자외선(euv) 리소그래피 기술, 5나노 이하 공정 개발 시 올어라운드 게이트 트랜지스터(gaa) 기술을 도입했다. .. 모든 기술 혁신 뒤에는 많은 양의 추가 기술 연구가 있습니다. r&d 투자가 점점 더 많아질 뿐만 아니라 추가 기술 연구의 빈도도 점점 더 집중화되고 있으며 새로운 프로세스 칩의 이윤폭은 계속해서 증가하고 있습니다. 감소.
반면, 반도체 미세화에 따른 칩 성능 향상은 점점 '맛없어'지고 있다. tsmc의 기술 로드맵에 따르면 3nm 칩은 5nm 칩보다 트랜지스터 로직 밀도가 1.7배 높지만 성능은 50% 가까이 향상된 이전 소형화에 비해 11% 향상에 그쳤습니다. 줄어들었다.
이로 인해 칩 제조업체는 저공정 칩에 대한 r&d 투자를 신중하게 고려하고 대신 "무어의 법칙"이 아닌 다른 기술 개발 경로를 모색하게 되었습니다. 이러한 배경에서 첨단 패키징 기술이 더욱 주목을 받기 시작합니다.
반도체 소형화가 "칩 내 통합"에 중점을 둔다면 고급 패키징은 "칩 간 통합"에 중점을 둡니다. 즉, 특수 패키징 방법을 사용하여 칩과 외부 구성 요소의 통합을 개선하여 여러 칩을 유기적 전체로 통합하여 성능을 발휘합니다. 원래 단일 프로세서 칩에 의해 수행된 컴퓨팅 기능을 통해 "무어의 법칙"을 넘어 컴퓨팅 장치의 성능을 지속적으로 향상시키려는 목표를 달성합니다. 이를 반도체업계에서는 '슈퍼무어 루트'라고 부른다. 이와 함께 '딥 무어 루트'로 알려진 반도체 소형화를 위한 연구개발도 계속되고 있지만, 더 이상 과거처럼 반도체 성능을 향상시킬 수 있는 유일한 길이 아니며, 그 돌파 속도도 점점 느려지고 있다. 반도체 소형화에만 의존했던 과거 '무어의 법칙' 시대와 크게 다른 반도체 개발의 새로운 시대를 '포스트 무어 시대'라고 부른다.
현재 진행 중인 인공지능 기술 혁명에 필요한 ai 칩에서 첨단 패키징 기술이 핵심 역할을 한다는 점은 언급할 가치가 있다. 예를 들어, 현재 인공지능 분야에서 빛을 발하고 있는 nvidia h100 칩은 tsmc가 개발한 cowos 고급 패키징 기술을 사용합니다. 원리는 컴퓨팅 칩과 메모리 칩 사이에 층간 실리콘 캐리어를 삽입하여 유기적으로 연결하고 패키징하여 칩이 외부 데이터에 액세스할 수 있는 속도를 크게 높이는 것입니다. 첨단 패키징을 통해 구현된 칩 간의 고속 연결을 고대역폭 메모리(hbm) 기술이라고 합니다. hbm 버스에는 더 많은 외부 칩을 직렬로 연결하는 데 사용할 수 있는 외부 인터페이스도 있습니다. 이론적인 전송 속도는 초당 최대 450gb에 달할 수 있습니다. 이는 이전 칩과 외부 데이터 간 통신 속도의 수십 배에 달합니다. 아직 개선의 여지가 많습니다.
첨단 패키징 기술은 '인공지능 시대'와 '포스트 무어 시대'의 교차점에 서 있다고 할 수 있다. 첨단 패키징 기술이 없었다면 인공지능 칩은 이렇게 큰 발전을 이룰 수 없었을 것이고, 반도체 기술도 둔화될 것이다.
미국의 위기감
칩이 공장에서 출고되기 전 마지막 공정인 전통적인 패키징 및 테스트는 항상 산업 사슬의 끝에 있었습니다. 이윤이 적을 뿐만 아니라 기술이 낮고 노동 집약적인 산업으로 간주되었습니다. 1970년대와 1980년대 미국이 '팹리스' 및 '오프쇼어링' 사업 전략에 따라 반도체 산업의 일부를 아시아로 이전했을 때 칩 패키징 및 테스트 프로세스는 한국에 처음으로 아웃소싱되었습니다. 대만, 중국을 거쳐 중국 본토는 물론 말레이시아, 베트남 등 동남아 국가로 이주했다.
1978년 중국 기업은 국가의 강력한 지원을 받아 일본 도시바의 5미크론 칩 패키징 및 테스트 생산 라인을 도입하여 우리나라 칩 패키징 및 테스트 산업의 발전 과정을 시작했습니다. 오늘날 일부 본토 칩 패키징 및 테스트 제조업체는 연간 매출이 수백억 위안에 달하는 국제 패키징 및 테스트 회사로 발전하여 전 세계 칩 패키징 및 테스트 시장 점유율의 거의 20%를 차지하며 ase와 같은 대만 회사에 이어 두 번째입니다. . 현재 대만 해협 양측의 기업들은 전 세계 칩 패키징 및 테스트 시장 점유율의 60% 이상을 차지하고 있습니다. 그러나 칩 패키징 및 테스트 분야에서는 미국, 유럽, 일본, 한국 기업들의 입지가 상대적으로 약하다. 미국의 앰코테크놀로지(amkor)만이 글로벌 시장 점유율의 약 14%를 차지하고 나머지는 그보다 적다. 1% 미만이며, 앰코테크놀로지의 패키징 및 테스트 공장도 아시아 국가에 건설되었으며 미국에만 기술 연구개발 부서를 보유하고 있습니다.
현재 글로벌 반도체 산업 체인의 현실은 미국이 칩 설계, 제조 도구 등 산업 체인의 상류에서 우위를 점하고 있는 반면, 중국은 산업 체인 끝의 패키징 및 테스트 링크를 확고히 점유하고 있다는 것입니다. 칩의 60% 이상이 중국으로 배송되어야 하며, 칩의 90% 이상이 서구 국가를 포함한 글로벌 시장에서 판매되기 전에 포장 및 테스트를 위해 아시아로 배송되어야 합니다. '포스트 무어 시대'와 '인공지능 시대'에 첨단 패키징 기술이 점점 더 중요한 역할을 하게 되면서 이러한 산업 환경은 미국에서도 경각심을 불러일으켰습니다.
2023년 11월, 미국 칩 및 과학법에 따른 첫 번째 r&d 투자 프로젝트가 첨단 패키징 기술에 투자되었습니다. 이 법안은 구체적으로 미국의 칩 포장 회사에 자금을 지원하기 위해 30억 달러를 할당합니다. 이 계획의 이름은 "국가 고급 포장 제조 계획"입니다. 2024년 7월 9일, 미국 상무부는 첨단 패키징 기술의 5개 하위 분야를 포괄하는 프로그램에 따라 16억 달러 규모의 첫 번째 r&d 자금 지원을 시작한다고 발표했습니다. 미화 1억 5천만 달러.
미국의 '전략적 독립' 추구는 달성하기 어렵다
정치계의 주도로 미국 기업들은 첨단 포장 산업에 진출하는 데 박차를 가하고 있습니다.
2023년 12월, 앰코테크놀로지는 애리조나 주 피오리아에 첨단 포장 및 테스트 공장을 건설하는 데 20억 달러를 지출할 것이라고 발표했습니다. apple은 apple이 포장 및 테스트 공장의 최초이자 최대 고객이 될 것이라고 즉시 지지를 표명했습니다. 인텔 역시 기술 연구개발에 지속적인 노력을 기울여 포베로스(foveros) 고급 패키징 기술을 독자적으로 개발했으며, 이 기술에 맞춰 새로운 칩 아키텍처를 발표했다.
미국 기업들도 해외 시장에 진출하고 있다. 2023년 8월, 인텔은 자사 기술을 기반으로 한 해외 최초의 첨단 패키징 및 테스트 공장을 말레이시아 페낭에 건설하기 위해 막대한 투자를 하겠다고 발표했습니다. 2023년 12월 엔비디아는 말레이시아 조호르주에 클라우드 컴퓨팅 센터를 구축하겠다고 발표했습니다. amd, micron 등 미국 기업의 유입과 함께 말레이시아의 칩 패키징 및 테스트 산업 발전이 가속화되었습니다. 말레이시아 외에 일본, 싱가포르, 베트남, 필리핀, 인도 등도 미국이 해외 반도체 제조기지를 배치하는 중요한 목적지다.
이를 통해 미국이 '전략적 독립'이라는 목표를 달성하기 어려울 수도 있다.
첫째, 현재 미국 내 높은 공장 건설 비용 등의 요인으로 인해 tsmc의 애리조나 공장 등 미국 '칩 및 과학법'에 따라 자금을 지원받는 주요 프로젝트의 진행이 다양한 정도로 지연되거나 중단되기도 합니다. 외국 기업들도 미국에 투자하고 있으며 비즈니스 문화, 정치적 조작 및 기타 측면에서 '순응'에 직면해 있습니다.
둘째, 일본, 동남아시아, 남아시아 및 미국과 같은 기타 국가 및 지역에는 첨단 기술을 갖춘 숙련된 인력이 부족합니다. 칩 제조 분야의 많은 상류 산업 제품과 부품을 중국 본토, 대만에서 수입해야 합니다. 그리고 다른 장소.
그 이면에는 풍부하고 완전한 지역 산업 제품 자원, 낮은 전체 제조 비용, 대규모 기술 인구 등 산업, 기술, 교육 및 기타 분야에 대한 장기 투자를 통해 수년간 축적된 다양한 고유 이점이 반영되어 있습니다. 중국은 모든 첨단 제조 분야에서 피할 수 없고 대체할 수 없는 존재가 되었습니다.
현재 첨단 포장 분야에서 중국과 미국은 같은 출발선에 서 있다. 지난 수십 년 동안 미국이 반도체 소형화 분야에서 축적한 이점은 더 이상 고급 패키징 분야에서 중국을 제한하는 데 사용될 수 없습니다. 첨단 패키징 분야에서 미국의 '탈중국화' 추진은 우리나라의 기술 발전을 제한하는 것이 불가능할 뿐만 아니라, 우리나라가 글로벌 반도체 산업 체인에서 계속해서 돌파구를 마련하고 더욱 강력한 경쟁력을 형성하도록 영감을 줄 것입니다. 그리고 글로벌 시장.
(저자는 중국현대국제관계연구소 과학기술사이버보안연구원 부연구원이자 인공지능 프로젝트 책임자이다)
("룩아웃" 2024년 36호)
