인공지능(AI)에 사용되는 전력 소모가 지속 증가함에 따라, 이에 대한 부하를 낮추는 패키징 기술에 대한 관심이 더욱 높아지고 있다. 학계에서는 저항과 열 발생이라는 근본적인 한계를 넘는 '공동패키지광학(Co-Packaged Otics, CPO)'에 주목해야 한다는 의견이 대두된다.
서민석 캠텍코리아 전무는 19일 서울 강남구 과학기술컨벤션센터(ST Center)에서 열린 'Co-Packaged Optics 포럼'에서 “우리나라가 HBM은 잘 하고 있지만 2.5D SiP 등 일부 첨단 패키징 주도권은 대만에 넘어가 있다”며 “CPO와 같은 신기술을 통해 시장을 선도해야 한다”고 강조했다.
최근 각광받는 다양한 생성형 AI 기술은 작업 효율을 높여주지만 그만큼 전력과 컴퓨팅 파워를 많이 필요로한다. 비슷한 답을 얻는 작업이라도 포털사이트 키워드 검색 서비스 대비 생성형 AI 서비스는 10배 이상을 전력을 소모한다. AI 서비스에 필요한 대형 데이터 센터는 수만가구가 사용하는 전력을 소비하며, 이중 43%가 냉각에 사용될만큼 열 방출 문제가 심각하다.
패키징 기술은 데이터 전송 경로를 줄이고 저항을 낮춰 전력 효율을 높이는 것이 목적이다. 다만 금속 배선은 근본적으로 열·저항이 발생하는 한계가 있다. CPO는 금속 배선을 '빛(光)'으로 대체해 저항이 없고 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있는 구조를 도입하자는 개념이다.
기술 자체는 수십년 전에 발표가 됐지만 정밀한 공정 기술이 필요해 도입 난도가 매우 높다. 고대역폭메모리(HBM)의 연결통로가 40에서 20마이크로미터(μm) 수준이라면, 빛이 지나가는 광섬유의 핵심통로(코어)는 10μm에 불과하다. 또한 빛 손실을 막기 위해서 수백나노미터(nm) 단위로 정확히 정렬해야 해 오차 허용도가 매우 낮다.
광신호를 가리면 안 되므로 부품을 고정하는 본딩 과정도 일반적인 플럭스 방식을 쓸 수 없다. 고온(320도) 녹는 점을 가진 금 박막(AuSn) 솔더를 써야 하는데, 이 고온 때문에 본딩 과정에서 나노 단위 정렬이 틀어지는 문제를 해결해야 한다.
이 문제를 해결하는 방법으로 실리콘밸리는 '마이크로 LED' 기술에 주목하고 있다. 마이크로 LED는 매우 작은 크기의 발광 다이오드로, 가로 20μm 세로 30μm 두게 5μm에 불과할 정도로 작다. 내열성이 높고 수백개 채널을 동시에 구성할 수 있어 방대한 데이터를 한꺼번에 보낼 수 있다. 한국전자통신연구원이 마이크로LED를 반도체 기판 위로 옮겨 심는 전사(Transfer)부터 언더필까지 가능한 것으로 알려져 있다.
최광성 한국전자통신연구원 본부장은 “한국 기업들은 사실 레이저 다이오드 등 요소 기술들은 다 갖고 있는데, 실리콘밸리처럼 제품화·상품화를 못 하고 있어 안타깝다”며 “메모리나 HBM만 집중하고 있으면 안 된다”고 지적했다.
이형두 기자 dudu@etnews.com
