| 2024년 혁신 기술 트렌드, ‘AI, 폴더블, AR/VR’ |
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| 2024-01 |
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AI, 폴더블 관련 업종 성장 예상
첨단 패키징 수요 증가, 3D IC 기술 확산
TrendForce(www.trendforce.com)는 2024년 전자산업계에서 화두가 될 기술의 동향을 소개했다.
2024년까지 AI 서버 출하량 38% 증가
Microsoft, Google, AWS 등 주요 클라우드 서비스 제공업체(CSP)는 ChatBOT, 생성형 AI 및 기타 애플리케이션의 인기가 높아지면서 AI 서버에 대한 수요가 증가함에 따라 AI에 대한 투자를 늘리고 있다. TrendForce에서는 “2023년에 GPU, FPGA 및 ASIC이 탑재된 AI 서버의 출하량이 120만 대를 넘어 전년 대비 37.7% 증가하여 전체 서버 출하량의 거의 9%를 차지할 것”이라고 추정하면서, “이러한 성장세는 지속하여 2024년에 38% 증가할 것이며, AI가 12%의 점유율을 차지할 것”이라고 예상했다.
NVIDIA 및 AMD의 GPU 솔루션 외에도 주요 클라우드 서비스 제공업체는 CSP는 자체 ASIC 칩을 개발하는 쪽으로 기울고 있다. Google은 `2023년 하반기부터 AI 서버에 맞춤형 TPU 도입을 가속화해 연간 성장률이 70%를 넘었다. AWS는 2024년에 맞춤형 ASIC을 더 많이 채택할 계획이며, 출하량은 두 배로 늘어날 것으로 예상된다. Microsoft 및 Meta와 같은 다른 회사들도 GPU의 성장 잠재력을 잠식할 수 있는 자체 개발 ASIC 솔루션 확장 계획을 밝혔다. 따라서 AI 서버에 대한 수요는 주로 CSP의 공격적인 투자에 힘입어 2023~2024년에 증가할 것으로 예상된다. TrendForce에서는 “2024년 이후에는 응용 분야의 더 많은 기업들이 전문 AI 모델 및 소프트웨어 서버 개발에 뛰어들면서 중저가 GPU 또는 FPGA를 탑재한 엣지 AI 서버의 성장을 촉진할 것”이라고 예상하며, “2023년부터 2026년까지 엣지 AI 서버 출하량의 연평균 성장률은 20%를 넘을 것”이라고 전망했다.
HBM3e, HBM 매출 연간 172% 증가 기대
AI 서버 구축에 따라 AI 가속기 칩 수요도 늘어나고 있다. HBM은 이러한 가속기 칩에 있어서 중요한 DRAM 제품으로 부상하고 있다. 현재 주류를 이루고 있는 HBM2e 외에도 올해 엔비디아의 ‘H100/H800’과 AMD의 ‘MI300 시리즈’가 양산되면서 HBM3에 대한 수요 비중도 높아졌다. TrendForce에서는 “2024년에 3개의 주요 메모리 공급업체는 HBM3e를 추가로 도입하여 속도를 8Gbps로 향상하고 2024~2025년에 AI 가속기 칩의 성능을 더욱 향상시킬 것”이라고 예상했다.
AI 가속기 칩 시장에서 NVIDIA 및 AMD와 같은 주요 서버 GPU 제조업체를 넘어 CSP는 독자 AI 칩 개발에 적극적이다. 트레이닝 모델과 애플리케이션의 복잡성이 증가함에 따라 HBM에 대한 수요가 급증할 것으로 예상된다. HBM의 평균 단가가 다른 DRAM 제품보다 몇 배나 높아 연간 성장률 172%에 달하는 점을 감안하면 2024년에는 HBM이 메모리 공급업체 매출에 크게 기여할 것으로 전망된다.
AI 칩, 첨단 패키징 수요 증가, 3D IC 기술 등장
TSMC, 삼성, 인텔과 같은 업계 리더들은 트랜지스터 아키텍처에 대한 중요한 변화를 모색할 뿐만 아니라 특히 반도체 프런트 엔드 제조 공정이 물리적 한계에 접근함에 따라 패키징 기술의 중요한 역할을 인식하고 있다. 칩 성능을 향상하고, 하드웨어 공간을 줄이고, 전력 소비를 낮추고, 대기 시간을 최소화하려면 고급 패키징 기술이 필수적이다.
최근 몇 년 동안 ChatBOT의 등장으로 AI 애플리케이션이 강력하게 성장하고 있다. 이로 인해 컴퓨팅 칩과 메모리를 통합하여 AI 컴퓨팅 성능을 향상시키는 2.5D 패키징 기술에 대한 수요가 크게 늘어났다. 2.5D 패키징은 주로 프런트 엔드 제조 공정에서 생성된 실리콘 인터포저 레이어를 사용하여 다양한 기능과 제조 공정의 여러 칩을 나란히 통합한 후 PCB 기판과 결합하여 패키징을 완성한다. 실제로 TSMC의 ‘CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)’, 인텔의 ‘EMIB(embedded multi-die interconnect bridge)’, 삼성의 ‘I-Cube’를 포함한 여러 2.5D 패키징 솔루션이 수년 동안 개발되어 왔다. 이러한 기술은 이제 성숙 단계에 도달했으며 고성능 칩에 널리 활용되고 있다. 2024년까지 공급업체는 AI와 같은 애플리케이션에서 높은 컴퓨팅 성능에 대한 증가하는 수요를 충족하기 위해 2.5D 패키징 용량을 늘리는 데 집중하고 있다.
한편, 3D 패키징 기술의 등장도 눈앞에 있다. TSMC의 ‘SoIC’, 삼성의 ‘X-Cube’, 인텔의 ‘Foveros’ 등 솔루션이 잇달아 발표됐다. 실리콘 인터포저층을 사용하는 2.5D 패키징과 달리 3D 패키징은 TSV를 사용해 다양한 기능의 칩을 직접 연결한다. 이를 통해 실리콘 인터포저 레이어가 필요 없으며, 패키지 높이가 줄어들고, 칩 간 데이터 경로가 단축되며, 계산 속도가 향상된다. 패키징 기술의 획기적인 발전 외에도 칩을 상호 연결하는 데 사용되는 방법과 재료까지 기술 개발의 초점이 되고 있다. 다양한 기능과 제조 프로세스를 갖춘 칩의 효과적인 통합은 AI 및 자율주행차와 같은 애플리케이션에서 높은 컴퓨팅 성능, 낮은 대기 시간 및 에너지 효율성에 대한 요구 사항을 충족하는 데 필수적이다.
마이크로LED, 생산비용 낮추기 본격
2023년은 마이크로LED 디스플레이 기술 양산에 있어 중추적인 해였으며, 높은 생산단가를 해결해야 하는 공통된 숙제를 안고 있다. 칩 개발에 있어 소형화 노력은 주목을 받았다. 대형 디스플레이의 현재 주류 칩 크기인 34×58μm는 20×40μm, 심지어 16×27μm와 같은 더 작은 크기로 대체될 준비가 되어 있다. 칩 소형화만으로도 향후 4년간 마이크로LED 칩의 비용 절감 효과는 연간 최소 20~25%에 이를 것으로 예상된다.
전사 공정은 마이크로LED 제조의 핵심이다. 스탬핑 방식은 안정성을 제공하지만 레이저 접합이 생산속도(시간당 단위, UPH) 때문에 선호되고 있다. 업계는 대량 생산을 준비하면서 효율성과 수율 사이의 최적의 균형을 맞추는 데 중점을 두고 있다. 하이브리드 전사 방식에서 스탬프 방법과 레이저 접합을 결합하는 것이 크게 주목을 받았다.
투명 AR 렌즈의 MPD(micro-projection display) 시장은 마이크로LED가 엄청난 잠재력을 갖고 있는 분야이다. 초고 PPI에 대한 엄격한 요구 사항을 고려할 때 크기는 5μm 이하로 제한되어야 하며, 이는 감소된 칩의 외부양자효율(EQE) 문제를 더욱 어렵게 만든다. 빨간색, 파란색, 녹색 LED의 조합을 사용하는 것은 간단해 보일 수 있지만 빨간색 조명의 낮은 효율은 심각한 장애물이 된다. 색상 변환을 위해 양자점 재료와 결합된 파란색 LED를 선택하면 이러한 문제를 효과적으로 피할 수 있지만 추가 제조 단계 및 재료 수명과 관련된 다른 문제가 발생한다.
AR/VR 마이크로 디스플레이 기술 경쟁 심화
AR/VR 헤드셋에 대한 수요 증가로 인해 초고 PPI를 갖춘 근거리 디스플레이에 대한 필요성이 늘어나고 있으며, 마이크로 OLED가 이 분야를 선도하고 있다. 마이크로 OLED 디스플레이를 사용하는 AR/VR 디바이스는 소수에 불과하지만 주요 브랜드가 이를 채택하기 시작하면 상황이 바뀔 수 있으며 잠재적으로 마이크로 OLED의 시장 입지가 더 넓어질 수 있다.
현재 마이크로 OLED 디스플레이는 반도체 공정과 AMOLED 증착 기술을 결합하여 생산되고 있다. 마이크로 OLED 패널 제조사에게는 안정적인 웨이퍼 파운드리 자원 확보가 중요하다. 신규 및 기존 플레이어 모두 업계 리소스를 재조정하고 있으며 현재 백색광 OLED 기술에서 RGB OLED 기술로 지속적인 전환이 진행되고 있습니다. 그러나 마이크로 OLED 디스플레이에는 밝기, 발광 효율 제한 등의 문제가 있다. HMD(head-mounted display) 디스플레이 시장을 장악할 수 있는 잠재력은 다양한 마이크로 디스플레이 기술의 발전에 크게 좌우될 것이다.
폴더블폰 확대에 따른 OLED 패널업체 경쟁 본격화
OLED 폴더블폰이 지속적으로 혁신을 이루며 신규 폴더블폰은 소비자의 기대에 부응하여 상당한 개선을 보이고 있다. 예를 들어, 도어 패널과 스크린 지지판에 경량 복합 소재를 사용하고, 부품 수를 효과적으로 줄이는 눈물방울 모양의 힌지 구조, 심지어 힌지 백본을 쉘 커버 플레이트로 교체하는 것까지 모두 형태에 기여하고 있다. 기존 슬랩 스마트폰의 두께와 무게에 확보에 중요한 요소이다. 폴더블폰의 시장 침투율이 점차 높아지는 만큼 지속적인 기술 발전도 중요하지만, 효과적인 원가 절감과 제품의 보급 확대에 따른 수익성 확보도 중요해 졌다. |
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