인텔, 차세대 AI 반도체 구현 가능하게 하는 첨단 패키징 기술 개발 가속화

인텔은 뉴멕시코주 리오랜초 생산 시설에서 진행하고 있는 첨단 칩 패키징 공정 성과와 현황에 대해 소개했다.

인공지능(AI)이 요구하는 연산 능력이 전례 없이 증가함에 따라, 반도체 업계는 단일 대형 칩에 의존하는 시대에서 벗어나고 있다. 첨단 패키징은 여러 개의 전용 칩을 상호 연결하는 핵심 기술로, 이를 통해 칩들은 마치 하나의 강력한 유닛처럼 작동하여 미래의 대규모 워크로드를 더 빠른 속도로 처리할 수 있게 된다. 인텔은 미국을 비롯한 전 세계에서 수년간 첨단 칩 패키징 기술을 개발해 왔다. 이는 오늘날 첨단 기술 제품에 사용되는 멀티칩 패키지를 만드는 데 있어 가장 중요한 요소 중 하나이다.

미국 첨단 패키징: 인텔 뉴멕시코 생산시설

인텔의 뉴멕시코주 리오랜초(Rio Rancho, New Mexico) 시설에서는 첨단 패키징 기술을 통해 "레티클 한계(reticle limit)"를 확장하고 있다. 현재 업계 표준의 8배, 그리고 2028년까지는 12배 이상 확장 가능한 패키지 크기를 구현할 예정이다.

현재는 하나의 거대한 칩 시대를 넘어, 마치 "실리콘 모자이크"처럼 여러 개의 특수 타일이 하나의 대형 패키지 안에 상호 연결된 시스템 오브 칩(System of Chips) 시대로 접어들고 있다. 

뉴멕시코의 케이티 프라우티(Katie Prouty) 인텔 팹 9 첨단 패키징 시설 매니저는 "1980년대에는 이곳이 6인치 웨이퍼 제조 분야의 선두주자였지만, 40여 년이 지난 지금에는 상황이 완전히 바뀌어서 이곳은 미국 내 첨단 패키징 분야의 선두주자가 되었다."라며 “일부 고객들은 첨단 패키징을 위해 인텔을 가장 먼저 찾아온다. 인텔이 고객들에게 성공적으로 제품을 제공하면, 고객들은 파운드리로서 인텔에 대한 신뢰를 더욱 키워나갈 것”이라고 밝혔다.

인텔은 인공지능(AI)의 막대한 수요를 충족하기 위해 물리적 가능성의 한계를 뛰어넘고 있다. 인텔 파운드리는 포베로스(Foveros) 스태킹 기술과 EMIB 인터커넥트를 활용하여 기술력을 향상시키고 있다. 인텔 파운드리는 1980년 뉴멕시코주 리오랜초에서 25명의 직원으로 출발했으나 현재 2,700명의 직원과 500여 개의 협력사를 보유하며, 미국산 첨단 패키징 기술을 시장에 공급하는 기업으로 성장했다. 

인텔 파운드리의 포베로스(Foveros) 고급 패키징 공정

인텔 뉴멕시코 생산 시설 9번 팹에서 진행되는 첨단 패키징 공정 중 하나는 더 작고 특수한 칩 타일, 즉 칩렛을 하나의 고성능 시스템으로 연결하는 데 중점을 두고 있다. 포베로스(Foveros) 기술을 통해 인텔 파운드리는 이러한 칩렛들을 실리콘 인터포저에 연결할 수 있다. 

뉴멕시코 팹 9의 크리스 시버트(Chris Seibert) 수석 엔지니어는 "팹 내부에서 인텔 포베로스(Foveros) 첨단 패키징 공정의 첫 단계는 칩 접착 도구(chip attach tool)다. 비유하자면, 이 도구는 '피자 크러스트', 즉 실리콘 웨이퍼를 가져와서 원하는 '피자 토핑'이나 특수 칩렛을 기계 반대편에 넣으면 그 위에 붙이는 역할을 한다. 그런 다음 웨이퍼는 말 그대로 오븐 역할을 하는 다른 장비로 이동하여 시스템을 함께 구워낸다. 오븐에서 나오면 FOUP(전면 개방형 통합 포드)라고 불리는 오버헤드 로봇 트랙 시스템이 웨이퍼를 다른 기계로 운반하여 에폭시가 "피자 토핑" 아래와 주변을 채워 모든 것이 단단히 결합되도록 한다. 마지막으로, 웨이퍼는 정밀도를 위해 수냉식 블레이드를 사용하는 다른 장비에서 개별 패키지로 절단된다. 이 공정의 가장 큰 장점은 서로 다른 설계나 기술 노드의 다양한 칩들을 하나의 웨이퍼에 모두 집적할 수 있다는 것이다”고 설명했다.

포베로스(Foveros) 기술을 사용하면 개별 칩렛이 하나의 강력한 유닛처럼 작동하여 대규모 워크로드를 처리하는 동안 더 빠른 속도를 제공한다. 포베로스는 전력 소모가 많은 회로를 전력 효율이 더 높은 공정 노드에 배치함으로써 노트북 배터리 수명을 연장하는 데 도움을 준다. 노트북은 더욱 얇아지고, 엣지 컴퓨팅 장치는 성능 저하 없이 더 작은 공간에 탑재될 수 있다. 또한 포베로스 기술 덕분에 공장에서부터 사용자의 책상에 이르기까지 더 작은 크기에 더 많은 기능을 담을 수 있다.

인텔 파운드리의 EMIB 

반도체 첨단 패키징 공정의 일부로 EMIB(Embedded Multi-Die Interconnect Bridge)라는 기술이 사용되는데, 이 기술에서는 특수 칩들이 미세한 실리콘 브리지를 통해 하나의 패키지 상에서 서로 연결된다. 이러한 접근 방식을 통해 서로 다른 칩들이 하나의 장치처럼 작동하여 AI에 필요한 막대한 처리 능력을 제공하는 동시에 효율성을 향상시키고 제조 비용을 절감할 수 있다.

다른 파운드리들이 칩 간 연결 계층으로 값비싼 실리콘 인터포저를 사용하는 반면, 인텔 파운드리는 필요한 곳에만 초소형 고속 실리콘 브리지를 내장한다. 이는 비용을 대폭 절감하는 데이터 전송 방식이며, 이러한 칩렛으로 이루어진 "실리콘 모자이크"를 강력한 AI 프로세서로 만들어줄 수 있다. 예를 들어, 대형 데이터 센터 칩들이 서로 인접해 있을 때, EMIB는 칩들 바로 아래에 브리지를 생성하여 서로 통신할 수 있도록 한다.

EMIB-T 소개

2026년에 공개된 최신 기술인 EMIB-T는 브리지를 통해 채널을 추가함으로써 전력을 칩 주변이 아닌 칩에 직접 공급하는 방식이다. 이를 통해 최신 고대역폭 메모리(HBM)에 필수적인 전력 효율성과 신호 라우팅 성능을 향상시켰다. 

이는 속도를 넘어, 유연성을 확보했음을 의미한다. 업계 최대 규모의 기판에 다양한 공급업체의 다양한 칩렛을 자유롭게 조합하여 사용할 수 있는 곳은 인텔 파운드리가 유일하다. 이러한 유연성 덕분에 오늘날 데이터 센터를 구동하는 대규모 AI 엔진을 나란히 배치할 수 있다.