AI 시대, 반도체 패러다임을 바꿀 유리기판의 등장
전 세계 반도체 파운드리 시장은 TSMC가 60% 이상을 장악한 절대 강자입니다. 그러나 최근 이상한 움직임이 포착되고 있습니다. 이 거대 기업 TSMC가 한국 기업인 삼성을 바짝 쫓아가고 있기 때문입니다. 3나노, 2나노 공정에서 삼성을 압도했던 TSMC가 이번엔 2년에서 3년이나 뒤쳐진 기술이 있습니다. 바로 ‘유리기판’ 기술입니다. 오늘은 삼성의 반격: TSMC 넘보는 유리기판 에 대해 알아 보려 합니다.
플라스틱 대신 유리를 사용한다고 하면, 그저 사소한 변화처럼 들릴 수 있습니다. 하지만 이 기술은 AI 반도체 패권을 통째로 뒤집을 수 있는 잠재력을 지녔습니다. 도대체 유리기판에 어떤 비밀이 숨어 있기에 세계 1위 기업마저 흔들리는 걸까요? 오늘 이 글에서는 유리기판 기술의 중요성, 삼성의 선도 전략, 그리고 이 기술 전쟁이 한국 반도체 산업에 미칠 영향까지 세 가지 핵심 주제를 깊이 있게 다루겠습니다.
유리기판, 왜 갑자기 반도체의 미래가 되었나?
현재 반도체 산업에서 가장 뜨거운 화두는 AI입니다. ChatGPT와 같은 AI 모델을 구동하려면 엄청나게 크고 강력한 칩이 필요합니다. 칩 크기가 커지면서 기존 플라스틱 기판의 물리적 한계가 명확하게 드러나고 있습니다.
플라스틱 기판의 한계와 유기 소재의 벽
엔비디아의 H100과 같은 AI 칩은 TSMC의 CoWoS 기술로 제작됩니다. 여기에 사용되는 기판은 플라스틱, 정확히는 유기 기판입니다. 이 플라스틱 기판은 크기가 140mm를 넘어서면 문제가 발생합니다. 열을 받으면 휘어지는 현상이 나타납니다. 뜨거운 차 안에 둔 플라스틱 자가 휘는 모습과 유사합니다. 이러한 변형은 미세 회로의 안정성을 저해하고 칩 성능에 악영향을 줍니다. 이는 곧 AI와 반도체 시장의 성장에도 제동을 걸 수 있습니다.
유리 기판은 표면 거칠기가 0.01마이크로미터 미만입니다. 플라스틱 기판이 0.5에서 1마이크로미터인 점을 고려하면, 50배에서 100배 이상 매끄럽습니다. 표면이 매끄러울수록 더 가는 선을 그릴 수 있습니다. 이는 같은 면적에 더 많은 회로를 집적할 수 있음을 의미합니다.
또한, 열 팽창 계수에서 결정적인 차이가 있습니다. 플라스틱 기판의 열 팽창 계수는 16에서 18인데, 그 위에 올라가는 반도체 칩은 2.6입니다. 큰 차이로 인해 열을 받으면 서로 다른 속도로 늘어나 뒤틀림이 발생하고 연결 부분이 끊어집니다. 반면 유리는 3에서 7.5 사이로 조절이 가능합니다. 칩과 거의 비슷하게 맞출 수 있어서 대형 칩을 만들어도 휘어지지 않습니다.
엔비디아의 압박이 가져온 변화
AI 시대가 도래하며 반도체 칩은 미친 듯이 커지고 있습니다. ChatGPT 하나를 구동하려면 수천 개의 GPU가 필요합니다. 반도체 회사들은 칩을 최대한 크게 만들려 노력합니다. 칩이 커질수록 이를 받쳐주는 기판도 커져야 합니다. 기존 플라스틱 기판은 140mm가 한계였습니다. 마치 종이 위에 레고 블록을 수백 개 쌓으면 종이가 찢어지거나 구겨지는 것과 같습니다. 작은 칩 몇 개에는 괜찮았지만, AI 시대에는 더 이상 버틸 수 없는 ‘유기 소재의 벽’에 부딪힌 것입니다.
엔비디아의 젠슨 황 CEO는 기존 CoWoS 구조만으로는 다음 세대 제품을 감당하기 어렵다는 신호를 보냈습니다. 이는 TSMC에 대한 엄청난 압박으로 작용했습니다. 엔비디아는 TSMC의 최대 고객이며, 전체 매출의 상당 부분을 차지합니다. 고객의 요구를 무시할 수 없었던 TSMC는 결국 유리기판 검토에 들어갔고, 대만의 이노록스 AP 공장을 인수하며 변화를 시도했습니다. 이 공장은 디스플레이 패널 기술을 보유하고 있어, 유리기판 시대 준비의 명확한 신호로 해석됩니다.
삼성의 선제적 움직임: TSMC를 추월하다
TSMC는 움직였지만 늦었습니다. 기존 CoWoS 기술이 워낙 잘 팔리고 있었기에 굳이 위험한 새 기술로 갈아탈 이유를 찾지 못했습니다. 그 사이 삼성은 다른 길을 걷고 있었습니다. 어떻게 삼성이 TSMC보다 먼저 치고 나갈 수 있었을까요?
수직 계열화의 힘: 삼성 그룹의 시너지
그 핵심에는 삼성 그룹의 ‘수직 계열화’가 있습니다. 재료부터 완제품까지 전부 한 그룹 안에서 만들 수 있는 구조입니다. 삼성전자는 반도체 칩을 제조하고, 삼성전기는 그 칩을 올릴 기판을 만듭니다. 삼성 디스플레이는 유리 다루는 기술의 최고 수준을 자랑합니다. 유리기판 기술은 반도체 기술이라기보다는 디스플레이 기술에 더 가깝습니다. 유리를 얇게 깎고, 구멍을 뚫고, 가공하는 기술이 핵심입니다. 삼성은 수십 년간 스마트폰 화면과 TV 패널을 만들며 유리 가공 기술을 축적했습니다. 이 기술이 이제 반도체 분야로 넘어온 것입니다.
반면 TSMC는 순수 반도체 회사입니다. 유리를 다뤄본 경험이 부족합니다. 그래서 외부에서 기술을 사오거나 새로 배워야 하는 처지입니다. 유리기판에 머리카락보다 가는 구멍을 수만 개 뚫는 TGV(Through Glass Via) 기술은 매우 어렵습니다. 구멍을 뚫다가 유리가 깨지면 전체를 버려야 하기 때문입니다. 한국에는 이 기술을 가진 기업들이 있습니다. 필옵틱스는 레이저로 유리에 구멍 뚫는 장비를, 캠트로닉스는 그 구멍을 깔끔하게 다듬는 식각 기술을 보유하고 있습니다. 이들은 원래 삼성 디스플레이의 OLED 패널 제조에 활용되던 기술을 반도체 분야로 확장했습니다. 이처럼 국내 기업들의 기술력은 AI 반도체 시장의 기회를 확대합니다.
삼성만의 최종 병기: 턴키 서비스
삼성은 고객에게 ‘턴키(Turnkey) 서비스’를 제공합니다. 이는 열쇠만 돌리면 바로 사용할 수 있는 완성차를 구매하는 것과 유사합니다. 부품 하나하나 따로 사서 조립하는 방식과는 다릅니다. 엔비디아나 AMD와 같은 팹리스 회사들은 칩 설계만 하고 제조는 파운드리에 맡깁니다. 하지만 여기서 끝이 아닙니다. 칩을 만든 후에는 패키징 작업이 필요하며, 메모리도 따로 구매해야 합니다. TSMC를 이용하면 칩은 TSMC, 메모리는 SK하이닉스나 삼성, 기판은 또 다른 업체에 맡겨야 합니다. 공급망 관리가 복잡하고 어렵습니다.
하지만 삼성은 칩 제조 파운드리, HBM 메모리, 기판 제조, 유리 가공 기술까지 모두 갖추고 있습니다. 한 곳에서 모든 것을 해결할 수 있는 것입니다. 유리기판은 칩 설계 단계부터 기판 특성을 고려해야 합니다. 나중에 따로 맞추면 최적화가 어렵습니다. 삼성은 로직 팀, 메모리 팀, 기판 팀이 같은 그룹 안에서 협업하여 처음부터 끝까지 함께 설계할 수 있습니다. 이것이 고객들에게 매우 매력적인 요소로 작용합니다. 이러한 통합 솔루션은 NVIDIA와 TSMC의 기존 동맹 관계에도 균열을 일으킬 수 있습니다.
기술 전쟁의 의미와 미래 전망
현재 벌어지고 있는 유리기판 전쟁은 과거의 기술 전환기와 유사합니다. 2010년대 초 스마트폰 시장의 폭발적인 성장과 함께 LCD와 OLED 디스플레이 기술 전쟁이 있었습니다. 당시 일본 업체들이 LCD 시장을 지배했지만, 삼성은 OLED라는 새로운 기술에 올인하여 현재 프리미엄 스마트폰 디스플레이 시장을 지배하고 있습니다. 기존 기술에서 1위였던 기업이 새로운 기술 전환기에 뒤처지는 패턴이 반복되는 것입니다.
물론 TSMC가 망한다는 이야기는 아닙니다. 여전히 막강한 기술력과 자본력을 보유하고 있습니다. 하지만 이번 유리기판 기술에서는 삼성이 먼저 기회를 잡았습니다. 이 싸움은 아직 끝나지 않았습니다. 진짜 승부처는 2026년에서 2028년 사이가 될 것입니다. 삼성전기는 이미 2025년 4분기 파일럿 라인 가동을 시작하며, 2027년 본격 양산을 목표로 합니다. AMD, 브로드컴, 아마존 AWS에까지 유리기판 샘플을 보내 성능 테스트를 받고 있다는 소식은 삼성의 기술력과 자신감을 보여줍니다.
국내 기업들의 성장 가능성과 투자 포인트
유리기판 시장 규모는 2028년 84억 달러(약 11조 원)에 달할 전망입니다. 현재 거의 제로에 가까운 시장이 단 3년 만에 폭발적으로 성장하는 것입니다. 이는 국내 관련 기업들에게 엄청난 성장 기회를 제공합니다. 삼성전기뿐만 아니라 필옵틱스, 캠트로닉스, SKC 앱솔릭스, LG이노텍과 같은 회사들이 유리기판 공급망의 핵심 플레이어들입니다. 이 기업들의 실적 발표와 기술 개발 현황을 주시하는 것이 중요합니다.
도전 과제와 주의할 점
하지만 유리기판 기술은 아직 양산 단계 초입에 불과합니다. 수요 문제, 파손 리스크 등 해결해야 할 과제가 많습니다. 삼성이 먼저 앞서 나가는 것은 사실이지만, 2027년에 실제로 양산에 성공하고 고객 신뢰를 얻는지는 또 다른 문제입니다. 기술 개발과 상업적 성공은 항상 다른 길을 걷기 때문입니다.
또한, TSMC를 과소평가해서는 안 됩니다. 이 회사는 막강한 자본력과 견고한 고객 생태계를 가지고 있습니다. 한두 해 늦게 출발하더라도 빠르게 따라잡을 능력이 충분합니다. 중요한 것은 삼성이 이번 기회를 얼마나 확실하게 잡느냐에 있습니다. 3나노, 2나노 공정에서 놓쳤던 주도권을 유리기판에서 되찾을 수 있을지, 앞으로 2년에서 3년이 결정적인 시기가 될 것입니다.
마무리하며
오늘은 삼성의 반격: TSMC 넘보는 유리기판 에 대해 알아보았습니다. AI 시대의 도래는 반도체 산업에 새로운 혁신을 요구하고 있습니다. 유리기판 기술은 이러한 요구에 부응하는 핵심 솔루션으로 부상했습니다. 삼성은 수직 계열화와 디스플레이 기술 노하우를 바탕으로 TSMC보다 빠르게 움직이며 주도권을 확보했습니다. 그러나 기술 경쟁은 항상 예측 불가능하며, 최종 승자는 끊임없는 혁신과 시장 대응 능력에 따라 결정될 것입니다. 앞으로 2~3년간 펼쳐질 유리기판 전쟁의 향방은 우리 반도체 산업의 미래를 결정할 중요한 이정표가 될 것입니다.
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