데일리연합 (SNSJTV. 타임즈M) 윤태준 인턴기자 | TSMC와 삼성전자가 차세대 반도체 기술인 실리콘 포토닉스에 막대한 연구개발(R&D) 예산을 투입하고 있다. 실리콘 포토닉스는 기존의 전기 신호를 '빛(광자)'으로 변환해 전달하는 기술로, 반도체 업계를 혁신적으로 변화시킬 가능성이 높다. 업계 전문가들은 이 기술을 반드시 이해해야 할 핵심 트렌드로 보고 있다.

초고속 데이터 전송, '빛 vs 전기'

빛은 진공 상태에서 300,000km/s의 속도로 이동한다. 반면, 전기(전자)는 보통 빛 속도의 55~95% 수준으로 신호를 전달하는데, 이는 전선 내부의 원자들과 충돌하며 속도가 변동하기 때문이다.

광섬유를 이용한 빛 신호 전송은 이러한 충돌 없이 일정한 속도로 데이터를 전달할 수 있다는 강점이 있다. 이러한 차이로 인해 실리콘 포토닉스 기술이 적용될 경우, 데이터 전송 속도가 획기적으로 증가할 것으로 기대된다.

CPO(Co-Packaged Optics)가 뭐야?

CPO(Co-Packaged Optics)는 실리콘 포토닉스와 첨단 패키징 기술을 결합한 개념이다. 기존에는 전기 신호를 전달하기 위해 구리선이 칩과 패키징되었지만, 실리콘 포토닉스에서는 신호 전달이 빛을 기반으로 하기 때문에 '광섬유'가 칩과 패키징되어야 한다.

즉, 기존에는 떨어져 있던 광학 장치를 반도체 칩과 직접 패키징하는 방식이 CPO의 핵심이다. 이러한 기술은 'CPO 모듈'이라는 형태로 실현되며, 차세대 반도체 및 데이터 센터 운영의 중요한 요소가 될 전망이다.

실리콘 포토닉스, 전력 손실과 발열 문제 해결 기대

실리콘 포토닉스 기술이 상용화되면 대량의 데이터를 초고속으로 전송할 수 있을 뿐만 아니라 전력 손실도 획기적으로 줄일 수 있다.

특히, 데이터 전송 과정에서 발생하는 '발열' 문제는 반도체 및 데이터 센터 운영의 핵심 이슈인데, 빛을 이용한 전송 방식은 전기보다 열 발생이 적어 이를 효과적으로 해결할 수 있다.

이에 따라, 파운드리 업체뿐만 아니라 데이터센터 운영 기업들도 실리콘 포토닉스 기술을 필수적으로 도입해야 할 기술로 평가하고 있다.

차세대 기술 트렌드, '플럭스리스(Fluxless)'

플럭스(Flux)는 칩과 기판을 납땜할 때 사용하는 물질로, 반도체 표면의 산화물을 제거하고 납땜 접착을 도와주는 역할을 한다. 하지만 플럭스를 사용하면 기판 위에 잔여물이 남아 반도체 신뢰성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

이에 따라, 실리콘 포토닉스 CPO에서는 플럭스를 사용하지 않는 '플럭스리스(Fluxless)' 공정을 선호하는 추세다. 이 기술이 확산되면 반도체의 신뢰성을 더욱 높일 수 있을 것으로 기대된다.

TSMC·삼성전자, 각기 다른 CPO 양산 일정

세계 1위 파운드리 기업 TSMC는 CPO를 2024년 하반기 또는 2025년 초에 양산할 계획이라고 발표했다. 반면, 삼성전자는 2027년 CPO 양산을 목표로 하고 있다.

실리콘 포토닉스 CPO가 상용화될 경우, AI 반도체뿐만 아니라 AI 산업 전반의 성장 속도도 더욱 가속화될 것으로 예상된다. 향후 글로벌 반도체 시장에서 실리콘 포토닉스 기술이 차지하는 비중이 점차 커질 것으로 전망되며, 이에 대한 업계의 관심이 집중되고 있다.

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