칩렛 혁신: UCIe의 현재와 미래

1. 요약

• 이번 리포트는 칩렛 반도체 기술의 현황과 특히 UCIe 인터페이스의 발전을 중심으로 다룹니다. 칩렛 기술은 여러 반도체 칩 조각(다이)을 하나의 패키지에 통합하여 고성능 SoC를 구현하는 기술로, 퀄리타스반도체가 국산화에 성공하며 주목받고 있습니다. UCIe 인터페이스는 이러한 칩렛을 효율적으로 연결하기 위한 표준으로, 삼성전자, 인텔, AMD 등 주요 기업들이 참여한 컨소시엄을 통해 발전하고 있습니다. 차량용 반도체와 인공지능/자율주행 SoC 분야에서의 활용 가능성, 퀄리타스반도체의 IP 상용화와 PCIe 6.0 파이 개발 등 최근 성과들이 상세히 분석됩니다. 특히 UCIe 1.1에서 1.2로의 발전과 향후 전망이 주목할 만합니다.

2. 칩렛 반도체 기술의 개요

• 2-1. 칩렛 기술의 정의

• 칩렛은 여러 개의 반도체 칩 조각(다이)을 하나의 패키지 내에 통합하는 첨단 반도체 기술입니다. 이 기술은 각기 다른 기능을 가진 칩들을 유연하게 연결하여 고성능 시스템 온 칩(SoC)을 구현할 수 있도록 해 줍니다. 퀄리타스반도체는 이기종 반도체를 연결하는 차세대 패키징 기술로서, 자신들의 칩렛 아이피(IP)를 국산화하여 상용화하고 있습니다.

• 2-2. 칩렛의 장점

• 칩렛 기술은 생산 비용 절감 및 수율을 높이는 데 유리한 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 각 반도체 칩을 별도로 제조하고 통합하는 방식이기 때문에, 불량 발생 시 재작업의 부담이 적고, 전체 제조 비용을 줄일 수 있는 효과를 보여줍니다. 특히 UCIe 인터페이스는 이러한 칩렛의 운용을 최적화하는 데 큰 역할을 하고 있습니다.

• 2-3. 칩렛과 전통적 반도체 기술의 차이

• 전통적인 반도체 기술은 하나의 통합된 다이에서 모든 기능을 구현하는 모놀로식 구조를 채택하고 있습니다. 반면 칩렛 기술은 여러 개의 독립적인 칩 조각을 서로 연결하여 통합하는 다이 투 다이 방식입니다. 칩렛 접근 방식은 엔진 제어, 인포테인먼트 및 고급 운전자 보조 시스템(ADAS) 등 다양한 기능 통합을 쉽게 할 수 있는 이점이 있으며, 이로 인해 제조 및 개발의 유연성이 높아집니다.

3. UCIe 인터페이스의 등장과 표준화

• 3-1. UCIe 인터페이스의 개념

• UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express)는 패키지 내에서 서로 독립적인 칩 조각을 연결하기 위해 사용되는 오픈 규격입니다. 이는 서로 다른 반도체를 결합하여 고성능 칩을 구현하는 '칩렛' 기술의 핵심 요소로 작용합니다. UCIe는 시스템온칩(SoC) 제작 시 다양한 기능을 별개의 공정으로 제작하고 이를 효율적으로 연결하기 위해 디자인되었습니다.

• 3-2. UCIe 컨소시엄의 구성

• UCIe 컨소시엄은 삼성전자, 인텔, AMD, 마이크로소프트(MS) 등 주요 IT 기업들이 참여하여 2022년에 설립되었습니다. 이 컨소시엄은 개방형 칩렛 생태계를 구축하기 위해 노력하고 있으며, 2023년에는 UCIe 1.1 버전을 발표하였습니다. 2024년 하반기에는 UCIe 1.2 버전이 출시될 예정입니다.

• 3-3. UCIe 1.1에서 1.2로의 발전

• UCIe 1.1은 패키징 내에서의 효율적인 칩 연결을 위한 최초의 표준으로, 다양한 반도체 제조 업체들이 이를 기반으로 제품을 개발하고 있습니다. UCIe 1.2는 더욱 향상된 기능을 제공할 것으로 기대되며, 차량용 반도체와 같은 실무 분야에서의 채택이 가속화될 것입니다. 칩렛 기술의 발전과 더불어, 차량용 프로세서 제조사들이 UCIe의 도입 속도를 높이고 있다는 분석이 제기되고 있습니다.

4. 퀄리타스반도체의 혁신적 접근

• 4-1. 퀄리타스반도체의 칩렛 IP 상용화

• 퀄리타스반도체는 5나노 반도체 '칩렛' IP 상용화를 진행하고 있습니다. 칩렛 기술은 서로 다른 반도체를 연결하여 고성능 칩을 구현하는 첨단 패키징 기술입니다. 김두호 대표는 다음달 삼성전자 파운드리에서 UCIe IP를 활용한 칩렛 시제품 제작을 시작하고, 올해 안에 상용화를 목표로 하고 있습니다. 이번 칩렛 시제품은 5나노미터 공정으로 제작될 예정이며, 이를 통해 외산 중심의 칩렛 IP 시장에서 첫 국산화 사례로 주목받고 있습니다.

• 4-2. UCIe 인터페이스의 국산화

• 퀄리타스반도체는 칩렛 표준 연결 규격인 'UCIe' IP를 개발하였습니다. UCIe는 삼성전자, 인텔, TSMC, 퀄컴, MS, 구글 등 다양한 기업들이 서로 다른 칩렛 기술의 호환성을 확보하기 위해 만든 규격으로, 현재 UCIe 표준 1.1까지 마련되어 있습니다. 퀄리타스반도체의 UCIe IP 국산화는 외산IP에 대한 의존도를 줄이고, 국내 반도체 산업의 경쟁력을 강화하는데 기여할 것으로 기대됩니다.

• 4-3. PCIe 6.0 파이 개발

• 퀄리타스반도체는 최근 국내 최초로 초고속 인터페이스 PCIe 6.0 PHY를 개발하였습니다. 이로 인해 고성능 컴퓨팅(HPC) 분야에서의 반도체 IP 사업을 전개할 계획이며, 기존 확보한 MIPI, 디스플레이용 PHY, SERDES 등과 함께 초고속 인터페이스 IP 포트폴리오를 확충할 예정입니다. 김 대표는 SoC에 필요한 인터페이스 IP가 약 16종 수준이며, 퀄리타스반도체가 10종 이상의 IP를 한번에 제공하는 토털 솔루션 체계를 구축하는 것이 목표라고 밝혔습니다.

5. 차량용 반도체 분야에서의 UCIe 채택

• 5-1. 차량용 프로세서에서의 칩렛 도입

• 차량용 프로세서 제조사들이 차세대 반도체 패키징 기술인 칩렛 도입 속도를 높이고 있습니다. 박준 시높시스코리아 상무는 2024 시스템반도체 테크데이에서 UCIe에 오토모티브 스펙이 구체적으로 논의되기 시작한 것이 그리 오래되지 않았다고 언급하며, 수년 내 상당수 오토모티브 기업들이 UCIe를 사용할 것으로 예상되고 있음을 밝혔습니다.

• 5-2. UCIe 인터페이스의 확대 전망

• UCIe는 패키지 내 서로 독립적인 칩 조각을 연결하는 데 사용하는 오픈 규격으로, 내년 하반기부터 차량용 부문에서 칩렛 전용 인터페이스로 지목되는 UCIe의 도입이 본격적으로 확대될 것이라는 분석이 나오고 있습니다. 박 상무는 '다이 투 다이' 방식으로 각각의 공정을 마친 여러 개의 반도체 칩 조각을 하나로 합치는 패키징 기술 덕분에 전체적인 제조 비용 절감 효과가 클 것으로 기대하고 있습니다.

• 5-3. 국내외 주요 기업의 대응

• 국내에서는 삼성전자가 차량용 프로세서에 칩렛 적용을 검토 중인 것으로 전해집니다. 또한 삼성전자 외에도 여러 글로벌 업체들이 관련 연구개발에 매진하고 있으며, UCIe의 도입과 함께 오토모티브 분야의 통합 방향성에 대한 논의가 다각적으로 진행되고 있습니다. 이는 엔진 제어, 인포테인먼트, ADAS(첨단 운전 보조 시스템) 등을 통합하여 새로운 패키징 솔루션을 찾는 데 중점을 두고 있습니다.

6. 인공지능 및 자율주행 SoC 분야의 활용

• 6-1. 퀄리타스반도체의 칩렛 IP 호환성 검증

• 퀄리타스반도체는 인공지능 및 자율주행 SoC 용 칩렛 인터페이스의 IP 호환성 검증을 완료했습니다. 이 검증은 서로 다른 이종 반도체를 연결하는 칩렛 UCIe 인터페이스의 물리적 기능을 담당하는 UCIe PHY IP를 개발한 후 이루어졌습니다. 퀄리타스반도체는 2022년에 출범한 칩렛 생태계를 활성화 하기 위한 컨소시움의 일환으로, 타 국내 IP 전문사의 UCIe Controller IP와 성공적으로 상호 호환성을 검증했습니다. 이는 국내 반도체 IP 업체로서는 첫 번째 성과이며, 앞으로 다양한 칩렛 반도체에 국산 UCIe 솔루션을 제공할 수 있는 발판이 마련되었습니다.

• 6-2. 인공지능 어플리케이션에서의 칩렛 기술 필요성

• 인공지능 어플리케이션에서 방대한 연산을 신속하게 처리하기 위해서는 초고성능 저전력 반도체가 필요합니다. 따라서 칩렛 기술은 신속한 데이터 처리를 위한 요구에 부합하며, 반도체 업계에서 칩렛에 대한 수요가 급증하고 있습니다. 칩렛은 서로 다른 이종 반도체를 연결하여 성능을 극대화하는 기술로, 엔비디아의 AI 반도체와 같은 차세대 칩들이 덕분에 이 기술이 점차 보편화되고 있습니다.

• 6-3. 글로벌 반도체 업계의 경쟁 동향

• 글로벌 반도체 기업들 간의 칩렛 기술 선점을 위한 경쟁이 치열하게 벌어지고 있습니다. 가장 보편적으로 인정받고 있는 칩렛 표준인 UCIe는 인텔, 삼성전자, TSMC 등 여러 회사들이 참여하여 개발하였으며, 많은 반도체 업체들이 이 기술을 확보하기 위해 힘쓰고 있습니다. 시높시스와 케이던스 등의 반도체 IP 업체도 최근 UCIe를 적용한 시제품에 IP를 공급하며 경쟁에 참여하고 있습니다.

7. 결론

• 칩렛 반도체 기술과 UCIe 인터페이스는 반도체 산업의 미래를 여는 핵심 기술로 자리 잡고 있습니다. 퀄리타스반도체의 UCIe IP 국산화는 국내 기술력을 크게 향상시켰으며, 차량용 반도체 및 인공지능/자율주행 SoC 분야에서도 큰 역할을 하고 있습니다. 칩렛 기술은 반도체 제조 비용 절감과 성능 향상을 동시에 이루어낼 수 있어, 다양한 분야에서의 확대 적용이 기대됩니다. 현재까지의 성과에도 불구하고 지속적인 연구와 개발이 필요하며, 특히 UCIe 1.2 버전의 도입으로 더 많은 실질적 적용 사례가 나올 것입니다. 이 기술은 반도체 업계뿐만 아니라 다양한 산업 분야에도 혁신적인 변화를 가져올 것으로 전망됩니다. 주요 기업들의 지속적인 투자와 협업을 통해 UCIe와 칩렛 기술의 발전이 더욱 가속화될 것입니다.

8. 용어집

• 8-1. 퀄리타스반도체 [회사]

• 퀄리타스반도체는 초고속 인터페이스 설계자산(IP) 업체로, UCIe 인터페이스를 국산화하여 칩렛 반도체 기술의 선도적 역할을 하고 있습니다. 최근 5나노미터 공정의 칩렛 시제품 제작과 UCIe PHY IP 호환성 검증을 완료하며 기술력과 경쟁력을 입증했습니다.

• 8-2. UCIe [기술]

• UCIe(Universal Chiplet Interconnect express)는 칩렛 반도체 생태계를 구축하기 위한 인터페이스 표준으로, 삼성전자, 인텔, TSMC 등 주요 반도체 기업들이 참여한 컨소시엄에 의해 개발되었습니다. 이 표준은 반도체 칩 간의 호환성을 높여 다양한 반도체를 결합할 수 있게 합니다.

• 8-3. 칩렛 [기술]

• 칩렛 기술은 각각의 공정이 완료된 이종 반도체 칩들을 연결해 고성능 반도체를 구현하는 기술입니다. 비용 절감과 불량률 감소, 성능 향상 등의 장점을 제공하며, 특히 인공지능, 자율주행, 고성능컴퓨팅 등에서 중요한 역할을 합니다.

9. 출처 문서

• 퀄리타스반도체, 5나노 반도체 '칩렛' IP 상용화…“내달 시제품 제조” : ZUM 뉴스https://news.zum.com/articles/91686377
• “차량용 반도체, 내년 하반기부터 UCIe 채택 본격 확대될 것” < IT < 기업 < 기사본문 - 시https://www.sisajournal-e.com/news/articleView.html?idxno=403839
• 퀄리타스반도체, 인공지능 및 자율주행 SoC 용 칩렛 인터페이스 IP 호환성 검증 완료https://www.newspim.com/news/view/20240716000196