AI 반도체의 숨은 주인공, MLCC와 기판

MLCC와 기판은 거의 일본 회사들이 독점하고 있다. 하지만 삼성전기와 무라타만 알고 있는 독특한 세라믹 배합 기술이 이 시장의 경쟁력을 좌우한다. MLCC는 유전 상수가 높으면서도 얇게 만들 수 있어야 하고, 그 위에 많은 층을 적층할 수 있어야 한다. 이 모든 조건을 한 번에 충족하는 세라믹 배합이 바로 삼성전기와 무라타가 지켜온 핵심 기술이다.

삼성전기는 이미 전 세계 여러 지역에 공장을 갖고 있고, 지금 수요가 크게 늘어날 것으로 예상하며 확장을 진행 중이다. 필리핀에 공장이 있고, 세종에는 기판 공장을 두고 지금 그것을 확장하는 공사를 하고 있다. 멕시코에도 공장을 갖추고 있다.

예전에는 MLCC가 주로 휴대폰에 쓰였지만, 최근 AI를 만나면서 AI 제품이 들어가는 데이터센터 쪽으로 엄청나게 팔리고 있다. 엔비디아가 만드는 AI 서버들이 매년 2배나 3배 정도 MLCC의 개수와 용량을 요구하기 때문에 수요가 계속 늘어난다. 자율주행차나 휴머노이드 로봇 같은 제품에도 MLCC가 들어갈 예정이다. MLCC는 전력을 많이 쓸수록 더 많이 사용되는데, 바로 이 점이 AI 시대에 수요를 급증시키는 이유다.

그립볼더와 유리기판이 FC-BGA에 속한다. AI가 발전할수록 기판 위에 점점 더 많은 반도체들을 얹게 된다. 최근 AI용 제품은 기판 위에 SOC(시스템 온칩)가 4~5개, HBM(고대역폭 메모리)이 8~10개 올라가는 상황이다.

과거에는 엄지손톱만 한 기판이 주로 많았다. 하지만 최근에는 손바닥만 한 기판이 주로 많아졌다. 면적으로는 약 100배 증가했다. 더 많은 반도체를 집접하기 위해 배선층도 대폭 증가했다.

FC-BGA의 크기는 100mm × 100mm 정도이고, 층수는 20~30층에 이른다. 반면 FC-CSP(구형 반도체 패키지)는 크기가 10mm×10mm 또는 15mm×15mm 정도이고 배선이 2~3층 정도에 불과하다. 따라서 FC-BGA는 면적이 100배, 층수가 10배가 되므로, 공정 수로 따졌을 때 100 × 10 = 1000배만큼의 공정이 더 들어가야 하고, 가격도 그렇게 비싸진다.

전 세계에서 가장 앞서가는 FC-BGA 기업은 일본에 1개, 대만에 1개, 한국에 1개 총 3개사뿐이다. 일본의 이비덴 등이 앞서 있고, 삼성전기가 한국을 대표하는 업체로 포함되어 있다.

FC-BGA는 가운데에 유리 코어가 있고, 위아래로 하얀 단면들이 보이는데 이들이 적층을 도와주는 얇은 박판이다. 그 위에 구리 배선들이 쭉 배열되어 있고, 이렇게 총 20층 정도로 구성된다. 부가가치는 공정 수보다 훨씬 더 높다.

FC-CSP는 칩 반도체가 1개 올라간다. 하지만 최근 AI 반도체에 쓰이는 FC-BGA는 칩이 보통 15개 정도 올라간다. 이렇게 많은 칩이 복잡한 배선들로 연결되어야 하고, 높은 스피드 성능이 요구된다.

FC-BGA는 양산을 시작한 지 5년 남짓으로 매우 새로운 기술이다. 삼성전기와 동등 수준의 양산 기술이나 개발 기술을 갖고 있는 회사는 전 세계에서 두 세 개사밖에 없다.

그동안 MLCC와 기판은 일본이 오랫동안 세계 시장을 주도해왔다. 하지만 AI 시대의 새로운 경쟁 장이 열렸고, 삼성전기가 여기에 우뚝 서게 되었다.

삼성전기의 성공은 기술 혁신에 집중한 결과다. 성장에 대한 가능성이 보이면 기술 개발과 실행력을 높이고 투자도 과감하게 한다. 이는 과거 삼성전자가 컸던 방식과 동일한 전략이다.

전 세계 누구도 시장이 요구하는 모든 제품을 다 받쳐낼 수 없다. 일본 업체들이나 삼성전기는 하이엔드에 집중할 수밖에 없다. 그러면 삼성전기가 건드리지 못하는 로우엔드 제품들이 남는데, 사업성은 나쁘지만 중국은 이것을 기회로 보고 열심히 달려들어 빼앗아 가려고 한다. 기술 발전이 느린 제품 분야에서는 중국이 시장을 독점한 사례가 다수 발생했다. 삼성전기는 저가 투자를 회피하면서도 사업성을 확보하는 전략을 모색 중이다.

한국은 2나노 같은 초고도 미세공정을 추진하고 있는 반면, 일본은 자동차에 들어가는 28나노 같은 중저가 공정을 한다. 중국도 이 저가 제품들로 상당히 이익을 확보하고 있다. 전략적으로 저가 시장을 방어할 필요성이 대두되고 있다.

박철민은 제품을 팔고 고객들과 대화하는 입장에서 봤을 때, AI 시장의 활동은 아직까지도 정말 활발하다고 평가했다. 실제로 실행을 하는 사람들한테서는 재고가 쌓이거나 사업의 실패에 대한 두려움보다는 투자를 하지 않은 경우에 대한 사업 실패에 대한 걱정이 훨씬 더 많다. 마이크로소프트와 구글도 IR에서 투자 안 할 리스크가 투자할 리스크보다 크다고 강조했고, 이는 엔비디아 자금 출처 의문에 대한 현장의 평가를 보여준다.

AI 반도체 경쟁이 GPU에서 패키징을 거쳐 생태계 경쟁으로 진화하고 있다. 한국이 경쟁에서 이기려면 전략이 확실해야 한다. 구체적으로 우리가 뭘 해야 하고, 생태계를 어떻게 발전시킬지, 그리고 우리의 장점이 무엇인지 명확히 정의해야 한다. 이것이 정말 한국만이 가질 수 있는 독특한 영역이라는 점을 인식하고 전략을 세워야 한다.

데이터센터는 꺼지지 않는 동력으로 작동할 것으로 보인다. 데이터센터 개념이 처음 나온 것이 10년이 넘었는데, 초기에는 단순 서버 역할만 한다고 생각했다. 하지만 현재 데이터센터의 규모와 그들이 만들어내는 혁신(이노베이션)이 끊임없는 활화산이 되고 있다. 당분간 데이터센터가 끌어가는 생태계가 전자 부품 시장의 가장 큰 동력이 될 것으로 전망된다.

물리적 AI(피지컬 AI)는 로봇, 자율주행 등 여러 분야를 포함한다. 박철민은 피지컬 AI가 어떤 새로운 응용을 가져올지는 모르겠지만, 우리의 생활 방식에 차이가 생기길 원하고, 그것을 피지컬 AI가 가져다줄 것으로 기대하고 있다고 말했다.