AMD·엔비디아도 밀고있는 반도체 기술, '칩렛'이란?

IT동아

2023.09.19 13:41:39

조회 1356 추천 10 댓글 4

[IT동아 남시현 기자] 그간 반도체 업계의 성장세는 무어의 법칙(Moore’s Law)을 따랐다. 무어의 법칙은 1965년 인텔의 공동창업자 고든 무어가 제창한 법칙으로, 2년마다 반도체 집적회로에 탑재할 수 있는 트랜지스터의 숫자가 두배씩 증가한다는 관측이다. 현재는 18개월마다 2배씩 증가하고, 가격은 반으로 떨어진다는 개념이 통용되고 있다. 이 법칙은 비교적 적중하여 2020년까지는 꾸준히 맞아떨어졌다.

하지만 2020년 이후부터는 기술적 한계에 부딪히면서 깨질 것이라는 우려가 나오고 있다. 나노 공정이 심화될수록 회로를 구성하는 원자의 전자가 다른 곳으로 뛰어버리는 양자 터널링 현상이 발생하면서 성능 향상에 제동이 걸렸기 때문이다. 이때문에 무어의 법칙이 완전히 깨지진 않았지만, 2배를 달성하는데 걸리는 시간은 갈수록 길어지고 있다. 이를 우회하면서 더 높은 성능을 발휘하기 위해 등장한 기술이 바로 칩렛(Chiplet)이다.

여러 반도체를 한 몸으로 만드는 기술, 칩렛

AMD RDNA3 아키텍처의 구조도, 중간에 있는 반도체는 모두 개별 생산된 뒤 일체형으로 패키징 된 형태인데 이를 칩렛이라 한다 / 출처=AMD

칩렛이란 시스템 반도체의 구성을 하나의 반도체로 생산하는 게 아니라, 여러 모듈로 분할 생산한 다음 하나로 결합하는 형태다. 일반적인 시스템 반도체는 단일 칩에 구성 요소를 모두 결합하는 모놀리식(Monolithic) 방식으로 생산하며, 트랜지스터 밀도를 끌어올려 성능을 높인다. 하지만 전체 구성 요소에 결함이 없어야 하고, 성능 한계를 극복하기 위해 반도체의 크기를 더 크게 키우다보니 제품 단가와 크기가 상승하는 문제가 생겼다.

엔비디아 에이다 러브레이스 아키텍처의 구조도, 모든 반도체가 하나의 칩으로 설계된 모놀리식 칩이다 / 출처=엔비디아

반면 칩렛은 각각의 구성 요소를 별도로 생산한 뒤 합친다. 덕분에 시스템 반도체를 구성하는 각 칩마다 최적의 공정을 적용할 수 있고, 이는 단가 절감과 높은 수율 확보로 이어진다. 또한 일부에 결함이 있으면 전체 요소에 문제가 생기는 모놀리식과 달리, 완성된 칩만 엮으면 되고, 서로 다른 공정 등을 적용해 생산 단가나 전력 효율 등을 조정할 수 있다. 하지만 각 칩이 연결돼있는 구성이 아니므로 통신 선로가 필요하고, 이로인해 성능에 제약이 걸릴 수 있다. 최소한 2010년대 중반까지는 이 문제로 인해 칩렛이 주목받지 못했다.

그러던 중 2015년, AMD는 1세대 AMD 라이젠 스레드리퍼 CPU를 제작하는 데 멀티 칩 모듈(MCM)이라는 방식을 선보였다. MCM 공정은 각각 생산 된 여러 개의 반도체 칩을 하나의 기판에 패키징하는 기술로, 전체 칩의 크기는 줄이고 생산 효율을 끌어올리는 데 유효하다. 하지만 칩 사이의 통신 기술의 한계로 성능에 병목이 생기는 한계가 있었는데, 2017년부터는 인피니티 패브릭이라는 연결 기술을 적용해 병목을 크게 완화했다. 칩을 분할해서 생산하고, 합치는 칩렛 기술이 본격적으로 가능성을 인정받게 된다.

AMD는 모놀리식 구조에서 멀티 칩 모듈 방식을 적용하고, 그 다음에 칩렛 구조를 적용했다 / 출처=AMD

2021년, AMD는 MCM 공정보다 한 차원 위인 칩렛 기술로 생산한 CPU인 AMD 라이젠 3000 시리즈를 선보인다. 3세대 라이젠은 칩렛 구성을 활용해 CPU 구성의 핵심인 코어는 7나노 공정을 활용하고, 최신 기술이 필요 없는 인터페이스는 12나노 공정으로 제조한 다음 합친다. 모놀리식 방식에서는 16코어 프로세서를 만들기 위해 16개의 코어가 모두 정상 제조돼야 하고, 불량일 경우 폐기하거나 칩을 잘라서 하위 제품으로 만들어야 한다. 반면 칩렛 구조를 도입하면 8코어 칩을 만든 뒤 두 개를 붙이는 식으로 만들 수 있어서 단가는 절감하고 불량률도 줄일 수 있다.

이러한 성공에 힘입어 AMD는 현재 5세대 라이젠 프로세서까지 꾸준히 칩렛 기술을 기반으로 하고 있고, 최상의 성능을 유지하기 위해 모놀리식 방식을 고수해오던 엔비디아와 인텔도 일부 제품군에 칩렛 구성을 적용하기 시작했다. 인텔은 올해 초 공개한 서버용 CPU인 제온 맥스 시리즈에 칩렛 구조를 적용했고, 14세대 인텔 프로세서도 칩렛 구성과 비슷한 타일 아키텍처를 도입할 예정이다. 엔비디아의 경우 성능 확보를 위해 모놀리식 칩을 주력으로 사용하지만, 서로 다른 형태의 칩들이 호환되는 NV링크 C2C로 칩간 상호 연결성을 끌어올릴 계획이다.

칩렛 컨소시엄 구성, 생태계 넓어질 것

글로벌 반도체 및 기술 기업들은 칩렛 구조를 효율화하기 위해 ‘범용 칩렛 인터커넥트 익스프레스 컨소시엄’을 구성하고 표준화에 나서도 있다 / 출처=UCIe

칩렛 기술의 전망은 밝다. 2022년, AES, AMD, Arm, 구글 클라우드, 메타, 인텔, 마이크로소프트, 퀄컴, 삼성, TSMC 등의 기업들로 구성된 범용 칩렛 인터커넥트 익스프레스 컨소시엄이 발족했다. 이 컨소시엄은 반도체 기업들이 제조하고 있는 제품들이 서로 연결될 수 있도록 상호연결을 표준화하고, 개방형 칩렛 생태계를 만드는데 주력한다. 현재 엔비디아, 브로드컴, LG전자, IBM, 마이크론, 미디어텍 등 수많은 반도체 기업들도 컨소시엄에 참여하고 있다.

칩렛 기술은 반도체 생산의 효율화는 물론 최적의 성능을 확보하는데도 중요한 기술이다. 이미 AMD가 상업성을 증명했으며, 최근에는 그래픽 카드와 AI 가속기에도 이 기술을 적용해 시장 가능성을 넓히고 있다. 이외에도 칩렛은 소비전력 개선과 자원의 효율화, 반도체 생태계의 협력구조 개념에서 중요하게 작용한다. 앞으로도 모놀리식 반도체가 꾸준히 최상의 성능을 차지하겠지만, 효율적인 반도체 구성 측면에서는 칩렛 기술이 대세가 되지 않을까.

글 / IT동아 남시현 (sh@itdonga.com)

사용자 중심의 IT 저널 - IT동아 (it.donga.com)

▶ 미국발 반도체 제재 뚫었나? 화웨이, 자체 반도체로 스마트폰 제조 ▶ 고성능 컴퓨팅을 재정의하는 메모리, HBM3란 무엇인가?▶ 게이밍 시장의 중심이 된 ‘1440p’ 해상도, 어째서?

고정닉 1

원본 첨부파일 4본문 이미지 다운로드

전체 댓글 0개

등록순

본문 보기

타인의 권리를 침해하거나 명예를 훼손하는 댓글은 운영원칙 및 관련 법률에 제재를 받을 수 있습니다.
Shift+Enter 키를 동시에 누르면 줄바꿈이 됩니다.

갤러리 리스트
번호	제목	글쓴이	작성일	조회	추천
설문	연인과 헤어지고 뒤끝 작렬할 것 같은 스타는?	운영자	24/04/22	-	-
3144	구글 클라우드 “생성형 AI 통한 비즈니스 혁신 도울 것” [1]	IT동아	23.11.14	217	0
3143	그림·사진에 영화, 음악까지…인공지능 예술계 강타 [92]	IT동아	23.11.14	4518	9
3142	에스티어스 "학교 굿즈 통해 브랜딩·애교심 강화에 기여" [스타트업in과기대]	IT동아	23.11.14	126	0
3141	가상자산 산업 “세부적이고 정확한 규제 필요”	IT동아	23.11.14	417	0
3140	외국어 문장 번역이 필요할 땐 이렇게![이럴땐 이렇게!]	IT동아	23.11.13	182	0
3139	[스텝포넷제로] 대구경북능금농협, “사과 포장박스를 친환경 포장재로 바꾸고 있습니다”	IT동아	23.11.13	128	0
3138	[주간투자동향] 클래스101, 160억 원 규모의 시리즈B 브릿지 투자 유치	IT동아	23.11.13	138	0
3137	[뉴스줌인] 요즘 인기라는 ‘2230’ 규격 SSD, 씨게이트도 신제품 출시	IT동아	23.11.11	173	0
3136	[리뷰] 현장 비즈니스 특화 초소형 노트북+태블릿, MS 서피스 고 4	IT동아	23.11.10	142	0
3135	'빅스비 시대 저물고, 가우스 온다'··· 삼성도 생성형 AI에 도전장 [1]	IT동아	23.11.10	539	1
3134	스타트업 생태계 '여전히 혹한기'···생태계 활성화 위한 정부 정책 필요	IT동아	23.11.10	285	1
3133	[이제는 전북 콘텐츠] 루트쓰리게임즈, “전북에서 시작해 해외로 진출하고 있습니다”	IT동아	23.11.10	108	0
3132	[스타트업-ing] 뉴로서킷 “탈모 관리 앱 바야바즈, 세계인 고민 나눈다”	IT동아	23.11.10	114	0
3131	[스케일업] 반프 [3] 이유건 책임 “반프 사내 문화 핵심은 업무 효율·유대감 강화”	IT동아	23.11.10	106	0
3130	스타트업 글로벌 개방성 강화 위한 3가지 정책 제안	IT동아	23.11.09	119	0
3129	[서울형 R&D] 머니스테이션 이정일 대표 “요즘 투자자들은 머니스테이션을 봅니다”	IT동아	23.11.09	139	0
3128	[IT애정남] 해외 유심 구매, 내 폰 호환 여부가 불확실하다면?	IT동아	23.11.09	655	1
3127	[IT강의실] 소니 a9 III가 가진 ‘글로벌 셔터’의 장점은? [2]	IT동아	23.11.09	814	4
3126	방대한 AI 데이터 처리를 위해 개발한 ‘바스트 데이터 플랫폼’	IT동아	23.11.08	471	0
3125	에이수스코리아 잭 황 지사장 “에이수스의 혁신 제품, 한국 반응 뜨거워” [10]	IT동아	23.11.08	1198	2
3124	[리뷰] 활용도, 상품성 개선에 초점 맞춘 삼성 '더 프리스타일 2' 프로젝터	IT동아	23.11.08	144	0
3123	센서·인공지능 업은 2024 스마트폰, 더 좋은 사진 찍는다 [1]	IT동아	23.11.08	807	0
3122	[스케일업] 호반건설·팀워크 “건설 현장에서 디지털 도면을 테스트할 수 있었습니다”	IT동아	23.11.07	174	0
3121	[리뷰] 손쉬운 조립과 다양한 기능이 매력, 카멜 핏쳐 오피스 체어 FOC1·FOC2 [3]	IT동아	23.11.07	180	1
3120	[IT신상공개] 미디어텍, 스냅드래곤과 겨룰 ‘디멘시티 9300’ 공개 [2]	IT동아	23.11.07	531	0
3119	[IT 신상공개] 샤오미 TV 국내 출시, 기존 ‘가성비’ TV와의 차별화 요소는?	IT동아	23.11.06	127	0
3118	[이제는 전북 콘텐츠] 전북 CKL을 통해 창업을 꿈꿀 수 있었습니다	IT동아	23.11.06	109	0
3117	내 은행계좌, 신용카드 정보를 한번에 알고 싶을 땐 이렇게![이럴땐 이렇게!]	IT동아	23.11.06	106	0
3116	[IT애정남] 터치 한번에 전화 잘못 거는 아이폰, 방법이 없을까요? [6]	IT동아	23.11.06	1171	4
3115	[스타트업人] 정밀 의료 선봉, 메디플렉서스 ‘의료데이터 분석·개발자 이야기’ [1]	IT동아	23.11.06	1389	0
3114	사우디 법무부 대표단이 韓 리걸테크 기업을 방문한 이유	IT동아	23.11.03	186	0
3113	블록체인 허브도시 조성을 위한 인천시의 적극적인 행보	IT동아	23.11.03	123	0
3112	시흥창업센터 김준희 센터장, “스타트업에 필요한 네트워크를 만들고 있습니다”	IT동아	23.11.03	128	0
3111	[이제는 전북 콘텐츠] 전북 콘텐츠 기업 및 청년 구인구직난 해소를 위한 ‘일자리 박람회’	IT동아	23.11.03	119	0
3110	[리뷰] 프리미엄 폴더블 노트북의 시작, LG 그램 폴드 [3]	IT동아	23.11.03	1209	3
3109	지향성 스피커, 발전소·공장 안전 지킨다 [2]	IT동아	23.11.03	894	0
3108	중고차 시장 경쟁 격화…업력 20년 이상 플랫폼 기업의 대응책은?	IT동아	23.11.02	110	0
3107	가상자산 주요 쟁점 뒷전, 아쉬운 국정감사 [2]	IT동아	23.11.02	1364	2
3106	고급 소재의 대명사 '티타늄', 프리미엄 IT 기기의 표준 될까? [4]	IT동아	23.11.02	376	1
3105	CPU 도전하는 엔비디아, GPU 대체나선 인텔··· 격랑에 빠진 AI 반도체 시장 [7]	IT동아	23.11.01	421	1
3104	[KIDP 울산] 한컴유비마이크로 “산업 현장 안전을 위해 노력하고 있습니다”	IT동아	23.11.01	98	0
3103	[스케일업] 아일로 [3] “브랜딩과 마케팅, 결국 우리를 알린다는 것"	IT동아	23.11.01	134	0
3102	학생들이 교실에서 직접 만든 게임…교육의 도구로 활용된다	IT동아	23.11.01	783	2
3101	잇따른 거래소 수수료 무료 정책, ‘수익보다 이용자 확보’	IT동아	23.10.31	114	0
3100	[스케일업] 팀워크 [2] 웍스메이트 “건설 디지털화, 요구 만족·불편 해소부터”	IT동아	23.10.31	94	0
3099	애플, M3 기반 맥북 프로·아이맥 공개··· '3nm로 격차 굳힐까' [1]	IT동아	23.10.31	1006	3
3098	디지털 기술로 지역사회 문제 해결 ‘인천 학생SW해커톤 챌린지’	IT동아	23.10.31	96	0
3097	[IT신상공개] 레트로 감성에 편의성 추가 ‘턴테이블’	IT동아	23.10.30	90	0
3096	산업혁신기반구축사업, "3D프린팅과 의료 기술 융합으로 기업들의 꿈 지원한다”	IT동아	23.10.30	99	0
3095	[IT애정남] 스마트폰 사진이 너무 밝게 나오면 어떻게 해야 하나요?	IT동아	23.10.30	676	1