저자: 강승주 · 한국인
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AI 반도체 대면적화로 FCBGA 기판 한계 도달, 2028년 이후 엔비디아 등이 유리기판 도입 전망. 유리기판·PLP·광통신 결합이 필수 기술이 되며 광통신 관련주 급등 기대. 피옵틱스(레이저 가공/검사), 기가비스(광학검사 독점) 등을 투자 포인트로 제시하고 유료 단타방 홍보로 마무리.
다듬은 글
여러분들에게 광통신 관련주들을 9월 주도주로서 계속 강조해 드리고 있는데요. 지금 많은 종목들이 급등을 하고 있죠. 최근에 유리기판 섹터가 작년, 재작년 국내 증시의 주요 테마로 부각이 됐었지 않습니까? 그래서 지금 이 부분들이 광통신 수혜주까지 연결이 되고 있다, 이렇게 체크해 보시면 좋을 것 같아요. 관련된 투자 포인트들과 함께 종목들까지 체크해 볼 수 있도록 하겠습니다.
AI 반도체가 점점 커지고 있습니다. 대면적화가 되다 보니 비용은 올라가고 생산성은 떨어지고, 성능도 지금 이상으로 개선시키는 데 한계가 있다고 하는 거예요.
지금 엔비디아가 유리기판 도입을 검토하기 시작했는데, 글로벌 반도체 업계에서는 선점 경쟁이 진행되고 있죠. 광반도체를 상용화하기 위해서는 유리기판이 필수적입니다. 최근 광반도체와 유리기판 수요가 부각되기 시작했고, 차세대 반도체 공정의 핵심 기술로서 AI 반도체 혁신이 기대되고 있습니다.
CPU나 GPU 같은 연산다위는 파운드리 공장에서 만든다고 바로 상품화되는 게 아닙니다. 이것을 기판 위에 싣고 패키징을 해야 상품화 과정을 거쳐서 빅테크나 소비자들이 쓸 수 있게 되는 거죠. 이 패키징 과정에서 연산다위의 탑재량이 계속 늘어날 것으로 예상되고 있습니다.
예전에는 기판 위에 CPU가 하나만 올라갔는데, 이제는 두 개씩, GPU도 두 개씩 탑재되고 있어요. 앞으로는 반도체를 얼마나 미세하게 만드느냐보다, 이미 최대로 미세해진 반도체를 기판 위에 얼마나 많이 올릴 수 있느냐가 AI 반도체 성능 혁신의 핵심 열쇠가 될 겁니다.
HBM도 결국 웨이퍼로 만든 반도체인데, 기존에는 기판 위에 메모리 반도체가 따로 있었지만 이제 HBM과 여러 개의 GPU가 탑재되면서 기판 하나에 올라가는 반도체 개수가 기하급수적으로 늘고 있습니다. 지금 벌써 10~20개인데, 앞으로 50개, 100개가 넘어갈 겁니다. AI 반도체 패키징이 점점 커지는 거죠.
커질수록 오류가 발생할 지점이 너무 많아집니다. 면적이 넓으면 수율이 낮아지고, 많은 웨이퍼를 잡아먹으니 패키징 하나를 만드는 데 생산성이 크게 떨어지죠. 중간 기판 역할을 하는 인터포저 역시 대면적화되면서 커질 수밖에 없는데, 이를 실리콘 웨이퍼로 만들면 넓게 만들수록 수율이 나빠져서 대면적 인터포저의 비용이 폭증합니다.
또한 패키징 과정에서 열을 가하면, 플라스틱 같은 유기 소재 기판은 열에 약해서 뒤틀리고, 실리콘은 상대적으로 열에 강해 미세 범프가 뜯어져 버립니다. 열팽창 차이로 실리콘과 플라스틱 기판이 휘어지는 문제가 발생하고, 면적이 넓을수록 이 휘어짐 문제는 더 심각해집니다. 그래서 차세대 AI 반도체 제조를 위해서는 기판을 크게 만드는 것이 필수 과제로 떠오르고 있습니다.
현재 FC-BGA 기판은 더 넓게 만들 수가 없습니다. 고집적화, 고다층화가 진행되면서 제조에 오랜 시간이 걸리고, 여러 겹을 쌓아야 하며, 내부 인터커넥트도 만들어야 합니다. 층수가 급증하면서 초미세 인터커넥트 구현도 어려워지고 있어요. 워피지를 막기 위해 기판을 두껍게 만들면 신호 손실이 생기고, 두꺼울수록 발열 해소 능력도 떨어집니다.
이런 이유로 2028년 이후에는 FC-BGA 기판이 한계에 봉착할 것으로 보이며, 엔비디아 같은 최상위 기업들은 비용을 들여서라도 유리기판을 도입할 것으로 전망됩니다.
유리는 실리콘과 소재가 거의 같아서 열팽창 계수도 거의 같습니다. 그래서 초대형 패키징에서 열을 가해도 실리콘과 유리가 같은 각도로 휘어져 워피지가 거의 발생하지 않습니다. 또한 유리기판은 인터포저 없이 중계 역할을 기판 안에서 독자적으로 처리할 수 있습니다. 현재 병목은 실리콘 인터포저를 넓게 만드는 데 있는데, 이걸 없이 패키징이 가능하다는 건 큰 장점이죠. 대면적 패키징의 비용도 개선되고 생산성도 혁신될 수 있습니다.
또한 유리기판은 미세 배선을 2μm 이하로 구현할 수 있습니다. 플라스틱 기판은 5μm 이하 구현이 어렵죠. 2μm로 구현되면 배선 집도가 몇십 배 올라가고, 데이터 전송 대역폭이 약 10배, 성능이 약 10배 급증할 수 있습니다. 최근 선두권 기업들이 600×600 이상의 거대한 유리코어 기판 시제품을 공개하면서 대면적화가 실제로 진행되고 있습니다.
유리기판은 PLP(패널 레벨 패키징) 등 첨단 패키징 기술과 시너지가 날 수밖에 없습니다. 웨이퍼 레벨 패키지는 원형 웨이퍼에 미세 공정을 하고 패키징 후 패널에 부착하는데, PLP는 처음부터 웨이퍼를 다이싱해서 네모난 칩들을 거대한 패널 위에 부착한 상태에서 패키징을 진행합니다. WLP 대비 생산성이 6~10배 가량 급증하게 되죠. 원형 웨이퍼보다 패널이 훨씬 커서 초대형 폼팩터 위에서 수용력이 높아집니다. 그래서 AI 반도체 대면적화에 PLP가 핵심 기술로 떠오르고 있는 겁니다.
특히 CPU·광반도체 모듈은 AI 반도체 주변에 초소형 광엔진(광트랜시버)을 몇십 개씩 달아야 하기 때문에 기판이 더 커질 수밖에 없습니다. 이를 PLP로 커버해야 하고, PLP를 통해 광학 공정을 자동화할 수 있습니다. 결국 PLP가 아니면 광반도체 기술의 상용화가 어렵습니다.
최근 유리기판 관련주들이 PLP의 중요성과 함께 광통신 수혜주로까지 부각되기 시작했습니다. 광통신 모듈과 유리기판, 웨이퍼 모두 실리카 유리 소재로 일치하기 때문에, 유리기판 내부에 레이저로 굴절률을 제어해서 빛이 데이터를 담고 이동하는 광도파로를 3D로 직접 형성할 수 있습니다. 별도의 광케이블 배선 없이 기판 내부에서 레이저 공정으로 도파로를 구현할 수 있다는 뜻입니다.
반면 플라스틱 기판 위에서는 유리 소재 케이블을 넣어야 해서 구조가 매우 복잡해집니다. 유리기판 안에서는 반도체 기판 내부에서 광통신이 구현되어, 진정한 광CPU가 가능해집니다.
또한 기존 유기 기판은 워피지 때문에 광섬유와 반도체·HBM 간 정렬이 어긋나기 쉬운데, 빛은 조금만 어긋나도 다른 곳으로 새버리므로 나노 단위의 정밀 정렬이 필요합니다. 본딩 과정의 열로 휘어지면 신호 손실이 심각해집니다. 반면 유리기판과 광통신 모듈이 동일 소재로 구성되면 본딩 후에도 나노 단위 광정렬이 유지됩니다. 그래서 유리기판이 CPU 상용화의 핵심 부품으로 부각될 수밖에 없습니다.
이 기술이 가능해지면 전력을 대폭 절감할 수 있고, 구리선 길이를 최소화해 AI 서버와 데이터센터 내 지연과 병목을 줄일 수 있습니다. 모든 컴퓨팅 시스템을 빛으로 연결해 큰 성능 개선을 이룰 수 있다는 점에서 초저지연 구현이 매우 중요합니다. 유리기판과 광통신 PLP 기술이 결합되면서 AI 반도체 혁신이 기대되고 있습니다.
그렇다면 유리기판이나 PLP가 과연 상용화될까요? 현재 TSMC의 2.5D 패키징이 뛰어난 성능을 보이고 있어서 "굳이 필요하냐"는 반론도 있었습니다. 하지만 광통신이 부각되면서 광통신은 이제 필수 기술이 되었습니다. 이를 구현하려면 유리기판과 PLP가 핵심 기술이 되기 때문에, 최근 TSMC나 엔비디아도 상용화 관련 이슈가 잦아지고 있습니다. 이제 유리기판, PLP, 광통신의 결합은 선택 사항이 아니라 필수 기술입니다. 이 부분을 선점하는 기업들이 글로벌 AI 반도체 시장을 휩쓸 수 있을 겁니다. 이렇게 이해하시는 게 중요하겠습니다.
**1. 피옵틱스** 광학 기술 기반의 첨단 제조 솔루션 기업입니다. 반도체, 2차전지, 디스플레이, 태양광 분야에 레이저 가공 장비를 공급하고 있습니다. 최근 자동 광학 검사 장비 기술을 확보해 두 가지를 결합한 토탈 솔루션을 구축했습니다. TGV 레이저 드릴링을 활용해 광반도체 제조 공정, 광도파로 형성에도 참여할 가능성이 높아지고 있어 체크가 필요합니다.
**2. 기가비스** 자동 광학 검사 및 광학 수리 분야의 글로벌 독점 기업입니다. 2μm 이하 초미세 회로 패턴의 검사·수리가 가능한 글로벌 유일 장비사로 알려져 있습니다. 유리기판 검사 장비를 개발 중이며, 글로벌 고객사와 현재 테스트에 돌입한 상황입니다. 광반도체 전환에 따라 검사 난이도가 급등하고, 광정렬 부분을 자동으로 검사할 수 있는 장비가 거의 없어 기가비스가 사실상 유일한 대안으로 부각되면서 기대를 모으고 있습니다.
※ 위 내용은 참고용 정보이며, 특정 종목의 매수·매도를 권유하는 것이 아닙니다. 투자 판단과 책임은 본인에게 있으니 신중히 결정하시기 바랍니다.
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