보도자료

2022년 하반기 챗GPT의 등장으로 인공지능(AI) 서비스 구현을 위한 핵심으로 AI반도체에 대한 관심이 폭발적이다.

그 중심에는 GPU로 알려져 있는 AI반도체를 세계에서 가장 잘 구현하고 있는 엔비디아가 있다. 엔비디아 GPU는 당초 그래픽 처리에 활용하기 위해 개발됐다. 직렬 처리 방식을 이용하는 CPU와 달리 병렬 처리 방식으로 여러 개 연산을 동시에 처리할 수 있다.

최근 AI 연산용으로 GPU를 많이 사용하는 이유는 그래픽 처리와 AI 연산이 비슷한 방법으로 이뤄지기 때문이다. 쉽게 표현하자면 CPU는 아주 어려운 연산을 빨리 풀어내는 데 장점이 있는 반면 GPU는 CPU보다는 덜 똑똑하지만 단순한 정보를 동시에, 빠르게 연산하는 데 특장점이 있다.

이것이 엔비디아가 AI 시장에서 대체불가 최강자로 떠오르게 된 결정적 이유다.

◇메모리 반도체, AI 반도체 수호천사가 되다.

챗GPT 등 생성형 AI는 대량의 데이터를 학습하고 이를 통해 추론한 결과를 도출한다. 생성형 AI 서비스를 위해서는 두가지 기능이 필요하다. 데이터 학습과 추론을 위한 '연산' 기능과 연산에 필요한 대규모 데이터 저장 및 처리를 포함한 데이터 '조달' 기능이다.

이 두 가지 기능을 얼마만큼 빠르고 효과적으로 처리하느냐가 AI 모델의 성능을 결정하는 요인이다. 초거대 AI의 등장으로 대량의 데이터 조달이 시스템 성능에 핵심 요소로 작용하며 메모리 반도체 중요성이 높아지고 있는 것이다.

메모리 반도체는 PC, 서버 등에 보편적으로 사용되는 범용 D램인 DDR과 모바일 기기 수요 중심의 저전력 D램(Low Power DDR)이 주류 제품으로 기존 시장을 양분하고 있었다.

최근 AI 연산 증가로 인해 병렬처리에 강한 특성을 갖지만 전력소모가 많은 GDDR(그래픽스 DDR)과 고대역폭 메모리로 고성능·병렬 연산에 최적화돼 있는 HBM이 시장에 등장해 시장점유율을 확대해 나가고 있다.

그럼 기존 메모리와 HBM은 어떤 차이점이 있을까? 우선 메모리 성능을 보여주는 지표로는 용량(저장할 수 있는 데이터 크기)과 대역폭(데이터를 전송할 수 있는 전송 통로 수) 등이 주요 성능 지표로 활용된다.

D램 용량은 2기가바이트(GB), 대역폭은 32비트(bit) 수준으로, 정보 이동 통로인 핀 개수가 32개로 제한적이어서 병목현상이 발생하는 문제점을 안고 있었다.

이런 문제를 해결하기 위해 D램 여러 개를 수직으로 연결해 기존 D램보다 데이터 처리속도를 대폭 개선한 메모리가 HBM이다.

HBM은 평면에 2개 이상 D램 칩을 구성한 후 이를 TSV(Through Silicon Via) 공정을 통해 쌓아가는 방식으로 기존 32bit 전송 통로를 1024bit로 증가시킨 메모리 반도체다.

차세대 디스플레이로 떠오른 마이크로 발광다이오드(LED) 패널 시장이 애플워치 탑재를 공식화한 애플까지 뛰어들면서 올해부터 급성장세에 진입할 것으로 전망되고 있다. 특히 TV와 웨어러블 기기를 중심으로 마이크로 LED 패널 수요가 늘어나면서 삼성과 LG 등 국내 디스플레이업계도 신시장 선점과 동시에 초격차 기술을 앞세워 수율(양품 비율) 제고와 원가절감 등에 발 빠르게 나서고 있다.

■애플 참전에 연평균 136% 성장

13일 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올해 2700만달러(약 359억원)으로 추정되는 마이크로 LED 패널 시장 규모는 2027년 5억8000만달러(약 7725억6000만원) 규모로 급성장할 전망이다. 트렌드포스는 2022~2027년까지 마이크로 LED 패널 시장이 연평균 136%의 높은 성장률을 보일 것으로 추정했다.

특히, 관련 업계에서는 애플의 참전으로 마이크로 LED 패널 시장이 빠르게 팽창할 것으로 보고 있다. 애플은 최근 10년간 마이크로LED 분야에 10억달러(약 1조3000억원) 이상을 투자했다. 애플은 2026년 애플워치 시리즈 중 최상위 모델인 울트라 모델에 마이크로 LED를 가장 먼저 채택한 후 아이폰과 비전프로 등 전 품목으로 확대할 계획이다.

마이크로 LED 디스플레이는 100마이크로미터(㎛=100만분의 1m) 이하의 LED 소자를 사용한 패널로, 유기발광다이오드(OLED)처럼 스스로 빛을 내는 자발광 특성을 갖고 있다. OLED와 달리 무기물 소재를 사용해 OLED의 최대 약점인 번인(빛 번짐)없이 10만 시간 이상 사용이 가능하다는 장점이 있다. 또 LED 소자를 기판에 이어 붙이는 방식이라 기존 디스플레이 대비 대형 패널 구현에도 더 적합하다. 다만 마이크로 LED 패널은 웨이퍼 위에서 만든 뒤 디스플레이 패널로 옮겨 붙이는 고난도의 '전사 기술'이 요구돼 양산까지 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있다.

■웨어러블 기기·TV가 판 키운다

업계에서는 스마트워치 등 웨어러블 기기와 TV를 중심으로 마이크로 LED 패널 시장이 대중화될 것으로 보고 있다.

LG디스플레이는 지난 6월에는 대만 울트라디스플레이(UDT)로부터 마이크로 LED 관련 미국 특허 14건을 매입해 기술력 강화에 나섰다.

삼성전자와 LG전자는 마이크로 LED 사업의 핵심 시장으로 TV를 낙점했다. 양사는 글로벌 TV 수요가 부진한 가운데 초고가인 마이크로 LED TV를 통해 수익성을 개선하고 프리미엄 TV 시장을 선도하겠다는 전략이다.

삼성전자는 지난달 89인치 마이크로 LED TV를 국내에 출시했다. 해당 제품은 4월에 중국에서 먼저 선을 보인 제품으로 1억3000만원의 출고가로 이목을 끌었다. 삼성전자 관계자는 "89인치 모델을 시작으로 76·101·114인치까지 마이크로LED 라인업을 확대해 소비자의 초프리미엄TV 선택지를 넓힐 것"이라고 밝혔다.LG전자는 지난해 말 북미 시장에 첫 선을 보인 마이크로 LED TV를 글로벌 전역으로 확대 중이다. 136형 마이크로 LED 'LG 매그니트'는 기업용 사이니지 제품이지만 TV 운용체제 '웹OS'를 탑재하면 가정용 TV로도 쓸 수 있다.

업계 관계자는 "현재 마이크로 LED는 상용화 초기 단계"라면서 "OLED마저 중국 업체들에 쫓기고 있는 국내 디스플레이업계가 높은 기술력을 바탕으로 향후 안정적 수율과 원가절감 등을 이뤄내 압도적인 점유율을 보일 수 있는 분야"라고 말했다.

애플이 내년 1분기 XR(혼합현실) 디바이스 ‘비전 프로’를 전 세계에 출시하면서 XR 시장의 성장이 본격화할 것으로 전망되는 가운데 국내 디스플레이 기업들이 집중적인 수혜를 받을 전망이다. 특히 비전 프로의 경우 생산원가의 약 50%를 차지할 정도로 디스플레이 부품 단가가 높아 해당 기술을 보유한 삼성디스플레이와 LG디스플레이의 새로운 성장 엔진이 될 것이라는 분석도 나온다.

11일 업계와 시장조사업체 F&S 등에 따르면 애플 비전 프로에 탑재되는 최첨단 디스플레이패널 마이크로 OLED의 부품원가 비중이 전체 생산단가의 50%, 판가의 20% 수준을 차지할 것으로 분석된다. 비전 프로와 같은 XR 기기는 스마트폰과 달리 눈과 디스플레이 패널의 거리가 가깝기 때문에 높은 화소 밀도를 갖춰야 기기의 몰입감을 높일 수 있다.

XR산업은 스마트폰 시장의 포화, TV 시장의 정체를 극복할 수 있는 블루오션으로 떠올랐다. 특히 애플, 메타 등 세계적인 IT 기업들의 출사표로 시장 태동이 빨라지고 있는 상황이다. 미국 경영컨설팅 회사인 맥킨지는 XR산업의 경제 가치가 2030년 4조~5조 달러에 이를 것으로 전망했다.

다만 현재 XR의 기기의 핵심 부품인 마이크로 OLED 디스플레이 패널을 생산할 수 있는 기업은 제한적이다. 국내에서는 삼성디스플레이, LG디스플레이가 주요 공급업체가 될 전망이며 일본 소니도 유력한 경쟁자다. 중국 BOE 등은 기술력 부족으로 초기 시장에는 참여할 수 없을 것이라는 게 국내 증권가 분석이다.

마이크로 OLED는 기존 유리 기판으로 제작되는 OLED와 달리 실리콘 기판에 제작된다. 디스플레이 중에서는 최고 수준의 해상도와 휘도를 구현할 수 있어 XR 기기에 가장 적합하다. 마이크로OLED는 실리콘 기판에서 제작돼 올레도스(OLEDoS·OLED on Silicon)로도 불린다.

현재까지는 지난 2011년부터 마이크로 OLED를 개발해온 소니의 초기 시장 선점이 예상돼 왔지만, 업계에서는 수율(생산품 대비 양품 비율) 측면에서 소니에 대한 의구심이 커지고 있다. 일각에서는 소니가 생산할 수 있는 마이크로 OLED 패널 생산능력이 연간 40만대 수준으로, 수요에 비해 턱없이 부족하다는 분석도 나온다.

이에 국내 디스플레이 기업들의 행보도 빨라지고 있다. 앞서 삼성디스플레이는 지난 5월 미국의 마이크로 OLED(유기발광다이오드) 기업인 ‘이매진(eMagin)’을 2억 1800만 달러(약 2850억 원)에 인수하며 관련 기술 확보에 속도를 내고 있다. 삼성디스플레이는 내년 중 마이크로 OLED 본격 양산에 돌입한다는 방침이다.

LG디스플레이의 경우 이미 마이크로OLED 생산력과 수율을 이미 안정적으로 확보한 상태로 알려졌다. 마이크로 OLED를 3년 전부터 시험 생산하며 양산 기술력(2020년 4K 이상 해상도 구현 3500ppi)을 이미 확보했다는 설명이다. 김동원 KB증권 연구원은 “LG디스플레이는 (마이크로 OLED 기술에서) 소니 대비 경쟁 우위를 확보한 것으로 평가돼 향후 고성장의 기회가 열려있다”고 설명했다.

[디지털데일리 김도현 기자] SKC의 신규 사업 아이템인 반도체 기판이 내년부터 성과를 낼 전망이다. 기존 제품들과 다른 소재를 활용해 ‘게임 체인저’로 거듭나겠다는 심산이다. 인텔 등 잠재적인 글로벌 고객들이 관심을 나타내고 있는 점은 고무적이다.

12일 SKC에 따르면 글라스 기판사업 투자사 앱솔릭스가 미국 조지아주 코빙턴에 설립 중인 공장은 약 75% 진행됐다. 오는 10월부터 설비가 투입되고 연내 완공할 예정이다. 초기 생산능력은 연산 1만2000제곱미터(㎡)다. 향후 7만2000㎡까지 확대할 방침이다.

반도체 기판은 인쇄회로기판(PCB)이라 부르는 부품이다. 전자기기 내부에서 볼 수 있는 녹색 판으로 반도체 패키징 공정에서 활용된다. 쉽게 말해 반도체와 완제품 간 연결 및 지지대 역할을 한다.

통상 PCB는 플라스틱 기반이다. 플라스틱은 고르지 못한 표면이 문제다. 이에 실리콘은 중간기판(인터포저)으로 도입했다. 다만 패키지가 두꺼워지면서 모바일 용도로 활용하기 애매해진다. 칩과 PCB 사이 거리가 확장돼 전력 소모량이 늘어나는 등 이슈가 생기기 때문이다.

앱솔릭스는 유리(글라스)를 원재료로 쓴다. 표면이 매끄럽고 사각 패널을 대면적으로 만들 수 있다는 장점이 있다. 반도체 패키징 미세화와 대형화 추세에 대응 가능한 제품이다. 기판 표면에 설치해야 했던 적층세라믹콘덴서(MLCC)를 기판 내부에 넣고 표면에 더 큰 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU)를 장착하고 더 많은 메모리를 넣을 수도 있다. 글라스의 단단한 특성상 일반 기판에서 자주 나타나는 휨(Warpage) 현상도 최소화할 수 있다.

자동차 시장이 디스플레이 업계 미래 먹거리로 급부상했다. 완성차 기업의 적극적인 차량 내 닫기유기발광다이오드 (OLED : Organic Light Emitting Diodes): 전기에 자극 받아 빛을 내는 물질상세보기▶유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 탑재 행보 때문이다. 스마트폰과 TV 등 전통적 디스플레이 수요 시장 대비 높은 성장세가 주목된다. 액정표시장치(LCD) 시장을 중국에 내준 한국 디스플레이 업계가 차량용 디스플레이로 신성장 동력을 확보할 것으로 기대된다.

OLED 채택이 가시화된 곳은 현대자동차그룹, 벤츠, 포르쉐, 테슬라, 아우디, 페라리 등이다. 기존 차량용 디스플레이는 LCD가 대세였지만 완성차 업체들은 디자인과 인포테인먼트에서 경쟁 우위를 확보하기 위해 미래차를 대상으로 OLED 적용을 공통적으로 추진하고 있다.

OLED는 LCD 대비 뛰어난 화질을 자랑한다. 휘어지거나 구부릴 수 있어 디자인 측면에서도 강점을 보인다. 전력 효율도 좋아 자동차 전동화와 전기차 시장에 대응하기 적합하다는 것이 중론이다. 많은 완성차 업체가 앞다퉈 OLED 패널을 차량에 적용하는 배경이다. LCD 대비 짧은 수명이 문제였지만 삼성디스플레이와 LG디스플레이 등 국내 기업은 '투스택 탠덤'과 같은 기술로 이를 극복했다. 투스택 탠덤은 발광층을 2개 쌓아 화면 밝기는 2배, 수명은 4배 확대하는 기술이다.

자동차 디스플레이 시장에서 OLED 침투율이 빨라지면서 시장은 빠른 성장을 예고하고 있다. 시장조사업체 옴디아에 따르면, 올해 OLED 차량용 디스플레이 출하량은 총 148만장으로 2027년에는 917만1000장으로 크게 늘어날 전망이다. 4년만에 시장이 6배 이상 커지는 셈이다. 같은 기간 동안 4%와 13% 연평균 성장률이 예상되는 OLED 스마트폰이나 TV 패널 시장 대비 성장세가 가파르다.