40년 삼성 반도체 역사 쓴 정은승 "AI-반도체, 상호 진화…AI 적용 후 생산성 ↑"

삼성 반도체 공정에 'AI 모니터링 모델' 도입…"韓 반도체 발전 위해 정부 지원 필요"

"반도체와 인공지능(AI)은 상호진화하는 관계로, 생산성 극대화를 위해선 AI가 필수적입니다. 반도체가 어떻게 진화하느냐에 따라 AI가 진화될 것이고, AI가 요구하는 방향에 따라 반도체가 진화할 것입니다."

정은승 삼성전자 DS(반도체) 부문 상근고문이 향후 반도체가 AI 산업 발전에 맞춰 패키지와 소프트웨어(SW)가 결합된 융복합 형태로 진화해 나갈 것으로 전망했다. 이 과정에서 삼성전자가 그간 기술 변곡점을 만드는 도전을 꾸준히 해 왔던 만큼, 향후에도 AI 기술 발전에 맞춰 반도체 시장을 이끌어 갈 수 있을 것이라고 자신했다.

정 고문은 13일 오후 2시 서울시 중구 앰배서더 풀만 호텔에서 진행된 'AI의 도전과 인간지성 대응 세미나'에 강연자로 참여해 이처럼 강조했다. 정 고문은 1985년 삼성전자 반도체연구소에 입사해 40년 동안 반도체 분야에서 일한 전문가다. 삼성전자 반도체연구소장과 파운드리사업부 사업부장, DS부문 최고기술책임자(CTO)를 거치며 반도체 사업을 진두지휘한 인물이다.

정은승 삼성전자 고문 (사진=장유미 기자)

이날 '인공지능 어디까지 갈 것인가'를 주제로 발표한 정 고문은 'AI 칩' 시장 강자로 떠오른 엔비디아를 사례로 들며 AI가 ▲AI 컴퓨터 ▲로봇 ▲자율주행 등과 접목해 더 빠르게 진화할 것으로 예측했다. 또 엔비디아의 최신 AI 칩인 '블랙웰'을 소개한 후 AI가 버추얼에서 피지컬 시대로 접어 든 만큼 반도체도 이에 맞춰 진화할 것으로 전망했다. 

정 고문은 "반도체는 AI 시대에 맞춰 앞으로 에코 시스템을 만들어 가야 한다"며 "패블리스(주문생산반도체)는 아키텍처 및 설계를, 반도체 제조사는 웨이퍼 가공, 패키징, 테스트로 이어지는 일련의 과정을 나눠 수행해야 할 것"이라고 말했다.

이어 "더블데이터레이트(DDR)는 고대역폭메모리(HBM)로 전환되고, 공정은 GPU(그래픽처리장치)의 발전에 맞춰 핀펫(FinFET, 4나노 이상), GAA(Gate-All-Around, 3나노 이하) 등으로 진화될 것"이라며 "이에 맞춰 이종 집적으로 고성능, 고용량, 저전력, 소형화를 구현한 어드밴스드 패키지(Adv PKG)가 결합되면서 고객이 원하는 가치를 구현할 수 있어야 한다"고 강조했다.

이날 정 고문은 삼성전자가 이미 AI를 반도체 생산 과정에 도입해 생산성을 높이고 있다고도 설명했다. 공장 1개를 건설할 경우 30조~40조원이 투입되는 반도체 산업에서 개발 제품을 완벽하게 양산하고 생산 효율을 극대화하기 위해선 AI가 필수라고 강조했다.

정 고문은 "칩 복잡도 증가에 따라 반도체 설계 및 생산 설비 신축 비용은 크게 증가한다"며 "반도체 수율은 파티클(미세이물질) 개수에 반비례하고, 수익에 영향을 준다는 점에서 철저한 관리가 필요하다"고 말했다. 

이어 "파티클이나 잘못된 공정조건의 원인을 찾는 방법으로 그동안 학습을 통해 패턴을 찾거나, 빅데이터를 활용하는 수준에서 AI의 등장 이후 진화하기 시작했다"며 "삼성전자도 최근 빅데이터 등으로도 해결이 안된다고 보고 AI를 도입했다"고 설명했다.

정 고문에 따르면 삼성전자는 설비, 계측, 생산, EDS 테스트(완성 칩 양·불량 테스트 데이터) 등 대부분의 반도체 공정에 AI를 적용시켰다. 센서, 계측, 설비 로그, 보관기간 증가 등에 따른 생산 라인이 2배 증가할 때 반도체 데이터가 10배씩 증가하자, 이를 감당하기 어려워진 탓이다.

이에 삼성전자는 3~6개월가량 소요되는 1천 개 이상의 생산 과정에 'AI 모니터링 모델'을 도입해 품질 이슈 조기 탐지로 운영 비용 절감 및 열화 웨이퍼 수량을 최소화 할 수 있었다. 또 이전 데이터로 AI 모델을 훈련, 개선시켜 공정 최적화도 실현시켰다.

정 고문은 "제조 공정의 디지털 트윈 구축을 통해 수율 예측, 불량 원인을 확인하는 데도 AI를 적용하고 있다"며 "그 결과 개발 사이클 및 수율 램프업(가동률 향상) 가속화를 이룰 수 있었다"고 밝혔다.

 

그러면서 "AI의 발전은 인간의 두뇌를 모방한 반도체 없이는 불가능하다"며 "그동안 사업·기술 변곡점에 편승하는 것이 아닌 변곡점을 만들어 가며 진화하는 반도체를 선보인 삼성전자가 4차 산업 혁명 속에 필요한 메모리, 시스템 LSI, 파운드리, 패키지를 한 곳에서 만드는 종합 반도체 회사로 발전해 왔던 만큼 향후 시장을 이끌 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

또 그는 "반도체가 HBM을 개발하지 못했다면 AI도 현재의 모습으로 발전할 수 없었을 것"이라면서도 "미국, 중국 등이 적극적으로 AI 시장에서 경쟁을 벌이는 상황에서 국내 반도체 산업이 더 발전하기 위해선 정부의 적극적인 지원이 반드시 필요하다"고 강조했다.