급성장하는 인텔 EMIB 패키징…실리콘 캐패시터도 뜬다

구글 등 차세대 AI칩에 EMIB-T 적용…실리콘 커패시터 대량 채용

실리콘 커패시터(Silicon Capacitors)가 AI 반도체 분야에서 폭발적인 성장세를 나타낼 전망이다. 인텔이 자체 2.5D 패키징 기술인 'EMIB'의 성능 강화를 위해, 내년부터 실리콘 커패시터를 대량 채용할 예정인 것으로 파악됐다.

가장 가시화된 수요처는 구글이다. 구글은 내년 하반기 차세대 AI가속기 'v8e'를 출시할 예정으로, 해당 칩에 실리콘 커패시터가 내장된 EMIB 기판을 채택했다. 아마존 등 또다른 빅테크 기업들도 현재 EMIB 적용하고 있는 만큼, 수요가 급격하게 증가할 수 있다는 평가가 나온다.

27일 업계에 따르면 인텔은 내년부터 자사 2.5D 패키징 기술에 실리콘 커패시터를 적용할 예정이다.

인텔의 2.5D 패키징 기술인 EMIB-T의 개념도(사진=인텔)

인텔, 2.5D 패키징에 '실리콘 커패시터' 채택…구글 AI칩 선제 적용

2.5D는 반도체와 기판 사이에 얇은 막 형태의 인터포저를 삽입하는 첨단 패키징 기술이다. 기판만을 사용하는 기존 패키징 대비 회로를 더 밀도있게 연결할 수 있어, AI·HPC 분야에서 수요가 증가하는 추세다.

인텔은 2.5D 패키징에서 비용 효율성을 높이기 위해 EMIB라는 자체 기술을 고안해냈다. EMIB는 넓게 펼쳐진 인터포저 대신 소형 실리콘 브릿지로 칩과 칩을 연결한다. 칩 간 연결이 필요한 부분에만 브릿지를 배치하면 되기 때문에 더 유연하고 효율적으로 칩을 배치할 수 있다.

최근 EMIB는 기존 2.5D 패키징 시장을 주도하던 TSMC의 대안으로 주목받고 있다. TSMC의 2.5D 패키징 생산능력이 AI 산업의 급격한 발달로 공급부족 현상에 시달리고 있기 때문이다.

실제로 글로벌 빅테크인 구글도 EMIB에 주목하고 있다. 구글은 내년 하반기 출시할 예정인 자체 AI 반도체 'v8e'에 EMIB를 채용하기로 했다. 칩 양산은 TSMC가, 설계 및 제조 지원은 미디어텍, 패키징은 인텔이 담당하는 구조다.

다만 EMIB는 전력 소모가 큰 AI 반도체에서 안정적인 전력 공급에 점차 한계를 보이고 있다는 지적이 제기돼 왔다. 이에 인텔은 v8e의 안정적인 패키징을 위해 실리콘 커패시터, 실리콘관통전극(TSV) 등의 신기술을 도입할 계획이다.

커패시터는 전자회로에서 전기를 저장하고 방출하는 역할을 하는 부품이다. 실리콘 커패시터의 경우, 기존 적층세라믹커패시터(MLCC) 대비 저항(ESL/ESR)이 100배 이상 낮아 고성능 반도체에서 발생하는 신호 손실을 최소화한다. 또한 실리콘 웨이퍼 기반 초박형 구조로 설계해 고밀도 집적화가 가능하다.

반도체 업계 관계자는 "AI칩 내 고주파 영역에서 발생하는 전압강하(전압이 감소하는 현상)은 MLCC로는 해결이 어렵기 때문에, 인텔이 이에 대한 해결책으로 실리콘 커패시터를 채용하는 것으로 안다"며 "현재 관련 공급망이 구성돼 내년에 본격적으로 양산될 예정"이라고 설명했다.

응용처별로 다변화된 실리콘 커패시터 제품군(사진=무라타)

EMIB-T, 이미 성장 궤도…관련 생태계·시장 함께 커진다

또한 인텔은 실리콘 브릿지에 전력 전송 통로 역할을 담당하는 TSV를 삽입했다. TSV로 기판과 칩 사이의 전력 전달 경로를 단축함으로써, 전력 효율 및 신호 무결성을 개선한 것이 핵심이다. 인텔은 이를 'EMIB-T'라고 부른다.

업계는 EMIB-T 및 실리콘 커패시터 시장이 빠르게 성장할 것으로 예상하고 있다.

EMIB-T용 반도체 기판을 양산하는 주요 기업 중 하나인 일본 이비덴이 설비투자를 적극 진행하고 있어서다.

앞서 이비덴은 기후현 가마 공장을 인텔 CPU용 기판 공장으로 구축하고자 계획해 왔다. 그러나 해당 일정을 연기하고, 올 상반기 가마 공장을 인텔 EMIB-T용 기판 양산 라인으로 공식 전환하기로 했다. 투자 규모는 2200억엔(한화 약 2조1000억원)이다.

이비덴은 최근 실적발표를 통해 "가마 공장의 가동은 2027년부터 시작돼, 2028년 본격적으로 양산에 접어들 예정"이라며 "EMIB-T용 기판 생산능력은 현재 수요 대비 매우 부족한 상황이다. 다만 생산능력을 더 추가하는 것이 상당히 어려워 고객들과 방안을 논의 중"이라고 밝혔다.

반도체 업계 관계자는 "이비덴의 EMIB-T 전용 라인은 구글, 아마존, 인텔 등 고객사로부터 대부분의 투자를 받아 지어지는 구조"라며 "그만큼 향후 EMIB-T 기반의 AI 반도체가 크게 늘어날 것임을 증명하는 것으로, 실리콘 커패시터도 함꼐 확대될 가능성이 있다"고 설명했다.

---

◇ 용어설명 : 실리콘 커패시터(Silicon Capacitor)는 Silicon 위에 유전체/내부전극을 Stack하여 Capacitor를 형성한 제품입니다. 웨이퍼 그라인딩(Wafer Grinding)을 통해 두께 100㎛ 이하로 박막화가 가능하여, 패키지에서 두께의 제약 없이 적용이 가능합니다. 또한 Low ESL로 전원의 안정화에 유리하고, 전압과 온도변화에 높은 안정성을 가지고 있습니다. (출처=삼성전기)