‘2023년 4차산업 기술 트렌드 10가지 동향’(上)

[디지털비즈온 이호선 기자] 한국정부는 기술패권경쟁 및 첨단산업 육성경쟁에 대응하기 위해 반도체 등 3개 산업의 15개 국가첨단전략기술 분야를 선정했다.

산업별로는 반도체 분야가 8개(메모리 4개, 비메모리 3개, 패키징 1개)로, 디스플레이 분야에서 ‘아몰레드(AMOLED) 패널 설계·제조·공정·구동 기술’ 등 4개, 2차전지 분야에선 ‘고에너지밀도 리튬 이차전지 설계·공정·제조·평가 기술’ 등 이었다.

이처럼 국가첨단전략기술은, 세계경제 흐름과 일치하는 것으로 나타났다. 시장 조사 기관인 트렌드포스(TrendForce)는 2023년에 기술 산업의 다양한 부문에서 발생할 것으로 예상되는 10가지 주요 트렌드를 발표했다.

주요 트렌드중 일부는 한국의 미래 시장을 예측하듯 동일하여, 트렌드포스의 자료를 참조하여 4차산업의 기술 트렌드를 정리해본다.

◇삼성 2세대 3nm 공정 집중 / TSMC 3nm 제품 2023년 출시 예정

자료에서는 TSMC와 삼성의 반도체 내용을 다루었다. “순수 파운드리 공정은 16nm 노드에서 시작하여 평면 트랜지스터에서 FinFET 세대로 전환되었다. 7nm 공정의 개발과 EUV 리소그래피 기술의 도입 이후 FinFET 구조는 3nm 노드에서 물리적 한계에 직면했다.” 고 소개했다.

TSMC는 “2H22에 양산되는 3nm 제품에 FinFET 구조를 계속 활용하고 있으며, 이는 2023년 상반기에 공식 출시될 예정이며, 양산 규모는 분기별로 증가한다. 2023년에는 TSMC 3nm 제품에 PC CPU와 스마트폰 SoC가 포함된다.” 고 말했다.

삼성은 “3nm에서 GAAFET 기반 MBCFET 아키텍처(Multi-Bridge Channel Field-Effect Transistor)를 도입하기 시작했으며, 이 프로세스는 2022년에 양산을 시작할 예정이다. 1세대 제품은 암호화폐 마이닝 칩으로 2023년 삼성은 스마트폰 SoC 양산을 목표로 2세대 3nm 공정에 집중할 것”으로 예측했다.

28nm 이상의 성숙한 공정의 경우 파운드리는 특수 공정의 다양화 개발에 중점을 두고 있으며 논리 공정에서 HV(고전압), 아날로그, 혼합 신호, eNVM, BCD 및 RF를 포함한 기술 플랫폼을 개발하고 있다.

스마트폰, 가전, 고성능 컴퓨팅, 자동차, 산업용 컴퓨팅 분야에서 요구되는 전력관리 IC, 드라이버 IC, 마이크로컨트롤러(MCU), RF(Radio Frequency) 등 주변기기 IC를 전문적으로 생산하는 데 사용된다.

5G 통신, 고성능 컴퓨팅, 신에너지 차량 및 자동차 전자 제품이 특수 반도체 부품 소비의 증가 추세를 주도함에 따라 이러한 애플리케이션이 다양한 분야에서 요구되는 특수 목적을 달성하기 위해 다양한 전문 프로세스의 지원에 의존하는 것이 필수적으로 내다봤다.

◇자동차 분야, 3세대 반도체 증가

자료에서는 자동차 반도체에 대해 다루었다. 기존의 “자동차 칩 공급업체인 IDM은 다양한 ECU에 대한 상당히 완전한 선택을 제공하며 기존의 분산 아키텍처에서 DCU(Domain Control Unit) 및 ZCU(Zone Control Unit) 아키텍처로 점진적으로 발전했다.”고 소개했다.

반면 Fabless는 차량용 고성능 컴퓨팅 분야에 계속 집중하고 있으며 자율주행 컴퓨팅을 위한 차량용 텔레매틱스 시스템 및 SoC를 개발하고 있다. 자동차 기능의 복잡성으로 인해 32비트 MCU 유형 ECU가 시장의 주류 사양이 되었다.

자료에서는, 2023년에는 보급률이 60%를 넘어 시장 가치가 7달러에 달할 것으로 예상했다. 40억 달러이며 28nm(포함) 미만의 공정으로 발전할 것으로 전망했다.

또한 “자율주행차는 고성능 컴퓨팅 AI SoC를 필요로 하며 컴퓨팅 성능이 1,000 TOPS에 달하는 5nm(포함) 미만의 고급 프로세스로 계속 발전하고 있으며 MCU와 함께 이러한 제품은 글로벌 자동차 산업의 업그레이드를 가속화 될것이다.” 고 소개했다.

800V 자동차 전기 구동 시스템, 고전압 DC 충전 파일 및 고효율 녹색 데이터 센터의 급속한 상승으로 SiC 및 GaN 전원 구성 요소는 급속한 발전 단계에 진입했다.

트랜스포스는 “2022년부터 2026년까지 SiC 및 GaN 전력 장치 시장의 연간 복합 성장률이 각각 35% 및 61%에 이를 것”으로 예측했다.

전기 자동차의 급속 충전 및 더 나은 동적 성능에 대한 요구가 더욱 중요해짐에 따라 2023년을 앞두고 추가 자동차 회사에서 메인 인버터에 SiC 기술을 도입할 것으로 예상되며 그 중 고신뢰성, 고성능, 저비용 SiC MOSFET이 경쟁력이라 했다.

GaN은 저전력 소비자 전자 제품 애플리케이션을 위한 레드오션 시장에 진입했으며 삼성은 2022년 첫 45W GaN 고속 충전기를 출시하여 시장의 열정을 다시 한 번 높였다.

기술과 공급망이 계속해서 성숙해지고 비용이 감소함에 따라 GaN 전력 구성 요소는 중전력 및 고전력 에너지 저장 장치, 데이터 센터, 가정용 마이크로 인버터, 통신 기지국 및 자동차로 확장되고 있다.

트랜스포스는, EU의 엄격한 에너지 효율성 요구 사항과 중국의 동서 데이터 센터 계획을 배경으로 데이터 센터 전원 공급 장치 및 서버 제조업체는 GaN 기술의 중요성을 분명히 이해하고 있습니다. GaN 전력 부품은 2023년에 대규모로 출시될 것으로 예상하고있다.

◇DRAM 세대 형성과 200+ 레이어 NAND 플래시 개발

자료에서는, DRAM의 경우, 대유행으로 가속화되는 기업의 디지털 변환과 함께 서버 출하가 데이터 센터에 더 집중했을 뿐만 아니라 새로운 유형의 메모리 모듈, 특히 CXL 사양 기반 모듈을 통합할 수 있었다고 했다.

2023년에는 Intel Sapphire Rapids 및 AMD Genoa와 같은 서버 CPU가 CXL 1.0을 지원할 뿐만 아니라 DRAM 모듈도 DDR5를 사용할 것으로 전망했다.

또한 AI 및 ML(머신 러닝) 작업을 효과적으로 실행하기 위해 특정 서버 GPU는 차세대 HBM3 사양을 도입합니다. 따라서 메모리 제조사들과 수많은 xPU 제공자들이 계획하고 있는 가운데, NAND 플래시의 경우 2023년에는 적층 레이어 수가 가속화될 것이며 4개의 공급업체가 200+ 레이어 기술로 이동할 것으로 예상된다.

자료에서는 “SSD 전송 인터페이스 측면에서 2023년 Intel Sapphire Rapids 및 AMD Genoa의 대량 생산과 함께 엔터프라이즈 SSD는 PCIe 5.0 전송을 지원하도록 추가로 업그레이드되어 고속 컴퓨팅 요구에 활용될 수 있도록 전송 속도 매니폴드를 32GT/s로 증가시킬 것이다.” 고 예측했다.