유리가 AI 칩의 미래를 바꾼다

칩이 너무 뜨거워졌다

엔비디아 H100 GPU 하나가 내뿜는 열은 최대 700와트다. 전기밥솥 여섯 개를 동시에 켜놓은 수준이다. AI 데이터센터에는 이런 칩이 수만 개씩 빼곡히 들어찬다. 문제는 열만이 아니다. 칩이 달아오르고 식기를 반복하면, 그 아래 깔린 기판이 미세하게 휘기 시작한다. 연결이 틀어지고, 냉각 효율이 떨어지고, 결국 칩이 망가진다.

반도체 업계가 1990년대부터 써온 유리섬유 강화 에폭시 기판의 한계가 AI 시대에 와서야 본격적으로 드러나고 있다. 그리고 그 해답을 업계는 뜻밖의 소재에서 찾고 있다. 수천 년 된 인류의 발명품, 유리다.

왜 하필 유리인가

AMD의 수석 연구원 디팩 쿨카르니는 "AI 작업 부하가 급증하고 패키지 크기가 커지면서 업계는 고성능 컴퓨팅의 궤도를 바꿀 수 있는 물리적 한계에 직면했다"고 말한다. 그가 지목한 핵심 문제가 바로 '휨(warpage)'이다.

유리는 이 문제를 여러 방면에서 해결한다. 우선 열에 강하다. 기존 유기 기판보다 훨씬 안정적으로 온도 변화를 버텨낸다. 인텔의 어드밴스드 패키징 부문 부사장 라훌 마네팔리에 따르면, 유리 기판은 기존 대비 밀리미터당 10배 더 많은 연결부를 만들 수 있다. 이 덕분에 같은 면적에 50% 더 많은 실리콘 칩을 집어넣을 수 있다. 칩이 촘촘해지면 성능은 오르고, 전력 배선이 효율화되면서 소비 전력은 내려간다.

유리의 또 다른 장점은 매끄러움이다. 유기 기판보다 5,000배 더 매끄럽게 만들 수 있어, 금속층을 쌓을 때 생기는 결함을 줄일 수 있다. 나아가 유리는 빛을 전달하는 특성이 있어, 구리 배선 대신 광신호 경로를 기판 자체에 내장할 수 있다. 전력을 많이 소비하는 구리 기반 신호 전달을 광기반으로 대체하면 에너지 효율이 크게 올라간다.

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물론 유리에도 약점이 있다. 두께가 700마이크로미터~1.4밀리미터에 불과해 깨지기 쉽다. 인텔 연구팀은 초기 테스트 단계에서 이틀에 수백 장씩 유리 패널을 깨먹었다. 수년간의 연구 끝에 이제는 안정적으로 유리 패널을 제조하고, 실제로 윈도우 운영체제를 구동하는 칩 패키지 시제품을 만들어내는 수준에 이르렀다.

한국이 이 경쟁의 중심에 있다

이 기술의 상업화를 가장 앞서 이끄는 기업은 한국 기업 SKC의 자회사 Absolics다. 조지아공대와의 협력으로 시작된 이 프로젝트는 미국 정부의 CHIPS for America 프로그램으로부터 1억 7,500만 달러의 보조금을 받았다. Absolics는 미국 조지아주 코빙턴에 공장을 완공했고, 올해부터 본격적인 상업 생산에 돌입할 계획이다. 현재 연간 최대 1만 2,000제곱미터의 유리 패널을 생산할 수 있으며, 이는 엔비디아 H100 GPU 기준으로 200만~300만 개 분량의 기판에 해당한다.

그런데 Absolics만이 아니다. 조지아공대 연구원 이용원은 삼성전자, 삼성전기, LG이노텍 등 국내 대형 제조사들이 지난 1년 사이 유리 패키징 연구와 시험 생산을 "크게 가속화"했다고 전한다. "이 흐름은 유리 기판 생태계가 단일 선도 기업에서 더 넓은 산업 경쟁으로 진화하고 있음을 보여준다"는 게 그의 분석이다.

커넥터와 강화유리를 만들던 JNTC는 2025년 한국에 월 1만 장 규모의 반완성 유리 패널 생산 시설을 구축했다. 2027년에는 베트남에 추가 생산 라인을 열 계획이다. 유리 기판이 단순한 연구 프로젝트를 넘어 공급망 전체를 재편하는 산업으로 자리잡고 있다는 신호다.

시장조사업체 IDTechEx는 반도체용 유리 시장이 2025년 10억 달러에서 2036년 44억 달러로 성장할 것으로 전망한다.

투자자와 산업계가 주목해야 할 이유

이 기술은 단기적으로는 AI 데이터센터용 고성능 칩에 적용되겠지만, 생산 비용이 충분히 낮아지면 노트북이나 스마트폰으로도 확산될 수 있다. 더 적은 전력으로 더 많은 연산을 처리하는 기기, 더 오래 가는 배터리, 더 얇은 폼팩터가 가능해진다는 의미다.

한국 반도체 산업 입장에서 이 경쟁은 양날의 검이다. 삼성전기와 LG이노텍이 빠르게 시장에 진입한다면 새로운 수익원이 될 수 있다. 반면 기존 유기 기판 사업 비중이 높은 기업들은 전환 비용과 기술 격차라는 부담을 안게 된다. 시장조사업체 Yole Group의 빌랄 하체미는 "이번에는 생태계가 더 탄탄하고 넓다"며 과거의 실패한 시도들과 다르다고 강조한다.