TRUMPF, AI 칩 세대 통합냉각 기술 공개

AI 반도체의 성능 경쟁이 가속화되면서 발열 문제가 업계의 핵심 과제로 떠오르고 있다. 데이터센터에서 AI 추론·학습에 쓰이는 고성능 칩은 기존 냉각 방식으로는 열 밀도를 감당하기 어려운 수준에 도달했으며, 이에 따라 칩 설계 단계부터 냉각을 통합하는 접근이 주목받고 있다.

독일 정밀 레이저 및 공작기계 전문기업 TRUMPF는 차세대 AI 칩을 위한 통합 냉각(Integrated Chip Cooling) 기술을 공식 발표했다. 이 기술은 반도체 패키지 내부에 미세 냉각 채널을 직접 형성해 열을 즉각 배출하는 구조로, 기존 히트싱크·액체 냉각 방식 대비 열 저항을 대폭 줄인다.

TRUMPF는 초단파 레이저(UKP Laser) 기술을 활용해 칩 기판과 인터포저에 수십 마이크로미터 수준의 정밀 냉각 채널을 가공한다. 이 방식은 기존 에칭 공정 대비 가공 속도와 형상 자유도 면에서 유리하며, 3D 패키징 구조에도 적용 가능하다는 점이 강점으로 꼽힌다.

업계는 이 기술이 특히 AI 가속기, GPU, ASIC 등 고전력 칩이 밀집 배치되는 패키지-온-패키지(PoP) 및 칩렛 아키텍처에 즉각 적용 가능하다고 분석한다. 단위 면적당 소비 전력이 1kW/cm²를 초과하는 최신 AI 칩에서 통합 냉각은 선택이 아닌 필수 조건으로 인식되고 있다.

TRUMPF의 기술 발표는 반도체 패키징 장비 시장의 경쟁 구도 변화를 예고한다. 기존에는 냉각 시스템이 보드·시스템 레벨에서 별도 구성됐으나, 통합 냉각이 패키징 공정 안으로 흡수될 경우 소재·장비·조립 전 공정에 걸친 밸류체인이 재편될 수 있다.

수치 측면에서 TRUMPF 측은 통합 냉각 채널 구조가 기존 외부 냉각 대비 칩 정션 온도를 최대 30% 이상 낮출 수 있다고 밝혔다. 이는 칩 수명 연장과 클록 속도 유지에 직결되며, 데이터센터 운영 비용(TCO) 절감에도 기여할 전망이다.

국내 반도체 패키징 소재·장비 기업들에도 파급 영향이 예상된다. 인터포저용 유리기판 업체와 정밀 가공 장비사들은 통합 냉각 구조 채택 시 기판 소재 및 가공 공정 변경에 대응할 역량을 갖춰야 한다. 특히 유리기판은 열팽창 계수가 낮아 통합 냉각 채널 가공에 적합한 소재로 주목받고 있다.

TSMC, 인텔, 삼성전자 등 주요 파운드리와 패키징 기업들도 냉각 내재화를 차세대 패키징 로드맵의 주요 항목으로 편입하고 있다. TSMC는 CoWoS-L 기판에 유체 냉각 채널을 통합하는 연구를 진행 중이며, 인텔은 Foveros 패키지에서 직접 액체 냉각 구조 적용 실험을 공개한 바 있다.

전문가들은 통합 냉각 기술의 상용화 시점이 2027~2028년께가 될 것으로 전망한다. 현재는 단가와 공정 수율 확보가 관건이며, 대량 양산을 위해서는 냉각 채널 가공 장비와 냉각 유체 소재의 표준화가 선행돼야 한다는 지적이 나온다.

AI 데이터센터 투자 사이클이 2027년까지 지속될 것으로 예측되는 가운데, 통합 냉각 기술은 고부가 패키징 시장의 새 성장축으로 부상할 가능성이 높다. 관련 소재·장비 기업의 선제적 기술 확보 여부가 향후 수주 경쟁력을 좌우할 핵심 변수로 꼽힌다.

시장조사기관 요르단스러운에 따르면 글로벌 반도체 패키징 냉각 시장은 2025년 약 18억 달러에서 2030년 52억 달러로 연평균 24% 이상 성장할 전망이다. TRUMPF와 같은 레이저 정밀 가공 기업들이 이 시장의 핵심 플레이어로 부상할 것으로 분석된다.