엔비디아, 소재 시뮬레이션 툴 '큐포텐셜' 공개…GPU 대비 3배 속도

엔비디아가 반도체 소재 설계 및 공정 최적화를 위한 물성 시뮬레이션 가속 소프트웨어 '큐포텐셜(cuPotential)'을 처음 공개했다. 전자신문 보도(2026년 10월 14일)에 따르면, 이 툴은 원자 단위 소재 거동을 계산하는 포텐셜 에너지 연산에 GPU를 집중 활용해 기존 CPU 방식 대비 3배 빠른 처리 속도를 달성한다.

반도체 소재 시뮬레이션은 새로운 절연막·도전막·포토레지스트 후보 물질을 실험실에서 합성하기 전에 컴퓨터로 먼저 물성을 예측하는 핵심 전(前)공정이다. 계산 속도가 빠를수록 후보 소재를 더 많이, 더 빠르게 평가할 수 있어 소재 개발 사이클 단축으로 직결된다.

기존 소재 시뮬레이션은 밀도범함수이론(DFT)이나 분자동역학(MD) 기법을 CPU 클러스터에서 돌리는 방식이 일반적이었다. 계산 노드 수를 늘려 속도를 높이는 방법은 인프라 비용이 급격히 증가하는 한계가 있었다.

큐포텐셜은 엔비디아 CUDA 아키텍처에 최적화된 포텐셜 에너지 계산 커널을 탑재해, 단일 고성능 GPU 서버에서도 대규모 원자계 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 설계됐다. 특히 머신러닝 기반 포텐셜(MLP) 연산을 GPU에서 직접 처리하는 점이 속도 향상의 핵심으로 알려졌다.

반도체 소재 업계에서는 차세대 게이트 절연막(High-k), 구리 확산 방지막, EUV용 포토레지스트 등 개발 난도가 높아지는 소재군에 이 같은 가속 시뮬레이션 툴의 수요가 커지고 있다. 소재 합성→평가→공정 검증까지 수개월씩 걸리던 사이클을 수주로 단축하는 것이 업계 공통 과제다.

국내 반도체 소재 기업들도 자체 계산 인프라 또는 클라우드 기반 시뮬레이션 플랫폼을 도입하는 추세다. 한솔케미칼·이엔에프테크놀로지·동진쎄미켐 등 소재 전문사들은 신소재 개발 리드타임 단축을 경쟁력 확보의 핵심 변수로 꼽고 있다.

EE타임스(2026년 10월 14일) 보도에 따르면, ASM인터내셔널은 3D 구조 반도체 소자가 복잡해질수록 원자층 증착(ALD)·원자층 식각(ALE) 등 원자 수준 공정을 뒷받침하는 소재 혁신이 불가피하다고 밝혔다. 소재 시뮬레이션 가속 툴의 필요성은 3D 스케일링 추세와 맞물려 더욱 부각된다.

반도체 제조 장비사와 소재사 간 협업 모델도 변화하고 있다. 장비 업체가 공정 레시피에 최적화된 소재 물성 데이터베이스를 직접 제공하거나, 소재 기업이 장비사의 시뮬레이션 환경에 자사 소재 파라미터를 선제적으로 등록하는 방식이 확산되고 있다.

엔비디아는 큐포텐셜을 자사 AI 슈퍼컴퓨팅 플랫폼 'DGX'와 연계해 반도체·배터리·의약품 등 소재 집약 산업 전반으로 확장할 계획이다. 이는 엔비디아가 GPU 칩 판매를 넘어 소재·설계 소프트웨어 생태계로 사업 범위를 넓히려는 전략의 일환으로 해석된다.

국내 산업 파급 측면에서는 소재 시뮬레이션 가속 인프라를 갖춘 기업과 그렇지 않은 기업 사이의 개발 속도 격차가 벌어질 수 있다. 정부 출연연구소(KIST, ETRI 등)와 대학이 공용 GPU 클러스터를 활용한 소재 연산 서비스를 중소 소재 기업에 개방하는 인프라 정책이 병행될 필요성이 제기된다.

향후 큐포텐셜이 오픈소스 또는 상용 라이선스 형태로 배포될 경우, 국내 소재 팹리스·스타트업도 고가의 전용 시뮬레이션 소프트웨어 없이 소재 개발 경쟁에 진입할 수 있는 문턱이 낮아질 전망이다. 소재 시뮬레이션의 민주화가 소부장 생태계 저변 확대로 이어질지 주목된다.