전자 관련 산업 시장의 급속한 확장 및 이동형 제품의 수요 증가로 인해 고속, 고성능, 고집적의 IT컨버전스 제품에 대한 수요가 팽창하고 있다.
기존 실리콘 기술은 디지털신호처리(DSP), 마이크로컨트롤러(MCU), 중앙처리장치(CPU) 등 서로 다른 기능을 수행하는 집적회로를 통합, 하나의 칩 자체가 시스템 역할을 하는 시스템온칩(SoC) 개념을 발전시켰다. 그러나 SoC는 개념상 훌륭한 기술인 데도 여러 가지 이유로 제품 출연이 지연되고 있다. 수천만 개 이상의 상이한 능동·수동소자를 하나의 단일 공정 위에 구현함에 따른 공정의 복잡성, 성능 최적화와 동작 검증 등의 측면, 칩 사이즈 증가에 따른 수율 감소 등이 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다.
또 소프트·반도체설계자산(IP) 거래에 따른 IP 보안과 신뢰도, 이러한 설계과정 전체를 한 회사에서 처리하는 데 드는 비용 등도 문제다. 이 때문에 현재 대다수의 중소 칩 설계 업체, 시스템 업체, 파운드리 업체 등을 중심으로 향후 SoC 시장에서 생존할 수 있는지에 대한 의문마저 제기하고 있는 실정이다.
중소기업들의 주 무대인 다품종 소생산 기반의 디지털 융합제품의 경우 시장에서 요구하는 적시출시(Time-to-Market) 및 가격 대비 성능 면에서 SoC 기반의 실리콘 기술로는 만족시킬 방법이 없다는 사실이 점차 인식되고 있다.
이에 따라 여러 나라에서 기업들뿐 아니라 산학연 연구센터를 통해 이러한 문제점을 해결할 대안을 찾고 있다. 이 중 가장 실용성 있다고 인정받고 있는 것이 시스템온패키지(SoP) 기술이다. SoP 기술은 소프트-IP 기반의 SoC 기술과 달리 하드-IP인 칩 기반 기술이다.
이 기술의 장점은 기존에 개발된 칩의 구조적·공정적 변화없이 제품을 구현할 수 있다는 것이다. 초기 개발비와 연구비가 적게 들어 중소 시스템 업체들이 기존 기술보다 훨씬 용이하고 저렴하게 적기에 시장 상황에 맞춰 새로운 첨단 제품을 개발 공급할 수 있다는 것도 장점이다.
특히 기존 SoC가 부품기술 측면이 강한 것에 비해 SoP 기술은 시스템기술 성격이 강하다. 따라서 기존 시스템의 반도체 다이, 수동 조자, 필터 및 안테나, 배터리가 한 개의 3차원 패키지에 집적되는 SoP는 ‘시스템 레벨에서 무어 법칙을 구현하는 방법’이라 할 수 있다.
이러한 기술은 작게는 기존 패키지나 보드 설계와 달리 패키지와 칩의 동시 설계가 필요하며, 크게는 응용제품 특성에 맞는 SoP용 재료 및 단위공정과 응용 알고리즘까지 포함해서 개발되어야 한다.
그러나 가장 시급한 문제는 이러한 SoP 기술을 각종 응용 시스템에 구현하기 위해서는 기본적 설계 기술상 핵심 기술을 확보해야 한다는 것이다. 기본적으로 칩 패키지 동시 설계를 위한 저전력 SoP 시스템 설계, SoP 테스트 방법, 동작 신뢰성 확보를 위한 신호통합·전자파차폐(EMI) 기술, SoP상에서 칩 대 칩 인터페이스를 위한 기술 등이 연구되어야 한다. 이런 기술을 바탕으로 다양한 응용기술이 발전할 수 있다. 이러한 통합 기술이 성공하기 위해서는 이를 지원하는 컴퓨터기반디자인(CAD) 기술에 대한 연구 또한 병행되어야 한다. 이를 통해 ‘응용제품 개발을 위한 표준 SoP 플랫폼’을 확립하는 것이 필수적이라 할 수 있다.
그러나 우리나라 연구 인력이 부족해 개별 기업의 제품 개발에 어려움을 겪고 있다. 더욱이 SoP 연구를 하는 대기업들은 자사에 필요한 일부 메모리 관련 기술에만 집중하고 있어 신성장 동력 분야 산업 발전에 여러 가지 어려움이 예상된다.
이러한 문제를 개선하기 위해서는 관련 시스템 분야에 도움을 줄 수 있는 SoP 분야의 연구 인력 양성과 이를 통한 산학 연구체계를 구축하는 것이 시급한 실정이다. SoP 기술은 국내 반도체 및 부품 산업뿐 아니라 시스템 업체의 경쟁력을 한 단계 높일 수 있는 기회다.
위재경 숭실대 교수 b02664@empal.com