구리선 벽 부딪힌 AI 칩… TSMC, 광엔진으로 판도 흔든다

TSMC가 단일 패키지 기판에 광학 상호연결 엔진을 탑재해 기존 구리 배선 대비 전력 효율을 10배 넘게 끌어올리겠다고 9월 4일(현지시각) 발표했다.

커뮤니케이션스 투데이는 같은 날 세미콘 타이완 2026 폐막 소식을 전하며, 인공지능 연산의 병목을 해결할 대안으로 실리콘 포토닉스와 코패키지드 옵틱스(광-반도체 일체형 패키징) 기술이 부각됐다고 보도했다. 초대형 가속기 클러스터 확장에 따른 전력 소모와 배선 한계가 현실화된 시점에 시스템 패키징을 선점하려는 기술 경쟁이 본격화됐다.


타이베이에서 9월 2일부터 4일까지 열린 세미콘 타이완 2026은 반도체 경쟁의 중심축이 개별 칩 성능에서 시스템 최적화로 이동했음을 확인했다. 행사는 첨단 인공지능 칩과 패키징, 실리콘 포토닉스, 양자 기술, 스마트 제조 등 6개 핵심 축으로 구성됐다.
클러스터 규모가 비대해지면서 서버와 랙 사이를 오가는 데이터 이동은 심각한 병목에 직면했다. 기존 구리 배선 방식은 대역폭 확장과 신호 전송 거리, 발열 제어에서 구조적 한계를 드러냈다.

업계의 관심은 연산 장치의 연산 속도 향상에 머물지 않는다. 수많은 가속기를 저비용·저전력 통신망으로 묶어내는 시스템 설계 능력이 새로운 기술 표준으로 떠올랐다.


TSMC는 광학 상호연결을 데이터센터 신경계로 규정하며 소형 광학 엔진 기술인 '쿠페(COUPE)'를 전면에 내세웠다. 단일 패키지 기판에서 광 링크를 가동해 전기 신호 배선보다 전력 소모를 10분의 1 수준으로 줄이는 방식이다. 행사 현장에서는 실리콘 포토닉스가 내년 중 시장 점유율 50%를 넘어설 것이라는 회사 측 기대치도 공개됐다.

인프라 설계 주체로 나선 빅테크의 움직임도 두드러졌다. 아민 바흐다트 구글 부사장은 기조연설을 통해 대만을 핵심 엔지니어링 거점으로 지목했다. 구글은 투자 금액과 채용 일정은 공개하지 않았으나 현지 사무공간을 60% 늘리겠다고 발표했다. 대만 공급망과 인공지능 시스템 공동 설계를 한층 밀착하겠다는 의도로 풀이된다.

글로벌 장비 업계도 공정 전환에 맞춰 발 빠르게 움직였다. 온토이노베이션, 램리서치, 어드밴테스트 등은 광-반도체 일체형 패키징 시험 공정 확장과 실리콘 포토닉스 제조 장비 공급 계획을 집중적으로 다뤘다.

다만 시장 일각에서는 광학 부품의 정밀 조립 수율과 높은 초기 제조 비용이 양산의 걸림돌로 작용할 수 있다는 신중론도 제기된다. 단일 제조사의 장밋빛 전망과 달리 광학 생태계가 실제 표준으로 안착하려면 시간이 더 필요하다는 지적이다.

이종집적의 확산은 한국 메모리 반도체 생태계에도 직접 영향을 미친다. 고대역폭 메모리(HBM)와 특화 칩을 한데 묶는 공정이 정착되면서, 단순 동작 속도를 넘어 광학 패키징 결합력과 열관리 역량이 핵심 경쟁 변수로 자리 잡았다.

차세대 인공지능 투자의 성패는 가장 빠른 가속기를 확보하는 데 있지 않다. 데이터센터 전체 관점에서 발열과 전력 소모를 억제하는 경제적 효율성을 누가 먼저 입증하느냐가 향후 시장의 핵심 변수다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com