"전력 손실 50% 잡는다"… 日 TDK, AI 서버용 '초소형 박막 인덕터'에 투자

생성형 인공지능(AI) 고도화로 그래픽처리장치(GPU)의 전력 소모가 천문학적으로 치솟는 가운데, 일본의 글로벌 전자부품 공룡 TDK가 AI 서버의 고질적 문제인 '전력 손실'을 획기적으로 줄여주는 핵심 미세 부품인 '박막 인덕터' 생산 능력을 대폭 확대하고 나섰다.

향후 3년간 국내 2개 생산 거점에 총 400억 엔(약 3,500억 원)을 투입해, 차세대 AI 서버의 표준으로 급부상하고 있는 ‘수직 전력 공급(Vertical Power Delivery·VPD)’ 아키텍처용 초소형 박막 인덕터 양산 라인을 선제 구축한다는 구상이다.
수직 전력 공급은 전력 부품을 GPU 옆이 아닌 기판 바로 아래에 배치해 전기 이동 경로와 저항을 극적으로 단축함으로써 전력 손실을 최대 30~50%까지 줄이는 혁신 기술이다.

이를 구현하기 위해서는 기존 제품 두께의 10분의 1에 불과한 마이크로미터(㎛) 단위의 초정밀 박막 인덕터가 필수적인 만큼, TDK는 독보적인 박막 공정 기술력을 앞세워 글로벌 AI 가속기 공급망을 독점 선점하겠다는 승부수를 던졌다.

9월 14일(현지시각) 일본 종합 경제 미디어 닛케이 아시아(Nikkei Asia) 보도에 따르면, TDK 경영진은 AI 산업의 폭발적 수요에 대응하기 위해 이 같은 대규모 설비 투자 계획을 확정하고 본격적인 증설에 착수했다.


TDK의 이번 투자는 일본 내 핵심 제조 기지 2곳에 전략적으로 배분된다.

야마나시현 공장(350억 엔)에는 차세대 AI 가속기와 GPU 전력 제어용 고성능 박막 인덕터 전용 생산 라인을 신·증설하고, 야마가타현 공장 (50억 엔)에는 AI 서버 랙 간 대용량 초고속 데이터 전송을 담당하는 전기-광 신호 변환 장치인 광 트랜시버(Optical Transceiver) 생산 설비를 확충한다.
TDK는 오는 2027년 3월로 끝나는 2026 회계연도 내에 새로운 서버 전력 공급 아키텍처에 맞춘 고성능 박막 인덕터의 대량 양산 체제를 완성할 방침이다.

이어 다음 회계연도부터 엔비디아 등 글로벌 주요 AI 칩 제조사들을 대상으로 본격적인 상업 출하를 개시할 계획이다.


인덕터(Inductor)는 전자기 유도 현상을 이용해 전류의 급격한 변화를 억제하고 전압을 일정하게 유지해 주는 필수 수동 소자다.

전원 공급 회로에서 연산 프로세서가 요구하는 정밀한 전압을 안정적으로 유지하는 역할을 맡는다.

최근 1,000와트(W)를 웃도는 초고전력 차세대 GPU가 잇따라 도입되면서, 전통적인 전력 공급 방식은 심각한 한계에 직면했다.

기존 메인보드 구조처럼 GPU 칩 옆(측면)에 전력 모듈과 인덕터를 배치할 경우, 배선 길이가 길어져 전기 저항으로 인한 발열과 에너지 손실이 눈덩이처럼 불어나기 때문이다.

이에 반도체 업계가 해결책으로 도입한 것이 바로 '수직 전력 공급(VPD)'이다.

전력관리 칩과 인덕터를 GPU가 실장된 서브스트레이트 기판 정중앙 하단에 수직으로 직접 맞닿게 매립(Embedding)하는 방식이다.

이 방식을 적용하면 전기가 흐르는 물리적 경로가 극적으로 짧아져 전력 손실을 30%에서 최대 50%까지 줄일 수 있다.

이러한 기판 내장형 설계를 구현하려면 패키지 두께에 영향을 주지 않는 초극박 인덕터가 필수적이다.


TDK가 개발한 기판 내장형 박막 인덕터는 기존 일반 권선형 인덕터 두께의 약 10분의 1 수준에 불과하며, 마이크로미터 단위의 정밀한 치수 제어가 요구된다.

현재 전 세계 전자부품 업계에서 이 같은 초박형 내장형 인덕터를 안정적인 수율로 대량 양산할 수 있는 제조사는 극소수에 불과하다.

TDK는 과거 컴퓨터 하드디스크 드라이브(HDD)용 자기 헤드 제조 과정에서 수십 년간 축적해 온 독보적인 '박막 미세 패턴 가공 기술'을 이번 인덕터 개발에 성공적으로 전용했다.

기존 성숙 사업의 원천기술을 AI 시대의 첨단 부품으로 진화시켜 경쟁사들이 넘보기 힘든 강력한 기술적 해자(垓子)를 구축했다는 평가다.

실적 모멘텀도 가파르다.

인덕터를 포함한 TDK의 수동 부품 사업 부문은 올해 2분기(4~6월) 매출이 전년 동기 대비 28% 급증한 1,768억 엔(약 1조 5,500억 원)을 기록했다.

수동 부품 부문은 현재 TDK 전체 매출의 24%, 영업이익의 약 20%를 담당하는 핵심 캐시카우로 자리 잡았다.

TDK의 400억 엔 규모 박막 인덕터 투자는, 향후 ‘초거대 모델 학습에 따른 AI 데이터센터의 전력 병목을 극복하기 위해 전력 공급 아키텍처가 2D 평면에서 3D 수직 구조로 전환되는 하드웨어 대변혁의 신호탄’인 동시에 ‘HDD 헤드 등 전통 박막 가공 기술을 AI 맞춤형 초미세 수동 부품으로 탈바꿈시켜 글로벌 빅테크의 차세대 가속기 생태계를 선점하려는 일본 정밀 부품 산업의 강력한 기술 경쟁력’을 보여주는 상징적 사례로 작용할 전망이다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com