AI, 스마트폰, 자동차의 두뇌 역할을 하는 첨단 SoC(System on Chip, 하나의 칩에 여러 기능을 집약한 시스템반도체)는 한 회사 혼자만의 힘으로는 만들 수 없다. 칩을 설계하는 팹리스(Fabless, 생산 설비 없이 설계만 전담하는 기업)와 설계 도구를 공급하는 EDA(Electronic Design Automation, 반도체 설계자동화 소프트웨어) 기업, 다양한 설계자산(IP)을 제공하는 파트너, 그리고 이를 실제 반도체로 만들어내는 파운드리까지—수많은 기업들이 긴밀히 협력해야 비로소 하나의 시스템반도체가 완성된다.

삼성전자 파운드리사업부는 ‘세이프(SAFE, Samsung Advanced Foundry Ecosystem)’ 플랫폼을 통해 이러한 연결 고리의 구심점 역할을 하며, 파운드리 생태계를 키워 나가고 있다.

SAFE란 무엇인가: 설계부터 출하까지 연결하는 에코시스템

SAFE는 반도체 설계부터 최종 생산까지, 각 단계에 필요한 다양한 기술과 고객·파트너를 하나의 생태계로 연결하는 프로그램이다.

팹리스 고객이 “칩을 만들고 싶다”는 아이디어를 가져오면, IP 선택부터 설계 툴 검증, 시제품 제작, 패키징, 테스트까지—SAFE 생태계 안에서 모든 단계의 파트너를 찾을 수 있는 구조다. 현재 SAFE는 여섯 가지 얼라이언스로 구성되어 있다.

SAFE 6대 얼라이언스: 각 영역의 전문가들이 한 지붕 아래

① IP 얼라이언스(설계 자산) — 검증된 설계 자산의 공급

건축 현장에서 미리 만들어진 자재를 가져다 쓰면 공사 기간이 줄어들듯, 칩을 설계할 때도 이미 검증된 회로 블록을 가져다 쓰면 개발 기간과 위험을 크게 줄일 수 있다. IP 얼라이언스는 바로 이 ‘검증된 설계 자재’를 공급하는 역할을 맡는다.

USB 인터페이스, 메모리 컨트롤러, CPU 코어처럼 모바일·HPC(High Performance Computing, 고성능 컴퓨팅)·AI·자동차 등 다양한 분야의 칩에 반복적으로 쓰이는 고품질 설계 블록을 제공함으로써, 팹리스가 매번 처음부터 회로를 새로 설계하지 않아도 되도록 돕는다. IP 파트너 수는 삼성전자 파운드리사업부 출범 후 50개사 이상으로 확대됐고, 보유 IP는 약 5,300개에 달한다.

② EDA 얼라이언스(설계 도구) — 설계 툴의 공정 최적화

아무리 좋은 설계도가 있어도 그것을 그려내는 도구가 삼성의 생산 공정과 맞지 않으면 무용지물이다. EDA 얼라이언스는 칩 설계에 쓰이는 소프트웨어 도구가 삼성의 공정 요구 사항에 정확히 들어맞도록 ‘검증하고 보증하는’ 역할을 한다.

최고 수준의 EDA 기업들과 협력해 칩 설계 검증을 위한 인증된 툴과 방법론을 제공하며, 자체 인증 프로그램인 SAFE QEDA를 통해 도구가 삼성의 엄격한 공정 요구 사항을 충족하는지 점검한다. 이를 통해 고객이 새로운 기술을 채택할 때 발생할 수 있는 설계 오류 위험을 최소화하고, 안정적인 생산을 돕는다.

③ 클라우드 얼라이언스(설계 환경) — 온디맨드 설계 환경의 구현

값비싼 설계 인프라를 직접 구축하지 않아도, 인터넷만 연결되면 언제 어디서든 삼성의 설계 환경에 접속할 수 있게 해주는 것이 클라우드 얼라이언스의 역할이다.

클라우드 서비스 업체 및 EDA 기업과의 협력을 통해 삼성 파운드리의 설계 환경을 안전하게 이용할 수 있도록 지원한다. 팹리스 기업은 물리적 인프라 구축 부담 없이 클라우드를 통해 삼성의 설계 키트와 환경을 바로 사용할 수 있어, 개발 기간을 단축하고 협업 효율을 높일 수 있다.

④ 디자인 서비스 얼라이언스(DSA) (설계 지원) — 설계 경험이 많지 않은 기업을 위한 전담 파트너

아이디어는 있지만 직접 설계할 인력이나 경험이 부족한 팹리스 기업에게, 설계 전 과정을 함께 진행해줄 ‘동반자’를 연결해 주는 것이 이 얼라이언스의 역할이다.

삼성 파운드리는 디자인솔루션 파트너(DSP)와 가상설계 파트너(VDP) 분야 업체들과 협력해, 설계 최적화부터 검증, 테이프아웃(Tape-out, 설계 데이터를 최종 확정해 생산에 넘기는 단계)까지 처음부터 끝까지 이어지는 설계 서비스를 제공한다. 가온칩스, 에이디테크놀로지, 코아시아 등 국내 주요 디자인 하우스들이 삼성의 DSP로 활동하며 국내 팹리스의 설계를 지원하고 있다.

⑤ MDI 얼라이언스(첨단 패키징) — 여러 개의 칩을 하나처럼 연결하는 첨단 패키징

하나의 칩에 모든 기능을 욱여넣는 대신, 메모리·연산·통신 등 서로 다른 기능을 가진 여러 개의 작은 칩을 마치 레고 블록처럼 한 패키지 안에 모아 붙이는 방식이 최근 AI·HPC 반도체의 대세로 떠오르고 있다. 칩 하나로는 한계가 있는 성능과 전력 효율을 여러 칩의 조합으로 끌어올릴 수 있기 때문이다. MDI(Multi-Die Integration) 얼라이언스는 이렇게 여러 칩을 하나처럼 연결하고 묶어주는 ‘조립 설계자’ 역할을 맡는다.

이때 칩들을 평면으로 나란히 배치해 연결하는 방식을 2.5D 패키징, 칩을 층층이 쌓아 연결하는 방식을 3D 패키징이라 부른다. MDI 얼라이언스는 EDA·IP·DSP·OSAT 등 다양한 파트너와 협력해 이 2.5D·3D 패키징 기술을 최적화하고, 설계 단계부터 패키징까지 이어지는 통합 솔루션을 한 번에 제공한다.

⑥ OSAT 얼라이언스(조립∙테스트) — 조립과 테스트까지 원스톱으로

웨이퍼 위에서 칩 생산이 끝났다고 해서 제품이 완성되는 것은 아니다. 이를 낱개로 잘라 포장하고, 정상 작동하는지 검사하는 후공정이 남아 있다. OSAT(Outsourced Semiconductor Assembly and Test, 외주 반도체 조립 및 테스트) 얼라이언스는 이 마지막 관문인 조립과 테스트를 한 번에 책임지는 역할을 한다.

업계를 선도하는 OSAT 기업들과 협력해 조립과 테스트 과정을 통합 운영함으로써, HPC·모바일·자동차 등 다양한 응용처에 최적화된 고급 2.5D·3D 패키징 제품의 출시 기간을 단축하도록 지원한다.

파트너사 지원 프로그램: 생태계를 움직이는 삼성의 실질적 기여

에코시스템은 구조만으로 작동하지 않는다. 삼성 파운드리는 생태계 파트너와 국내 팹리스 기업이 실질적으로 성장할 수 있도록 다양한 지원 프로그램을 운영하고 있다. 아래 네 가지 프로그램은 순서대로 거쳐야 하는 단계가 아니라, 기업이 처한 상황과 필요에 따라 선택적으로, 또는 동시에 활용할 수 있는 독립적인 지원책이다.

MPW 셔틀 프로그램 — 시제품 개발 비용의 장벽을 낮추다

신생 팹리스에게 가장 큰 진입 장벽 중 하나는 시제품 제작 비용이다. MPW(Multi Project Wafer) 서비스는 하나의 웨이퍼에 여러 기업의 설계를 함께 배치해 마스크 비용을 나눠 부담하게 함으로써, 팹리스 고객이 새로운 아이디어를 보다 적은 비용으로 안전하게 검증할 수 있는 기회를 제공한다. 삼성 파운드리는 이 서비스를 꾸준히 확대하며 최첨단 공정을 중소 팹리스도 시도해볼 수 있는 환경을 마련해 왔다.

DSP 협력 — 설계 역량의 공백을 메우는 파트너십

아이디어는 있지만 고급 공정 설계 경험이 부족한 팹리스에게는 디자인 하우스, 즉 DSP와의 협력이 핵심 지원책이 된다. 삼성 파운드리는 EDA·IP·DSP 파트너와 협력해 공정 지원, 설계 키트, IP 제공, 설계 협력 등을 국내 팹리스에게 제공하고 있다. 수요기업이 원하는 제품을 팹리스가 만들고, 이를 삼성 파운드리가 생산해 시장에 공급하는 선순환 구조를 만드는 것이 목표다.

M.AX 얼라이언스 — 국내 AI 반도체 생태계를 위한 공동 협력체

M.AX 얼라이언스(Manufacturing AI Transformation)는 수요기업, 팹리스, 파운드리, 반도체 IP 기업, 반도체산업협회, KEIT(한국산업기술기획평가원) 등 업계 관계자가 한자리에 모여 국산 AI 반도체 확보 전략을 논의하는 협력체다. ‘반도체 제조지원 TF’ 업무협약 체결과 K-온디바이스 AI 반도체 기술개발 사업 등을 공동 추진하고 있다.

정부 과제 연계 — K-CHIPS와 모두의 챌린지 팹리스

삼성 파운드리는 정부 주도 반도체 지원 정책과도 적극 연계하고 있다. 중소벤처기업부가 주관하는 ‘모두의 챌린지 팹리스’ 프로그램에는 삼성전자가 파운드리 파트너로 참여해, 창업 10년 이내의 유망 팹리스 스타트업에게 MPW 이용 기회와 최대 2억 원의 비용 지원을 제공하고 있다. 국내 반도체 산업 경쟁력 강화를 위한 정부 지원 체계인 K-CHIPS(Korea Chips Act) 아래 진행되는 이러한 연계는, 국가 차원의 시스템반도체 육성 의지와 삼성의 생태계 전략이 맞닿는 지점이다.

삼성 파운드리가 그리는 선순환 구조

삼성전자는 “수요기업이 요구하는 제품을 팹리스가 개발하고, 이를 삼성이 양산해 최종 고객에게 공급하면, 수요기업뿐 아니라 삼성 파운드리와 파트너사 모두가 함께 성장하는 선순환 구조를 만들 수 있다”는 비전을 제시하고 있다.

SAFE는 그 비전을 구현하기 위한 인프라다. IP·EDA·클라우드·디자인 서비스·MDI·OSAT, 여섯 개 얼라이언스가 칩 설계의 첫 단계부터 마지막 패키징까지 각자의 역할로 연결되고, MPW 셔틀과 DSP 협력, M.AX 얼라이언스, 정부 과제 연계 등이 이 생태계에 실질적인 동력을 공급한다.

국내 시스템반도체 산업의 저변이 얼마나 두터워지느냐는, 이 연결망이 얼마나 촘촘해지느냐에 달려 있다. 삼성 파운드리의 SAFE는 그 중심에서 플레이어들을 이어주는 핵심 연결고리 역할을 계속해 나갈 것이다.

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삼성전자와 레드햇(Red Hat)은 차세대 메모리 분야 소프트웨어 기술 관련 상호 협력키로 했습니다.

레드햇은 글로벌 오픈소스 솔루션 선도 기업으로, 두 회사는 NVMe SSD, CXL 메모리, 컴퓨테이셔널 메모리/스토리지 (Computational Memory/Storage), 패브릭(Fabrics) 등 차세대 메모리 솔루션 기술 관련 소프트웨어 개발과 에코시스템 확대를 위해 협력하기로 했습니다.

*NVMe(Non-Volatile Memory express): PCIe 기술을 기반으로 한 비휘발성 저장장치용 인터페이스
*컴퓨테이셔널 메모리/저장장치: 분산 연산이 가능한 메모리/스토리지로 PIM 기술 등을 포함함

또한, 두 회사는 삼성전자가 개발하는 메모리 소프트웨어 기술이 레드햇 리눅스를 포함한 오픈소스 소프트웨어에서 지원이 가능하도록 협력하고, 검증과 프로모션도 함께 진행하기로 했습니다.

최근 인공지능(AI), 머신러닝(ML), 메타버스(Metaverse) 등 첨단 산업의 발전으로 인해 데이터 사용량이 폭발적으로 증가함에 따라 데이터센터에서 메모리/스토리지 활용의 패러다임도 변화하고 있습니다.

두 회사는 급증하는 데이터의 안정적인 저장, 처리를 위해 CXL, PIM 등 차세대 메모리를 활용할 수 있는 기술과 함께 여러 개의 메모리/스토리지를 묶어 가상화하는 패브릭까지 포함하는 소프트웨어 솔루션 개발에 적극 협력할 계획입니다.

*PIM(Processing In Memory): 메모리 내에서 연산처리가 가능하도록 메모리 내부에 프로세서 기능을 더한 차세대 메모리 반도체
*CXL(Compute Express Link): 고성능 컴퓨팅 시스템에서 CPU와 함께 사용되는 가속기, 메모리, 저장장치 등을 보다 효율적으로 활용하기 위해 새롭게 제안된 인터페이스

삼성전자는 하반기 ‘삼성 메모리 리서치 클라우드(Samsung Memory Research Cloud, SMRC)’를 오픈하고, 차세대 메모리 솔루션 개발과 평가를 위한 최적화된 환경을 제공할 예정입니다.

SMRC는 삼성전자 차세대 메모리를 탑재한 고객사 서버의 하드웨어와 소프트웨어의 최적 조합을 분석하고 성능을 평가할 수 있는 환경을 제공합니다.

삼성전자 메모리사업부 AE(Application Engineering)팀 배용철 부사장은 “이번 레드햇과의 협력으로 차세대 메모리 분야에서 하드웨어뿐 아니라 소프트웨어까지 기술 표준화와 함께 안정적인 에코시스템을 구축할 수 있을 것으로 기대한다”며, “이번 협력을 통해 업계의 다양한 파트너들로 협력을 확대하며 새로운 고객 가치를 창출해 나가겠다”고 말했습니다.

레드햇 아시아태평양총괄 마르옛 안드리아스(Marjet Andriesse) 부사장은 “다가오는 데이터 중심 시대에 메모리 기반 하드웨어와 소프트웨어의 결합은 필수적이며, 이를 위해 이번에 삼성전자와 협력하게 돼 기쁘다”고 말했습니다.

삼성전자는 메모리 솔루션과 관련한 다양한 오픈소스 소프트웨어 개발을 위해 활발히 활동하는 한편 업계 파트너들과 협력을 확대하고 있습니다.

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삼성전자는 협력사-산학-친환경 상생활동을 통해 국내 반도체산업 全분야의 경쟁력을 끌어올려 ‘K칩 시대’를 열겠다는 계획입니다.

협력사 설비, 소재 개발 속속 성공… 육성 노력 결실

삼성전자가 협력사들과 진행해온 국내 반도체 생태계 육성 노력이 하나하나 결실을 거두고 있습니다. 삼성전자는 2010년대 초반부터 주요 설비, 부품 협력사와 함께 자체 기술개발에 노력해 왔습니다.

이오테크닉스는 그동안 수입에 의존하던 고성능 레이저 설비를 삼성전자와 공동 개발에 성공해 D램 미세화 과정에서 고질적으로 발생하는 불량 문제를 해결했습니다.

또한 싸이노스는 반도체 식각공정 효율화에 필요한 세라믹 파우더를 개발하고 리코팅 기술 내재화에 성공해 식각공정 제조 비용 절감과 생산성을 높이는데 기여했습니다.

솔브레인은 삼성전자와 협력을 통해 3D 낸드플래시 식각공정의 핵심소재인 ‘고선택비 인산’을 세계 최초로 개발해 삼성전자 차세대 제품의 품질을 크게 향상시켰습니다.

레이저 설비 협력사 이오테크닉스 성규동 대표는 “8년 간에 걸친 삼성전자와의 연구개발 성과로 설비 개발에 성공해 회사 임직원들도 큰 자부심을 느꼈다”며, “앞으로도 혁신을 통한 반도체 경쟁력 강화 노력을 지속해 나갈 것”이라고 말했습니다.

삼성전자는 최근 국내 협력사들과 함께 반도체 생태계 강화활동을 본격적으로 추진하고 있습니다.

삼성전자는 지난 4월 원익IPS, 테스, 유진테크, PSK 등 국내 주요 설비협력사, 2~3차 부품 협력사와 MOU를 체결하고 오는 7월부터 설비부품 공동개발을 본격적으로 시작합니다.

설비사가 필요한 부품을 선정하면 삼성전자-설비사-부품사가 공동개발을 진행하는 방식으로, 삼성전자는 설비부품의 개발과 양산 평가를 지원합니다.

또 중소 설비•부품사를 대상으로 반도체 제조와 품질 노하우를 전수하는 컨설팅도 진행합니다. 다음달 시작되는 이 컨설팅은 국내 반도체 중소 기업들이 글로벌 수준의 품질 경쟁력을 확보하는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

이와 함께 삼성전자에 신청한 24개 협력사를 대상으로 개발, 제조, 품질, 환경안전, 인사, 기획/경영, 영업/마케팅, 정보보호, 구매 등 총 9개 분야에 대해 전방위적인 경영자문도 병행해 나갈 예정입니다.

한편 삼성전자는 시스템반도체 생태계 조성을 위한 국내 팹리스 지원정책도 본격 가동하고 있습니다.

지난해 10월부터 정부와 삼성전자, 반도체 업계가 1000억원 규모의 「시스템반도체 상생펀드」를 조성하고 있으며, 이를 통해 국내 유망한 팹리스와 디자인하우스 업체를 발굴하고 투자할 예정입니다.

또한 국내 중소 팹리스 업체의 제품 개발 활동에 필수적인 MPW(Multi-Project Wafer) 프로그램을 공정당 년 3~4회로 확대 운영하고, 8인치(200mm)뿐 아니라 12인치(300mm) 웨이퍼로 최첨단 공정까지 활용할 수 있도록 지원하고 있습니다.

이달에는 중소 팹리스 업체가 서버 없이도 반도체 칩 설계를 할 수 있는 ‘클라우드 설계 플랫폼(SAFE Cloud Design Platform, SAFE-CDP)’을 제공하는 등 국내 시스템반도체 생태계의 경쟁력을 강화하기 위해 적극적인 지원에 나서고 있습니다.

이외에도 삼성전자는 반도체 각 사업장에 상주하는 우수 협력사를 대상으로 2010년부터 인센티브 제도를 운영해오고 있으며, 현재까지 지급된 규모는 총 3,476억 5천만원에 달합니다.

반도체 우수인재 육성과 국가경쟁력 제고를 위한 산학협력

삼성전자는 또 산학협력을 통해 ‘K칩 시대’를 이끌 미래 반도체 인재를 육성하는 데 힘쓰고 있습니다.

삼성전자는 우선 국책 반도체 특성화 대학인 한국폴리텍대학 안성캠퍼스에 반도체 Asher(공정장비), AFM(계측장비)을 기증해 학생들이 반도체 제조 공정을 직접 실습할 수 있도록 지원하고 있습니다.

삼성전자는 또 올해 AI(인공지능) 등 4차 산업혁명 핵심 분야에 전문성을 갖춘 우수 인재 양성을 위해 서울대학교와 함께 ‘인공지능반도체공학 연합전공’을 신설했습니다.

삼성전자는 연합전공 소속 학생들에게 ▲산업체 인턴십 기회 제공 ▲반도체 소자•회로와 시스템 제작 실습 ▲반도체 설계 단기 교육프로그램 참여 ▲국내외 반도체 전문가 초청 특강 등 다양한 지원을 하게 됩니다.

삼성전자는 2018년 8월, 서울대학교와 ‘국내 반도체 분야 발전과 미래 인재 양성을 위한 산학협력’ 협약을 맺기도 했습니다.

이 밖에도 연세대•성균관대와 반도체학과를 운영하는 등 다양한 방법으로 미래 인재를 육성하고 국내 반도체 산학협력 생태계를 구축해 나간다는 계획입니다.

환경 보호를 통한 지역사회와 상생 실천

삼성전자의 상생은 지구환경 보호 차원에서도 이루어지고 있습니다.

대규모 전력이 소모되는 반도체 사업장이지만 작은 부분이라도 재생에너지를 사용하기 위한 연구와 노력을 계속하고 있습니다.

특히 지난 2019년 말부터 기흥캠퍼스 주차타워에 1,500KW 규모의 태양광 발전 패널을 설치 중이며 오는 7월부터 기흥 일부 사무공간의 전력을 대체할 예정입니다.

뿐만 아니라 DS부문 ‘환경안전연구소’에서는 반도체 생산공정에서 발생하는 폐기물 절감과 재활용률을 높이기 위한 연구가 한창입니다.

지난 2018년부터 세계 각국의 폐기물 감축 움직임에 따라 연구를 진행했으며, 그 결과 최근 글로벌 안전인증 회사로부터 반도체 全사업장에 대해 국내 최초로 ‘폐기물 매립 제로’ 골드등급 인증을 획득했습니다.

특히 폐기물 재활용률을 높이기 위해 삼성전자가 협력사에 처리시설 증설 투자비용의 상당 부분을 지원하면서 협력사가 신규 수익원을 발굴하고 자체 매립비용도 절감하게 하는 성공사례를 만들어냈습니다.

또한 삼성전자는 폐수정화 시설투자를 지속적으로 진행하고 있으며, 그 결과 사업장에서 깨끗한 물이 풍부한 수량으로 배출돼 지역 하천을 정화하고 생태계를 살리는 데 기여하고 있습니다.

삼성전자의 배출수가 흘러나가는 오산천에서는 최근 천연기념물 수달이 발견되기도 했습니다.

삼성전자는 앞으로도 지역생태계 보존 노력을 강화해 나갈 방침입니다.

[참고자료]

□ 리코팅 기술 / 세라믹 파우더

-반도체 식각공정에서 수율을 유지하기 위해 설비 내부를 주기적으로 코팅해야 하며(리코팅) 세라믹파우더는 코팅을 하는 특수 물질 중의 하나

□ 고선택비 인산

-인산은 불산과 함께 식각 공정에서 가장 많이 쓰이는 물질이며, 고선택비 인산은 인산과 다양한 화학물질을 배합해 타겟 물질만 정확하게 선택적으로 녹여내도록 만든 물질

□ MPW(Multi Project Wafer)

-다품종 소량 생산을 위한 파운드리 형태로 한 장의 웨이퍼에 다른 종류의 반도체 제품을 함께 생산하는 방식

□ Asher(공정장비)

-애칭 공정에 사용되는 설비

□ AFM(Atomic Force Microscope) : 원자 힘 현미경

-원자들 사이에 작용하는 인력을 이용해 나노단위의 거리를 계측할 수 있는 현미경으로 반도체 회로의 선폭 등을 계측하는데 사용됨

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