인공지능(AI) 반도체의 한계를 뛰어넘을 차세대 기술 경쟁이 치열해지고 있다. 최근 반도체 업계가 주목하는 차세대 디스플레이 기술 ‘마이크로 다이오드(LED)’도 그중 하나다.

세계 1위 파운드리(반도체 위탁생산) 기업 TSMC는 지난 4월 미국 스타트업 아비세나와 기술 협력 파트너십을 체결했다. 아비세나는 마이크로 LED를 광원으로 활용해 기존의 전기 신호가 아닌 광자(光子)를 통해 데이터를 전송하는 실리콘 포토닉스 기술을 연구 중이다. SK하이닉스와 삼성전자도 이 회사에 투자했다.

현재 AI반도체의 ‘데이터 도로’ 격인 미세회로는 주로 구리선이 깔려 있다. 전자(電子)가 이동하며 데이터를 전송하는데, 데이터량이 많아질수록 전자와 구리선 내부 금속원자들과의 충돌이 커져 발열과 전력 소모가 증가한다. AI 모델이 발전할수록 데이터 전송 경로에 ‘교통 체증’이 발생하는 셈이다. 이를 해결하고자 광섬유로 광자가 신호를 전달하는 실리콘 포토닉스 기술이 등장했다.

현재 광통신은 레이저 광원을 사용하는데, 출력이 강해 장거리 전송에 유리하지만 전력 소모와 제작 비용 부담이 크다. 반면 AI반도체에 필요한 광통신 연결 거리는 수 ㎝에 불과해, 저전력·저비용의 마이크로 LED를 활용하는 기술이 대안으로 떠올랐다.

TSMC가 마이크로 LED 기술에 주목하고 있다는 소식을 가장 반기는 건 대만 디스플레이 업계다. 시장조사업체 트렌드포스는 지난 10일 “대만 디스플레이 기업들이 마이크로 LED 기술을 발판 삼아 기존 디스플레이 기술을 뛰어넘는 ‘차선 변경 추월’을 시도할 수 있다”고 분석했다. 현재 유기발광다이오드(OLED) 시장은 한국 기업이 선도하고 있지만, 마이크로 LED 기술력은 대만 업계가 우위에 있다는 평가를 받고 있다. 


 

 
전문가들은 한국도 실리콘 포토닉스 기술력 확보에 나서야 한다고 지적한다. 권민석 UNIST 전기전자공학과 교수는 “마이크로 LED 칩의 출력을 고려할 때 현재 기술 수준으로는 고속 통신 구현이 쉽지 않다”면서도 “미국, 유럽보다 미흡한 국내 실리콘 포토닉스 기술력 확보가 선행돼야 한다”고 말했다.

엔비디아는 TSMC와 함께 올해 하반기에 실리콘 포토닉스 기술을 적용한 데이터센터용 네트워크 장비를 출시한다. 반면 삼성전자 파운드리는 2027년부터 실리콘 포토닉스 기술을 적용할 예정이다. 두 기술 모두 레이저를 광원으로 사용한다.

최우영 연세대 전기전자공학부 교수는 “앞으로는 구리선으로 대용량·초고속 데이터 전송량을 감당할 수 없기에 반도체 기업들이 광연결 기술에 더 주목하게 될 것”이라며 “디스플레이 분야에서 마이크로 LED 기술이 성숙하면 반도체 분야의 응용도 더 수월해지는 만큼 선제적인 기술 확보가 중요하다”고 말했다.