OpenAI의 반격, HBM 20개 얹은 '괴물 칩' 설계도 공개…엔비디아 독주 끝낼까 - 글로벌이코노믹

핵심은 고대역폭메모리(HBM)의 물리적 연결 거리를 기존 6㎜에서 16㎜까지 대폭 확장하는 기술이다. 이를 통해 단일 칩에 최대 20개의 HBM 스택을 통합한다. 이번 특허는 단순히 칩 설계 방식을 바꾸는 차원을 넘어 고성능컴퓨팅(HPC) 시장에서 엔비디아의 독주 체제를 흔들 샘 올트먼의 강력한 승부수로 평가받는다. AI 칩 업계의 고질적인 난제는 '메모리 벽(Memory Wall)'이다. 연산장치(GPU) 성능은 비약적으로 발전했지만 이를 뒷받침할 메모리 대역폭은 물리적 배치 제약에 묶여 있었다. 현재 JEDEC 표준상 HBM은 연산 칩과 6㎜ 이내로 근접 배치돼야 한다. 이 제약 탓에 칩 패키징 내 수용할 수 있는 HBM 개수는 통상 4~8개 수준에 머물렀다. 오픈AI는 이 한계를 '브리지' 기술로 돌파한다. 인텔의 2.5D 패키징 기술인 EMIB(Embedded Multi-Interconnect Bridge)와 유사한 개념을 도입해 연산 칩렛과 HBM 칩렛을 고속 로직 브리지로 연결한다. 신호 전달 거리가 16㎜까지 늘어나자 칩 하나에 20개의 HBM 스택을 얹는 구조가 가능해졌다. 기존 대비 2.5배에서 5배까지 메모리 집적도를 끌어올린 셈이다. 이번 설계는 범용 GPU 중심의 컴퓨팅 시장에 큰 시사점을 던진다. 엔비디아는 블랙웰(Blackwell) 등 고성능 칩으로 시장을 장악하고 있으나 패키징 효율과 메모리 용량 확대 경쟁은 이미 한계점에 도달했다는 분석이 지배적이다. 오픈AI가 자체 칩 개발을 통해 이 벽을 허문다면, 빅테크 기업들이 엔비디아 의존도를 낮출 강력한 유인책이 된다. 특히 UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express) 표준을 준수한다는 점이 중요하다. 이는 특정 제조사의 기술에 종속되지 않고 다양한 칩렛을 조합할 수 있는 개방형 생태계를 지향한다. 인텔의 EMIB 설루션이 접목되면 칩 제조 비용을 낮추면서도 확장성을 높이는 효율적인 생산 모델이 구축될 전망이다. 이번 설계 변화는 한국 반도체 기업들에 양날의 검이다. HBM 수요가 폭발적으로 증가한다는 점은 SK하이닉스와 삼성전자에 호재다. 하지만 칩 패키징 설계가 파운드리와 팹리스의 경계를 허물고 브리지 기술을 중심으로 재편된다면, 기존의 수직계열화된 생산 방식도 변화가 불가피하다. 업계 전문가는 "이번 특허는 메모리 용량 부족 문제를 기술적으로 완벽히 타격하고 있다"면서 "향후 AI 칩 경쟁은 칩 자체의 연산 속도보다 얼마나 많은 메모리를 효율적으로 연결하느냐는 '패키징 생태계 주도권' 싸움으로 전개될 것"이라고 진단했다. 앞으로 시장 흐름을 읽기 위해 다음 세 가지 지표를 주목해야 한다. 첫째, HBM 공급량과 수율이다. 20개 스택을 안정적으로 패키징할 수 있는 수율이 확보되는가를 살펴야 한다. 20개 HBM 적층은 16㎜ 거리의 신호 무결성 유지와 고밀도 발열 제어가 핵심이다. 공정 복잡도가 기하급수적으로 늘어나는 만큼 수율 확보 여부가 상용화 관건이다. 둘째, 패키징 기술 표준화다. 인텔 EMIB 등 브리지 기술이 다른 파운드리 업체로 얼마나 빠르게 확산하는가다. 표준화 속도가 곧 칩 생산 단가와 직결된다. 셋째, 빅테크의 자체 칩 생산 시점이다. 오픈AI와 같은 기업들이 실제 상용 칩 생산을 위해 파운드리와 어떤 계약을 맺는지 확인해야 한다. 하드웨어의 물리적 한계를 새로운 패키징 기술로 돌파하려는 시도는 이미 시작됐다. 이제 승패는 설계도를 넘어 누가 더 빠르게 대량 양산 체제를 구축하느냐에 달려 있다. 김주원 글로벌이코노믹 기자 [email protected]