[단독]"가상공장서 반도체 설계"…삼성전자, 美 업체와 '디지털 트윈' 개발

삼성전자가 미국 케이던스와 협력해 일종의 '가상공장'인 디지털 트윈(Digital Twin)을 개발했다. 디지털로 구현한 가상의 공장에서 반도체 설계 과정을 시뮬레이션해 실제 작업 과정에서 발생할 수 있는 오류를 미리 잡아낸다는 목표다. 삼성전자는 중장기적으로 반도체 설계를 넘어 제조 부문에까지 디지털 트윈을 도입할 예정이다.

12일 업계에 따르면 삼성전자는 최근 미국 EDA(반도체설계자동화)·IP(설계자산) 업체인 케이던스와 협력해 디지털 트윈을 개발했다.

디지털 트윈은 현실의 기계·설비 등을 디지털 공간에 쌍둥이처럼 동일하게 재현해 개발·제조 공정을 시뮬레이션할 수 있는 기술이다. 반도체·자동차·제철 등 다양한 산업 분야에서 활용이 확대되고 있다.

삼성전자와 케이던스는 3차원 집적회로(3D-IC) 설계·패키징 공정에서 제기되는 열 방출, 휨 현상 등 문제 해결을 위해 디지털 트윈 개발을 추진한 것으로 파악된다. 실제 설비 테스트를 대체할 수 있는 시뮬레이션을 바탕으로 3D-IC 개발 시간·비용을 단축하고, 공정을 종합 분석해 제품 신뢰도를 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이번 개발은 삼성전자가 최종적으로 구현하려는 디지털 트윈의 '중간 단계' 성과다. 이 회사는 반도체 설계 등 개발 단계를 넘어 제조 공정에까지 디지털 트윈을 도입할 계획이다.

이를 위해 삼성전자는 2022년 말 디지털 트윈 TF(태스크포스)를 신설하고 TF장으로 미국 MIT(매사추세츠공대) 출신 이영웅 부사장을 임명했다. 삼성전자는 엔비디아의 디지털 트윈 플랫폼 '옴니버스'를 활용해 2030년까지 가상의 반도체 공장을 구현하는 것을 목표로 정했다.

윤석진 삼성전자 혁신센터 상무는 지난 3월 미국에서 열린 'GTC 2024'에서 '반도체 산업을 위한 옴니버스 기반 팹 디지털 트윈 플랫폼'을 주제로 발표에 나서 "2030년에는 완전 자동화 팹을 구현하는 것이 목표"라고 말했다. 디지털 트윈을 기반으로 가장 고도화한 형태(레벨5)의 스마트 팩토리를 구현하겠다는 의미로 풀이된다.

삼성전자 등 반도체 기업이 적극적으로 디지털 트윈을 도입하는 궁극적인 목표는 '수율 향상'으로 풀이된다. 반도체 공정이 복잡해지고 라인 내 장비가 늘면서 불량 요인을 잡아내기 어려워져 사전 결함 제거, 공정 실시간 관리의 중요성이 커졌기 때문이다. 파운드리(반도체 위탁 생산) 세계 1위 기업인 대만 TSMC는 수율 관리를 위해 선제적으로 디지털 트윈을 도입·운영 중인 것으로 알려졌다.