일본 정부, AI·반도체 생태계 구축에 정책 집중

일본 경제산업성은 2026년 6월 개정한 ‘반도체·디지털 산업전략’에서 AI와 반도체를 국가 경쟁력과 경제안보를 뒷받침하는 핵심 산업 기반으로 규정했다. 일본 정부는 AI 산업의 확대와 경제안보를 함께 고려해 반도체 산업을 지원하고 있으며, AI와 반도체를 개별 정책 분야로 구분하기보다는 데이터, AI 모델, 연산 기반, 통신, 전력, 인재, 보안 등을 포괄하는 AI·반도체 생태계 구축을 추진하고 있다.

생성형 AI 시대를 맞이한 반도체 산업의 기술적 패러다임 변화

생성형 AI의 보급은 반도체 산업의 수요 구조에도 변화를 가져오고 있다. AI 모델의 규모가 커지고 처리해야 할 데이터가 증가하면서 고성능 연산용 반도체에 대한 수요가 확대되고 있으며, 이를 지원하는 데이터센터와 네트워크 인프라의 중요성도 높아지고 있다. AI용 반도체는 연산 성능을 높이는 것뿐만 아니라 반도체 간 데이터 이동을 얼마나 빠르고 효율적으로 처리할 수 있는지도 주요 과제로 부상하고 있다. 고성능 반도체의 연산량이 증가할수록 프로세서와 메모리 간, 서버 간 데이터 이동량도 함께 늘어나기 때문이다. 이에 따라 기존의 전기적 데이터 전송 방식과 함께 광전융합 기술을 활용해 데이터 전송 효율을 높이는 방안에도 관심이 높아지고 있다.

더불어 칩렛 기술의 발전도 주목할 필요가 있다. 기존에는 하나의 대형 칩에 여러 기능을 집적하는 방식이 일반적이었다면, 칩렛은 기능별로 여러 개의 작은 칩을 구성한 뒤 이를 하나의 패키지에 집적하는 방식이다. 이를 통해 각 기능에 적합한 반도체 공정을 적용할 수 있으며, 설계 변경이나 기능 추가에도 유연하게 대응할 수 있다. 이러한 특성으로 인해 칩렛은 AI용 반도체와 고성능 컴퓨팅 분야에서 활용 가능성이 주목받고 있다.

<칩렛 기반 반도체 패키징 기술 AI이미지>

[자료: KOTRA 오사카무역관 자체제작]

AI 데이터센터 확대로 광전융합 기술 주목

AI 데이터센터의 규모가 확대되면서 대량의 데이터를 빠르게 전송하면서도 전력 소비를 줄일 수 있는 기술에 대한 관심도 높아지고 있다. 광전융합은 전기 신호를 광 신호로 변환해 데이터 전송에 활용하는 등 반도체와 광통신 기술을 결합하는 기술 분야이다. 데이터 처리량이 증가할수록 전기적 신호만으로 데이터를 전송하는 데 필요한 전력 소비와 발열 문제가 커질 수 있어, 광을 활용한 데이터 전송 기술이 주목받고 있다.

일본 경제산업성도 2026년 4월 ‘포스트5G 정보통신시스템 기반 강화 연구개발사업’에서 선단 반도체 후공정의 광실장(Optical Packaging)을 구현하기 위한 패키징 기술 개발을 지원 대상으로 선정했다. 해당 사업에는 저지연·초저전력 AI 가속기 및 AI 에이전트 프로세서 개발도 포함됐다. 이는 일본이 선단 반도체 경쟁력 확보를 위해 전공정뿐만 아니라 후공정 분야의 기술 개발도 함께 추진하고 있음을 보여주는 사례이다.

반도체 경쟁, 전공정에서 첨단 패키징으로 확대

반도체 산업에서는 회로 선폭을 줄이는 미세화 공정이 성능 향상과 전력 효율 개선을 위한 주요 수단으로 활용돼 왔지만, 공정이 미세해질수록 제조 공정의 복잡성과 설비 투자 부담이 커지는 등 기술적·경제적 부담도 증가한다. 이에 따라 여러 개의 칩을 하나의 패키지에 연결하는 첨단 패키징 기술의 중요성이 높아지고 있다. 2.5D 및 3D 패키징은 서로 다른 반도체를 수평 또는 수직으로 연결하는 기술이며, 칩렛은 기능별로 반도체를 분리한 뒤 하나의 시스템으로 통합하는 방식이다. 이러한 기술은 AI 반도체뿐만 아니라 고성능 컴퓨팅, 데이터센터, 네트워크 장비 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

일본 정부의 정책에서도 첨단 패키징은 주요 기술 분야로 다뤄지고 있다. 2026년 개정된 ‘반도체·디지털 산업전략’은 AI와 반도체의 연계를 강화하면서 데이터, AI 모델, 연산 기반, 통신, 전력 등을 포괄하는 산업 생태계 구축을 추진하고 있다. 이는 일본의 반도체 산업정책이 국내 반도체 생산 확대에만 초점을 두기보다는 소재·장비·패키징·통신·전력 등 관련 산업 기반을 함께 강화하는 방향으로 확대되고 있음을 보여준다.

Rapidus, 2nm 세대 칩렛 기술 개발

Rapidus는 일본 정부의 지원사업과 연계해 2nm 세대 로직 반도체의 전공정뿐만 아니라 칩렛 및 첨단 패키징 등 후공정 기술 개발도 병행하고 있다. 일본 경제산업성은 2026년 4월 11일 ‘포스트5G 정보통신시스템 기반 강화 연구개발사업’의 단계별 심사 결과에 따라 Rapidus가 수행하는 ‘2nm 세대 반도체의 칩렛·패키지 설계·제조기술 개발’ 사업에 대한 예산 증액을 승인했다. 해당 사업은 2024년 3월 채택되었으며, 기업 외 도쿄대학 등 다양한 기관이 참여하고 있다.

칩렛은 하나의 대형 칩에 모든 기능을 집적하는 대신 기능별로 분리된 복수의 반도체 칩을 하나의 패키지에 통합하는 기술이다. 이를 활용하면 각 기능에 적합한 반도체 공정을 선택할 수 있어 성능과 전력 효율을 높이는 동시에 제품별 요구사항에 맞춘 설계가 가능하다. Rapidus는 칩렛 패키징 기술을 활용해 고객 요구에 맞춘 고성능·다품종 반도체를 유연하게 생산하는 '전용 다품종' 제조 모델을 구현한다는 구상이다.

<칩렛 패키지 구조의 발전>

[자료: Rapidus]

시사점

AI용 반도체의 고성능화가 진행되면서 칩렛, 2.5D·3D 패키징 등 후공정 기술의 중요성도 높아질 것으로 예상된다. 이에 따라 우리 기업은 패키징 소재·부품, 기판, 접합, 검사·측정 등 각자의 기술 분야에서 일본 기업과의 협력 기회를 모색할 수 있다.

광전융합 및 광통신 분야에서는 AI 데이터센터의 데이터 처리량 증가에 따라 고속·저전력 데이터 전송에 대한 수요가 확대될 가능성이 있다. 광소자, 광통신 부품, 광전변환 관련 기술을 보유한 기업은 일본 기업과의 공동개발이나 공급망 협력 등을 검토할 수 있다. 또한 첨단 패키징과 칩렛 기술의 적용이 확대되면서 반도체 제조 및 패키징 과정에서 품질과 신뢰성을 확인하는 검사·분석 기술의 중요성도 커질 것으로 보인다.

AI 데이터센터의 확대와 함께 전력 효율을 높이는 전력관리 기술과 냉각기술에 대한 수요도 증가할 가능성이 있다. 관련 기술을 보유한 기업은 반도체 제조사뿐만 아니라 데이터센터 운영기업, 장비기업, 시스템 기업 등으로 협력 대상을 확대해 일본 시장 진출 가능성을 타진해볼 수 있다.

자료 : 일본 정부, 경제산업성, 대한민국 국회도서관, Rapidus, AKKoDiS 컨설팅 주식회사, KOTRA 오사카무역관 자료 종합