MCM

MCM은 하나의 기판 위에 여러 개의 반도체 칩을 고밀도로 탑재하여 하나의 모듈로 만드는 패키징 기술이다. 이는 단일 칩으로는 구현하기 어려운 고성능과 복잡한 기능을 달성하기 위한 방법으로 발전했다. MCM은 기본적으로 여러 개의 독립된 칩을 물리적으로 결합하지만, 전기적으로는 하나의 시스템처럼 동작하도록 설계된다.

MCM의 핵심 개념은 집적회로의 집적도를 칩 자체의 미세 공정을 통해서만 높이는 것이 아니라, 패키징 수준에서 여러 칩을 고밀도로 집적함으로써 시스템 전체의 성능과 기능을 향상시키는 데 있다. 이는 무어의 법칙에 따른 단일 칩의 집적도 한계를 보완하거나, 서로 다른 공정으로 제조된 이질적인 칩들(예: 디지털 신호 처리 칩과 메모리 칩)을 효율적으로 통합할 수 있는 장점을 제공한다.

초기 MCM은 주로 세라믹이나 세라믹 기판을 사용한 고가의 방식이었으나, 기술 발전에 따라 프린트 회로 기판, 세라믹 기판, 실리콘 기판 등 다양한 기판 재료를 활용하는 형태로 진화했다. 이러한 개념은 오늘날 고성능 컴퓨팅, 서버, 그리고 고급 통신 장비 등에서 시스템 성능과 공간 효율성을 극대화하는 데 필수적인 기술로 자리 잡았다.

MCM 기술의 발전 과정은 반도체 산업의 고집적화와 고성능화 요구에 맞춰 진화해 왔다. 초기 개념은 1960년대부터 등장했으나, 본격적인 발전은 1980년대부터 시작되었다. 당시 IBM과 DEC 같은 메인프레임 컴퓨터 제조사들은 시스템 성능을 높이기 위해 여러 개의 집적 회로를 하나의 기판 위에 탑재하는 방식을 연구했다. 이는 단일 칩의 집적도 한계를 극복하고, 칩 간의 신호 전달 지연을 줄이기 위한 목적이었다.

1990년대에 들어서면서 다층 세라믹 기판 기술이 발전하고, 와이어 본딩보다 고속 신호 전송이 가능한 플립 칩 접합 기술이 도입되면서 MCM의 실용성이 크게 향상되었다. 이 시기에는 주로 고성능 워크스테이션과 군사용 장비에 적용되었다. 2000년대 초반에는 적층형 패키지 기술과 실리콘 인터포저 같은 정교한 상호 연결 기술이 등장하며, MCM은 더욱 소형화되고 복잡한 시스템을 구현하는 데 활용되기 시작했다.

2010년대 이후 MCM 기술은 고성능 컴퓨팅과 데이터 센터 시장의 폭발적 성장과 함께 새로운 전기를 맞았다. 특히 GPU와 CPU 제조사들은 단일 대형 칩(다이)을 제조하는 것보다 여러 개의 소형 칩을 MCM 방식으로 조립하는 것이 수율과 경제성 측면에서 유리하다는 점을 발견했다. 이로 인해 칩렛 설계 패러다임이 부상했으며, MCM은 현대 반도체 패키징 기술의 핵심 축으로 자리 잡게 되었다.

MCM의 핵심은 여러 개의 반도체 칩을 하나의 패키지 내에 고밀도로 집적하는 패키징 기술이다. 이는 단일 칩 패키지와 구별되는 다중 칩 구성 방식으로, 칩 간의 물리적 거리를 최소화하고 고속 신호 전송을 가능하게 한다. 주요 패키징 기술은 기판의 종류와 칩 부착 방식에 따라 세분화된다.

기판 유형에 따라 세라믹 기판 MCM-C, 금속 기판 MCM-D, 적층 기판 MCM-L 등으로 분류된다. MCM-C는 높은 신뢰성과 우수한 열적 특성으로 군사용 및 고신뢰성 분야에 사용된다. MCM-D는 박막 증착 기술을 이용해 매우 미세한 선폭과 높은 배선 밀도를 구현하며, 고성능 응용에 적합하다. MCM-L은 인쇄 회로 기판 기술을 기반으로 하여 상대적으로 낮은 비용으로 제작 가능하다.

칩을 기판에 부착하는 방식에는 와이어 본딩, 플립 칩, 테이프 자동 본딩 등이 있다. 와이어 본딩은 가장 전통적인 방식이지만, 고속 신호 전송에는 한계가 있다. 플립 칩 기술은 칩의 범프를 통해 기판과 직접 전기적, 기계적으로 연결하여 짧은 인터커넥트 길이와 우수한 전기적 성능을 제공한다. 이는 MCM의 고밀도화와 고속 동작에 필수적인 기술이다.

MCM의 핵심 구성 요소인 상호 연결 기술은 패키지 내에 집적된 여러 반도체 칩 간의 전기적 신호 전달 경로를 형성하는 기술이다. 이 기술의 성능은 전체 MCM의 동작 속도, 전력 소모, 신호 무결성에 직접적인 영향을 미친다. 주요 상호 연결 방식은 사용되는 매체와 구조에 따라 다양하게 분류된다.

가장 전통적인 방식은 인쇄 회로 기판과 유사한 기술을 사용하는 기판 상호 연결이다. 세라믹이나 유기 기판 표면에 구리 배선 패턴을 형성하여 칩을 연결한다. 이 방식은 비교적 낮은 비용과 검증된 신뢰성을 장점으로 가지지만, 배선 밀도와 신호 전송 속도에 한계가 있다. 이를 보완하기 위해 적층 세라믹 기판이나 다층 유기 기판을 사용하여 배선 층을 증가시키는 방법이 발전했다.

고성능 MCM에서는 더 높은 배선 밀도와 우수한 전기적 특성을 제공하는 박막 상호 연결 기술이 널리 사용된다. 실리콘, 세라믹, 또는 금속 기판 위에 절연층과 금속 배선층을 박막 공정으로 적층하여 미세한 선폭과 선간격을 구현한다. 이 기술은 수 마이크로미터 수준의 미세 배선이 가능하여 고속 신호 전송에 적합하다. 특히 실리콘 기판을 이용한 상호 연결은 반도체 공정과의 호환성이 뛰어나 초고밀도 집적에 활용된다.

와이어 본딩과 플립 칩은 칩과 기판을 직접 연결하는 1차 레벨 상호 연결 기술에 속한다. 와이어 본딩은 칩의 패드와 기판의 패드를 미세 금속 와이어로 연결하는 방식으로, 장비 비용이 낮고 적용이 용이하다. 그러나 연결 길이가 길어 인덕턴스가 증가하고 고속 동작에는 불리한 단점이 있다. 반면 플립 칩 접합 기술은 칩 표면에 형성된 솔더 범프를 통해 칩을 기판 위에 뒤집어 직접 접합한다. 이 방식은 연결 거리가 매우 짧아 인덕턴스와 신호 지연을 최소화하며, 우수한 열적, 전기적 성능을 제공하여 최신 고성능 MCM의 핵심 기술로 자리 잡았다.

MCM의 고집적 구조는 발열 밀도를 급격히 증가시키는 주요 원인이다. 단일 칩에 비해 여러 개의 활성 소자가 좁은 공간에 집적되므로, 발생하는 열을 효과적으로 방출하지 못하면 성능 저하, 수명 단축, 심지어 고장으로 이어질 수 있다. 따라서 효율적인 열 관리 기술은 MCM의 신뢰성과 성능을 보장하는 핵심 요소이다.

주요 열 관리 방식은 크게 수동식 냉각과 능동식 냉각으로 구분된다. 수동식 냉각은 열전도와 대류에 의존하는 방식으로, 열전도성 접착제나 열 인터페이스 재료를 사용해 칩에서 발생한 열을 히트싱크로 전달한 후, 자연 대류나 팬을 이용한 강제 공기 냉각으로 방출한다. 고성능 MCM에서는 구리 또는 세라믹 재질의 고성능 히트싱크와 함께 열전도율이 높은 그래핀 기반 인터페이스 재료가 적용되기도 한다.

보다 고성능을 요구하는 분야에서는 능동식 액체 냉각 기술이 필수적이다. 이 방식은 MCM 기판 근처에 마이크로 채널 히트싱크를 설치하거나, 냉각판을 직접 부착하여 냉각수를 순환시켜 열을 제거한다. 특히 2.5D 패키징이나 3D 패키징처럼 적층 구조가 복잡해질수록 층간의 열적 간섭이 심해지므로, 칩 내부에 TSV를 활용한 열 방출 경로를 설계하거나, 열 특성이 다른 이종 칩들을 배치할 때 열 분포를 최적화하는 열 시뮬레이션 도구의 중요성이 커지고 있다.

MCM은 사용되는 기판의 재료와 구조에 따라 크게 세 가지 유형으로 분류된다. 각 유형은 전기적 성능, 집적도, 비용, 열적 특성 등에서 차이를 보인다.

MCM-C는 소결된 세라믹 기판을 사용하며, 내구성과 열전도율이 뛰어나 열적 관리가 중요한 고출력 애플리케이션에 적합하다. 반면, MCM-L은 기존 인쇄회로기판 제조 기술을 확장한 형태로, 가장 경제적이지만 상대적으로 선폭과 선간격이 넓어 집적도에 제한이 있다. MCM-D는 반도체 공정과 유사한 박막 증착 기술을 활용하여 미세한 패턴을 구현할 수 있어, 고속 신호 처리와 초소형화가 필수적인 분야에서 선호된다.

집적 방식에 따른 분류는 다중 칩 모듈 내부의 칩을 배열하고 연결하는 방법에 초점을 맞춘다. 주요 방식으로는 2차원 평면 배열과 3차원 적층 방식이 있으며, 각각의 접근법은 성능, 밀도, 제조 복잡도 측면에서 뚜렷한 특징을 보인다.

2차원 평면 배열 방식은 칩들을 기판 표면에 나란히 배치하는 전통적인 방법이다. 이 방식은 다시 와이어 본딩을 사용하는 방식과 플립 칩 본딩을 사용하는 방식으로 나뉜다. 와이어 본딩 방식은 칩의 패드를 기판의 패드에 얇은 금속 와이어로 연결하는 비교적 단순한 기술이다. 반면, 플립 칩 방식은 칩의 범프를 기판의 대응 패드에 직접 접합하여 더 짧은 상호 연결 길이와 높은 입출력 밀도를 달성한다. 2D 방식은 열 관리가 상대적으로 용이하고 검사 및 수리가 비교적 간단하지만, 기판 면적을 많이 차지한다는 한계가 있다.

3차적 적층 방식은 칩이나 인터포저를 수직으로 쌓아 올려 공간 효율성을 극대화한다. 이는 TSV 기술을 통해 실현된다. TSV는 실리콘 웨이퍼나 칩을 관통하는 미세한 구멍을 만들어 전기적 연결을 수직으로 형성한다. 3D MCM은 칩 간의 신호 경로를 매우 짧게 만들어 고대역폭과 저전력 소비를 가능하게 한다. 그러나 적층 공정의 복잡성, 열 집중 문제, 그리고 비용이 주요한 도전 과제로 남아 있다.

이러한 집적 방식의 선택은 목표하는 성능, 전력 소비, 폼 팩터, 그리고 비용 제약에 따라 결정된다. 최근에는 2D와 3D 방식을 혼합한 2.5D 집적 방식도 널리 사용된다. 2.5D 방식은 칩들을 고대역폭 실리콘 인터포저 위에 나란히 배치한 후, 이 인터포저를 기판에 연결하는 방식으로, 순수 3D 적층보다 제조가 용이하면서도 우수한 성능을 제공한다.

MCM은 여러 개의 반도체 다이를 하나의 패키지 내에 집적함으로써 높은 성능과 우수한 공간 효율성을 동시에 달성한다. 각 다이는 서로 다른 기능을 수행하는 칩으로 구성될 수 있으며, 이들을 고밀도로 배치하고 고속으로 연결함으로써 단일 칩으로는 구현하기 어려운 복잡한 시스템을 작은 공간에 구현할 수 있다. 이는 특히 인쇄 회로 기판 상에서 개별 칩들을 배치하는 전통적인 방식에 비해 신호 전달 경로를 극단적으로 단축시킨다. 신호 경로가 짧아지면 신호 지연이 줄어들고, 전력 소모가 감소하며, 결과적으로 전체 시스템의 작동 속도와 성능이 크게 향상된다.

공간 효율성 측면에서 MCM은 시스템의 소형화와 경량화에 크게 기여한다. 여러 개의 칩과 수동 소자를 하나의 패키지로 통합함으로써 인쇄 회로 기판의 점유 면적을 획기적으로 줄일 수 있다. 이는 휴대용 장비, 위성 통신 장비, 군사용 전자 장비처럼 공간 제약이 극심한 응용 분야에서 결정적인 장점으로 작용한다. 또한, 패키지 내부의 고밀도 집적은 외부 환경으로부터의 간섭을 줄이고, 전자기 간섭 특성을 개선하는 효과도 있다.

성능 향상은 주로 상호 연결 기술의 발전에 힘입은 바가 크다. MCM 내부의 다이 간 연결은 와이어 본딩이나 플립 칩 방식보다 훨씬 짧고 최적화된 미세 배선을 통해 이루어진다. 이 고밀도 인터포저는 외부 인쇄 회로 기판의 트레이스보다 훨씬 높은 대역폭과 낮은 인덕턴스를 제공한다. 결과적으로, 메모리와 프로세서 같은 고대역폭 구성 요소들 사이의 데이터 전송 속도가 비약적으로 증가하며, 이는 고성능 컴퓨팅 시스템과 고속 통신 장비의 핵심 요구사항을 충족시킨다.

MCM의 제조 비용은 단일 칩 SoC에 비해 일반적으로 높은 편이다. 이는 여러 개의 이종 칩을 하나의 패키지 내에 통합하기 위한 복잡한 패키징 공정과 고밀도 상호 연결 기술이 필요하기 때문이다. 특히 고성능을 요구하는 응용 분야에서는 고가의 실리콘 인터포저나 적층 기판을 사용해야 하며, 이는 전체 비용을 상승시키는 주요 요인이다. 또한 각 칩(KGD)을 사전에 테스트하고 선별하는 과정도 추가 비용을 발생시킨다.

신뢰성 측면에서 MCM은 단일 실패 지점이 여러 개 존재할 수 있다는 잠재적 위험을 안고 있다. 하나의 패키지 내에 여러 칩이 통합되어 있기 때문에, 한 칩의 결함이 전체 모듈의 고장으로 이어질 수 있다. 열 관리도 중요한 과제로, 고밀도 집적으로 인한 발열이 제어되지 않으면 열적 스트레스로 인해 수명이 단축되거나 성능이 저하될 수 있다. 이러한 이유로 군사 및 항공우주 분야와 같은 극한 환경에서는 특별한 신뢰성 평가와 검증 절차가 요구된다.

그러나 대량 생산과 기술의 성숙화는 비용을 점차 낮추는 방향으로 작용한다. 표준화된 인터포저나 패키징 솔루션의 등장, 그리고 와이어 본딩보다 신뢰성이 높은 플립 칩과 TSV 기술의 발전은 MCM의 경제성과 신뢰성을 동시에 개선하고 있다. 특히 고성능 컴퓨팅과 데이터 센터와 같은 분야에서는 성능 향상으로 인한 전체 시스템 비용 절감 효과가 MCM의 높은 단위 비용을 상쇄할 수 있어 점차 채택이 확대되고 있다.

MCM은 고성능 컴퓨팅 시스템의 핵심 성능을 극대화하는 데 필수적인 패키징 기술이다. 고성능 컴퓨팅은 복잡한 과학적 계산, 기상 예측, 유체 역학 시뮬레이션, 신약 개발 등의 작업을 수행하며, 이를 위해서는 다수의 고성능 프로세서와 대용량 메모리 간의 초고속 데이터 전송이 요구된다. MCM은 여러 개의 반도체 칩(예: CPU, GPU, HBM)을 단일 기판 위에 고밀도로 집적하고, 이들 사이를 초고대역폭 상호 연결로 묶어 하나의 강력한 컴퓨팅 모듈로 만든다. 이는 단일 칩으로는 구현하기 어려운 거대한 코어 수와 메모리 대역폭을 실현하는 데 기여한다.

주요 응용 사례로는 슈퍼컴퓨터와 데이터 센터용 서버가 있다. 현대의 슈퍼컴퓨터와 고성능 서버는 수천 개의 컴퓨팅 노드로 구성되며, 각 노드의 성능은 MCM 기술에 크게 의존한다. 예를 들어, 다이(die) 간 통신을 위한 인터포저 기술과 TSV를 활용한 2.5D 패키징 또는 3D 패키징은 프로세서 다이와 고대역폭 메모리(HBM)를 밀접하게 결합하여 데이터 병목 현상을 크게 줄인다. 이를 통해 플롭스 단위의 연산 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 인공지능과 머신러닝, 특히 대규모 모델 훈련에 사용되는 AI 가속기에서 MCM의 역할은 점점 더 중요해지고 있다. AI 연산은 방대한 매개변수를 고속으로 처리해야 하므로, 컴퓨팅 유닛과 메모리 유닛 간의 데이터 이동 효율이 전체 시스템 성능을 좌우한다. MCM을 통해 여러 개의 가속기 칩과 수 기가바이트 용량의 HBM 스택을 단일 패키지로 통합함으로써, 에너지 효율적인 초고속 AI 연산이 가능해진다. 이는 엑사스케일 컴퓨팅 시대를 열기 위한 핵심 기술 중 하나로 평가받는다.

MCM은 고밀도, 고속, 고신뢰성을 요구하는 통신 장비의 핵심 부품으로 광범위하게 활용된다. 특히 네트워크 프로세서, 라우터, 스위치, 기지국 장비, 광전송 장비 등에서 시스템 성능과 집적도를 높이는 데 기여한다. 통신 인프라가 5G 및 초고속 백본 네트워크로 진화함에 따라 데이터 처리량과 속도 요구사항이 급격히 증가했으며, MCM은 단일 칩으로 구현하기 어려운 복잡한 기능을 하나의 패키지 내에 통합하여 이러한 요구를 충족시킨다.

통신 장비에서 MCM은 주로 다중 채널 데이터 변환기(ADC/DAC), 고주파 RF 프론트엔드 모듈, 그리고 대규모 메모리와 프로세서를 결합하는 데 사용된다. 예를 들어, 프로세서 코어, 고대역폭 메모리(HBM), 고속 직렬 링크 PHY 레이어를 하나의 MCM으로 패키징하면, 데이터가 칩 간을 이동하는 거리가 짧아져 지연 시간이 줄고 에너지 효율이 향상된다. 이는 패킷 포워딩 속도와 네트워크 대역폭을 결정하는 중요한 요소가 된다.

다음은 통신 장비에서 MCM이 적용되는 주요 구성 요소와 그 역할의 예시이다.

이러한 적용을 통해 통신 장비 제조사는 보다 소형화되고 전력 효율이 높은 시스템을 설계할 수 있으며, 네트워크 용량과 속도를 지속적으로 확장하는 데 MCM 기술이 핵심적인 역할을 한다.

MCM은 극한 환경에서의 신뢰성, 소형화, 고성능 요구사항을 충족시키기 위해 군사 및 항공우주 분야에서 오랫동안 핵심 기술로 사용되어 왔다. 이 분야의 장비는 진동, 충격, 극한 온도, 고방사선 환경에서도 안정적으로 작동해야 하며, 공간과 무게에 대한 제약이 매우 엄격하다. MCM은 여러 개의 반도체 칩을 하나의 패키지 내에 고밀도로 집적하여 시스템 전체의 크기와 무게를 줄이면서도, 기판과 봉재 기술을 통해 내환경성을 극대화할 수 있다. 따라서 레이더 시스템, 위성 통신 장비, 항법 장치, 전자전 시스템 등에 광범위하게 적용된다.

군용 항공기나 미사일의 유도 시스템은 신호 처리 속도와 정확도가 생존을 좌우하는 경우가 많다. MCM을 활용하면 고속 프로세서, 메모리, 아날로그-디지털 변환기 등 다양한 기능의 칩을 단일 모듈로 통합해 데이터 처리 지연을 최소화하고 시스템 응답 속도를 높일 수 있다. 또한, 우주 공간이나 고고도에서 작동하는 인공위성의 경우 방사선에 의한 소프트 에러나 장비 고장 위험이 크다. MCM은 방사선 경화 기술과 결합되어 특수 제작된 칩을 사용하거나, 패키징 단계에서 차폐 처리를 강화하여 이러한 위험을 줄인다.

다음은 군사 및 항공우주 분야에서의 대표적인 MCM 응용 사례이다.

이러한 분야에서는 단위 성능뿐만 아니라 시스템의 수명 주기 비용과 유지보수성도 중요하게 고려된다. MCM은 모듈화된 설계를 가능하게 하여, 고장이 발생한 경우 전체 보드를 교체하지 않고 특정 MCM 모듈만 교체할 수 있도록 한다. 이는 군사 장비의 가동 시간을 늘리고 유지보수 비용을 절감하는 데 기여한다[2].

MCM과 SoC는 모두 반도체 집적화를 위한 기술이지만, 접근 방식과 특징에서 뚜렷한 차이를 보인다. SoC는 하나의 실리콘 웨이퍼 위에 프로세서, 메모리, 입출력 인터페이스 등 시스템의 핵심 기능 블록을 모두 통합하는 방식이다. 이는 설계와 제조가 매우 복잡하고 비용이 높지만, 완성된 칩의 전력 효율과 성능이 우수하며 물리적 크기가 작다는 장점이 있다.

반면 MCM은 여러 개의 독립된 다이(칩)를 하나의 패키지 내 고밀도 기판 위에 탑재하고 고속 상호 연결 기술로 결합한다. 이는 이미 검증된 기성 칩들을 활용할 수 있어 설계 기간이 짧고, 각 다이를 최적의 공정 기술로 제작할 수 있는 유연성을 제공한다. 또한 고성능 프로세서와 고대역폭 메모리를 물리적으로 가까이 배치해 SoC보다 우수한 성능을 달성할 수 있는 경우도 있다.

두 기술의 주요 차이점을 비교하면 다음과 같다.

요약하면, SoC는 대량 생산과 높은 집적도를 요구하는 시장에 적합한 반면, MCM은 빠른 시장 출시, 이종 기술 통합, 고성능 특화 시스템 구현에 강점을 지닌다. 현대에는 두 기술의 경계가 모호해지며, MCM 방식으로 여러 개의 SoC를 패키징하는 하이브리드 접근법도 등장하고 있다.

MCM과 SiP는 모두 여러 개의 반도체 칩을 하나의 패키지로 통합하는 패키징 기술이다. 두 기술의 핵심적인 차이는 집적 수준과 설계 접근 방식에 있다.

MCM은 주로 고성능과 고대역폭 연결에 초점을 맞춘다. MCM은 일반적으로 고밀도 기판 위에 여러 개의 다이를 나란히 배치하고, 기판 상의 미세한 배선을 통해 칩 간에 고속으로 신호를 전송한다. 이 방식은 SoC처럼 모든 기능을 단일 칩에 집적하는 데 따른 기술적, 경제적 한계를 우회하면서도, 단일 패키지 내에서 칩 간 거리를 최소화하여 시스템 전체 성능을 높인다. 따라서 고성능 컴퓨팅 서버나 네트워크 스위치와 같은 응용 분야에서 선호된다.

반면, SiP는 보다 포괄적인 개념으로, 이종 집적과 소형화에 중점을 둔다. SiP는 단일 패키지 내에 다이, 수동 소자, 심지어 MEMS 센서와 같은 이질적인 구성 요소들을 수직 또는 수평으로 적층하거나 배열할 수 있다. 집적 방식도 와이어 본딩, 플립 칩, TSV 등 더 다양하게 활용된다. SiP의 주요 목표는 시스템의 전체 부피를 줄이고, 서로 다른 공정으로 제작된 칩들을 효율적으로 결합하여 완성된 기능 모듈을 제공하는 것이다. 이는 스마트폰, 웨어러블 기기와 같이 공간 제약이 심한 모바일 기기에 적합하다.

요약하면, MCM은 고성능 인터포저 기반의 2.5D 수평 집적 솔루션에 가깝고, SiP는 기능 통합과 소형화를 위한 더 광범위한 3D 적층 패키징 기술의 범주를 지칭한다. 현대에는 두 기술의 경계가 모호해지며, 고성능 MCM 구현에도 SiP의 기술 요소가 많이 활용되고 있다.

MCM 기술의 발전 방향은 주로 고집적화, 고성능화, 그리고 비용 효율성 향상에 집중되어 있다. 핵심적인 트렌드는 2.5D 패키징 및 3D 패키징 기술과의 융합이다. 특히 TSV 기술을 활용한 적층형 MCM은 수직 방향으로 칩을 적층하여 더 짧은 상호 연결 길이와 더 높은 대역폭을 실현한다. 이는 AI 가속기나 고성능 컴퓨팅 프로세서와 같이 데이터 병목 현상을 줄여야 하는 응용 분야에 필수적이다.

또 다른 중요한 방향은 이종 집적의 심화이다. 서로 다른 공정 노드로 제작된 CPU, GPU, 메모리, RF 칩 등을 단일 패키지 내에 최적으로 통합하는 기술이 발전하고 있다. 이를 통해 각 구성 요소의 장점을 극대화하고 시스템 전체의 성능과 효율을 향상시킬 수 있다. 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징과 같은 새로운 패키징 기술도 MCM의 설계 유연성과 생산성을 높이는 데 기여하고 있다.

열 관리 기술의 진보도 중요한 과제이다. 고집적화와 전력 밀도 증가로 인해 발열 문제가 더욱 심각해지고 있다. 따라서 액체 냉각, 열전소자, 고성능 열 인터페이스 재료 등 새로운 냉각 솔루션이 MCM 패키지에 통합되는 방향으로 연구가 진행된다. 이러한 발전은 시스템의 신뢰성과 수명을 보장하는 데 핵심적이다.

마지막으로, 설계 및 제조 공정의 효율화와 표준화가 지속적으로 추진된다. 복잡한 MCM 설계를 지원하는 EDA 도구의 발전과 함께, UCIe와 같은 개방형 칩렛 상호 연결 표준의 등장은 생태계 확장과 비용 절감에 기여할 것으로 전망된다. 이는 MCM이 SoC의 한계를 넘어 보다 모듈화되고 확장 가능한 시스템 구축의 핵심 기술로 자리매김하는 데 기반이 된다.

MCM 시장은 고성능 컴퓨팅과 인공지능 가속기, 5G 및 차세대 통신 인프라, 그리고 첨단 자동차 전장 시스템에 대한 수요 증가로 지속적인 성장이 예상된다. 특히 데이터 센터에서의 AI 학습 및 추론 작업은 다수의 고성능 반도체를 고대역폭으로 연결해야 하므로 MCM 기술의 핵심 적용처로 부상하고 있다. 또한 소형화와 전력 효율에 대한 요구가 높은 모바일 및 웨어러블 기기 분야에서도 MCM의 중요성이 커지고 있다.

기술적 발전 방향과 맞물려 시장은 이종 집적을 통한 시스템 성능 최적화에 대한 관심이 높아질 것이다. 단일 칩(SoC)으로 모든 기능을 통합하는 데 한계가 나타남에 따라, 서로 다른 공정 노드로 제작된 칩(예: CPU, GPU, 메모리)을 하나의 패키지 내에 통합하는 MCM 방식의 수요가 증가할 전망이다. 이는 개발 비용과 시간을 절감하면서도 최적의 성능을 구현할 수 있는 유연한 솔루션을 제공한다.

장기적으로는 칩렛 기반의 모듈형 설계 패러다임이 MCM 시장을 재편할 것으로 보인다. 여러 공급업체가 제작한 표준화된 칩렛을 조합하여 하나의 패키지로 집적하는 방식이 확산되면, 설계 유연성은 극대화되고 비용은 절감되는 생태계가 구축될 것이다. 이에 따라 MCM 기술은 단순한 패키징 솔루션을 넘어 시스템 설계의 핵심 축으로 자리 잡게 된다. 그러나 표준화 지연, 테스트 복잡성 증가, 고급 패키징 공정의 높은 초기 투자 비용 등은 시장 성장을 저해할 수 있는 과제로 남아있다.