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AI 컴퓨팅 기술 분야의 선두주자인 엔비디아(NVIDIA)가 아시아 최대 ICT 전시회 컴퓨텍스(COMPUTEX) 2026을 맞이해 개최한 엔비디아 GTC 타이베이(NVIDIA GTC Taipei)에서 세계적인 반도체 기업 TSMC가 엔비디아 가속 컴퓨팅과 AI를 활용해 반도체 설계와 제조 공정을 대폭 고도화하고 있다고 발표했다. 반도체 공정이 첨단 노드로 진화함에 따라 설계에서 대량 생산에 이르는 과정이 매우 복잡한 컴퓨팅 과제로 부각되는 가운데, TSMC는 첨단 팹의 납기 시간, 에너지 효율, 수율, 운영 생산성을 개선하기 위해 반도체 제조 수명주기 전체에 가속 컴퓨팅 기술을 도입했다.

첨단 노드 진화에 따른 시뮬레이션 고도화 요구와 양사 최고경영자 견해

나노미터 단위의 초미세 공정이 도입되면서 컴퓨팅 리소그래피, 트랜지스터 시뮬레이션, 공정 제어는 대규모 데이터 분석과 실시간 최적화가 필수적인 영역이 됐다. 물리적 한계를 극복하기 위해 이미지 및 정밀 분석을 지원하는 비전 AI 시스템 도입이 전방위로 확산되는 추세다. 업계 전문가들은 차세대 칩의 생산 성공 여부가 가상 환경에서의 사전 검증 속도와 머신 러닝을 통한 공정 변동 최소화 역량에 달려 있다고 분석한다.

엔비디아 창립자 겸 CEO 젠슨 황(Jensen Huang)은 “엔비디아와 TSMC는 30년 가까이 컴퓨팅의 한계를 도전하기 위해 협력해 왔다”며, “TSMC는 엔비디아 AI와 가속 컴퓨팅을 팹에 도입해 세계에서 가장 복잡한 설계, 제조 과제를 해결하는 동시에 차세대 칩의 속도, 효율, 수율을 개선하고 있다”고 말했다. TSMC 회장 겸 CEO 웨이저자(C.C. Wei) 역시 엔비디아 가속 컴퓨팅과 AI를 통해 기술 리더십과 제조 역량을 강화함으로써 고객의 차세대 제품 성공을 적극적으로 지원하겠다는 의지를 표명했다.

쿠다-X 라이브러리와 GPU 가속 기반 공정 최적화의 기술적 특징

TSMC는 방대한 컴퓨팅 워크로드를 처리하고 고도로 조율된 팹 운영을 실현하기 위해 엔비디아 GPU 환경에서 엔비디아 쿠다-X(CUDA-X) 라이브러리와 AI 모델을 전격 활용하고 있다. 컴퓨팅 리소그래피 분야에서는 칩 마스크 설계를 위한 인쇄 공정에 엔비디아 cu리소(cuLitho) GPU 가속 라이브러리를 도입하여, 기존 CPU 기반 컴퓨팅 대비 비용 효율 또는 처리 시간을 20%에서 최대 50%까지 개선하는 성과를 거두었다.

또한 반도체 소재 설계를 위한 화학 시뮬레이션 가속 라이브러리인 엔비디아 cuEST를 통해 전자 구조 시뮬레이션 속도를 평균 50배 더 빠르게 수행하고 있다. 첨단 공정 제어 측면에서는 엔비디아 cuML 머신 러닝 라이브러리를 활용해 수천 개 단계에 걸친 수십만 개의 공정 매개변수를 정밀 입력값으로 정제함으로써 공정 변동을 대폭 줄였다. 아울러 엔비디아 H200 GPU 기반의 가속 스케줄링 컴퓨팅을 통해 복잡한 제약 조건 관리 역량을 강화하고 생산 경로를 간소화하여 팹 생산성을 극대화했다.

비전 AI 결함 검사 도입과 옴니버스 기반 팹트윈 구축 미래 비전

품질 관리 영역에서는 매우 미세한 결함도 수율에 결정적인 영향을 미치는 만큼, 엔비디아 메트로폴리스(Metropolis) 플랫폼과 엔비디아 TAO 툴킷(TAO Toolkit)을 활용한 고도화된 비전 AI 기술을 도입했다. 이를 통해 나노미터 단위의 결함 탐지 성능을 획기적으로 개선했으며, 공정 조건이나 검사 장비가 변화할 때 발생하는 반복적인 라벨링과 재훈련 필요성을 줄여 품질 검사 효율을 높였다.

나아가 TSMC는 장비, 소재, 로봇 등 복잡한 시스템의 유기적 조율을 위해 엔비디아 옴니버스(Omniverse) 라이브러리를 활용한 가상 팹 환경인 팹트윈(FabTwin) 구축을 검토하고 있다. 실제 공장 구축이나 자본 투입에 앞서 설계 시나리오를 디지털 방식으로 테스트하고 잠재적 제약 요인을 조기에 파악함으로써 가상 우선 접근 방식을 통한 계획 효율을 높이고 중요한 의사결정을 가속화할 방침이다. TSMC는 이러한 고도의 디지털 혁신을 바탕으로 글로벌 반도체 제조 시장에서의 기술적 표준 리더십을 지속적으로 리드해 나갈 계획이다.