인텔, 우주용 AI 칩 '스타파이어' 공개... "18A 공정으로 궤도상 AI 추론 지원"

우주 공간에서 인공지능(AI) 모델을 실시간으로 구동하는 시대가 본격화될 전망이다. 인텔이 최첨단 18A 공정 기반의 우주용 AI 시스템온칩(SoC) '스타파이어(Starfire)'를 공개하며, 그동안 저성능·방사선 내성 칩 위주였던 우주 반도체 시장의 본격적인 세대교체를 선언했다. 인텔은 9일(현지시간) 미국 정부와 국방·우주 프로그램을 겨냥해 개발한 이 차세대 칩을 선보였다. 스타파이어는 극한의 우주 환경을 견디는 강력한 내구성을 갖춘 것은 물론, 기존 우주용 프로세서의 한계를 뛰어넘는 압도적인 AI 추론 성능을 제공하는 것이 특징이다. 최첨단 공정을 적용한 첫 사례 중 하나라는 점에서 주목된다. 차세대 팬서 레이크(Panther Lake) 계열 아키텍처를 기반으로 설계됐으며, 18A 공정으로 제작된 CPU와 신경망처리장치(NPU), 인텔 3 공정 기반 GPU를 포베로스(Foveros) 3D 패키징 기술로 하나의 칩에 집적했다. CPU는 고성능 코어 4개와 저전력 효율 코어 4개 등 총 8개 코어로 구성되며, 18A 공정 기반 3개 타일의 NPU와 64개 실행 유닛(EU)을 갖춘 Xe GPU를 탑재했다. 제품은 저전력과 고성능 2가지로 출시된다. 저전력 모델은 10와트(W) 전력으로 최대 45TOPS(초당 45조회 연산), 고성능 모델은 35W에서 최대 75TOPS의 AI 성능을 제공한다. 두 제품 모두 영하 55도에서 영상 125도에 이르는 극한 환경에서 안정적으로 작동하도록 설계됐으며, LPDDR5와 DDR5 메모리를 지원하고 PCIe Gen4 12레인을 제공한다. 예상 수명도 10년 이상으로 설정됐다. 가장 큰 특징은 우주 환경에서 AI 추론을 수행하도록 설계됐다는 점이다. 지금까지 우주선과 위성에는 주로 BAE 시스템즈의 RAD750과 같은 방사선 내성 프로세서가 사용됐다. RAD750은 150~250나노미터(nm) 공정으로 제작된 구형 파워PC(PowerPC) 기반 칩으로 화성 탐사선과 케플러 우주망원경 등 150여 개 이상의 우주 임무에 활용돼 왔다. 이후 RAD5545 등 차세대 제품이 등장했지만, 대부분 원격 제어와 텔레메트리 처리에 초점이 맞춰져 있었다. 반면, 스타파이어는 최대 75TOPS의 AI 연산 성능과 전용 NPU를 기반으로 궤도상(On-orbit) AI 추론을 수행하도록 설계됐다. 위성과 우주선이 지상 관제센터 의존도를 줄이고 실시간으로 데이터를 분석하거나 자율적인 의사결정을 수행할 수 있도록 지원하는 것이 목표다. 최첨단 공정을 우주 환경에 적용한 점도 눈길을 끈다. 일반적으로 미세 공정으로 갈수록 트랜지스터가 저장하는 전하량이 줄어 우주 방사선에 의한 비트 오류(Bit Flip)가 발생하기 쉬워진다. 이에 따라 우주용 반도체는 상대적으로 크고 안정적인 구형 공정을 사용하는 것이 일반적이었다. 인텔은 이러한 한계를 극복하기 위해 18A 공정의 리본펫(RibbonFET) 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터 기술과 설계 단계의 방사선 경화(Radiation Hardening) 기술을 적용했다고 설명했다. 다만, 총이온화선량(TID), 단일사건효과(SEE) 등 방사선 특성 검증은 아직 진행 중이며, 최종 방사선 인증은 완료되지 않은 상태다. 스타파이어는 인텔 거버먼트 테크놀로지(Intel Government Technologies)가 공급을 담당하며, 올해 3분기부터 샘플 공급이 시작될 예정이다. 인텔은 미국 내 생산과 경쟁력 있는 가격을 앞세워 정부와 국방 시장을 적극 공략한다는 계획이다. 한편, 인텔은 AI 반도체 수요 확대에 대응하기 위해 생산 기반도 강화하고 있다. 아일랜드 레이슬립(Leixlip) 반도체 캠퍼스에 57억달러(약 8조원)를 추가 투자해 인텔 3 공정 생산 능력을 확대한다고 밝혔다. 이번 투자로 유럽 최대 첨단 반도체 생산 시설의 생산성을 높이고 차세대 제온(Xeon) 서버 프로세서 생산을 확대할 계획이다. 인텔은 AI와 고성능 컴퓨팅(HPC) 서버 수요 증가로 인텔 3 웨이퍼 수요가 크게 늘고 있다며, 대부분의 투자를 2027년까지 완료할 예정이라고 설명했다. 박찬 기자 cpark@aitimes.com