설계부터 양산까지 주도하는 지능형 제조 공정 도입 속도
삼성전자 HBM4 제품 사진=삼성전자
매일일보 = 권선형 기자
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국내 4대 그룹이 인공지능(AI)을 제조 공정에 전방위적으로 확대 도입하며 산업 현장의 패러다임을 전환하고 있다. 과거 숙련공의 경험에 의존하던 공정 관리를 AI 중심의 자율 제어 시스템으로 고도화하면서 수율 향상과 원가 절감이라는 실질적 성과를 데이터로 가시화하는 양상이다.
23일 업계에 따르면 삼성전자는 2nm(나노미터) 미세공정 설계와 6세대 고대역폭메모리(HBM4) 양산 체제에 에이전틱 AI(Agentic AI)를 전면 도입하며 제조 경쟁력을 더 높이고 있다. 에이전틱 AI는 단순 자동화를 넘어 스스로 최적의 공정 경로를 탐색하고 돌발 변수에 대응하는 2030 무인 자율형 팹(Fab) 구현의 핵심 기술이다.
삼성전자는 이 시스템을 디지털 트윈 시뮬레이션 및 고도화된 열압착 비전도성 필름 공정 최적화 기술과 결합해 당초 6월로 예정됐던 HBM4 양산 시점을 4개월 앞당긴 지난 2월에 조기 확보했다. 특히 GTC 2026에서 실물을 깜짝 공개한 7세대 HBM4E 개발 과정에서도 AI 기반 결함 예측 시스템과 차세대 하이브리드 본딩(HCB) 기술 검증을 병행 적용해 초기 가동률(수율)을 역대 최단 기간 내에 정상 궤도에 올렸다.
SK하이닉스는 HBM4 생산의 핵심인 어드밴스드 MR-MUF 공정에 디지털 트윈 기반의 실시간 AI 제어 기술을 결합해 공정 정밀도를 극대화하고 있다. 칩 적층 시 발생하는 초미세 압력 및 열 변화를 AI가 실시간으로 감지하고 보정함으로써 난이도가 높은 16단(16-High) HBM4 패키징 수율을 HBM3E 수준인 80%대 이상으로 조기 확보하는 데 성공했다. 이는 GTC 2026에서 공개된 SK하이닉스 HBM4 솔루션의 양산 안정성을 입증하는 핵심 지표로 엔비디아의 차세대 AI 플랫폼인 베라 루빈(Vera Rubin) 최적화 파트너로서 업계 평균 수율을 크게 상회하는 수치다.
디스플레이와 배터리 분야에서도 AI 도입을 통한 생산성 혁신이 가시화되고 있다. LG디스플레이는 OLED 패널의 회로 레이아웃 최적화에 에이전틱 AI를 투입해 과거 300시간이 소요되던 설계 작업을 단 1시간으로 단축하며 설계 효율을 300배 이상 끌어올렸다. 특히 AI 기반의 증착 공정 미세 패턴 자동 설계와 실시간 결함 보정 기술을 전 라인에 확대한 결과 공정 불량률을 획기적으로 낮추며 올해에만 약 3500억원 규모의 원가 절감을 달성할 것으로 전망된다.
LG에너지솔루션은 33년간 축적된 방대한 배터리 데이터를 학습한 전용 AI 모델 엔솔-GPT(Ensol-GPT)를 통해 차세대 전고체 배터리 전해질 설계 시뮬레이션을 수행 중이다. 이를 통해 신소재 개발 기간을 획기적으로 단축하고 에이전틱 AI 기반의 스마트 팩토리 시스템을 전 세계 생산 라인에 도입해 제조 불량률을 전년 대비 40% 이상 개선하는 성과를 거뒀다.
SK이노베이션 울산 CLX도 자율형 에너지 공정 시스템인 AiRE(에어) 2.0을 통해 에너지 소비 효율을 10% 이상 개선하며 탄소 중립 제조의 기틀을 마련했다. 특히 AI 기반 인지형 플랜트 기술을 활용해 원유 성분에 따른 최적 공정 경로를 스스로 탐색하고 도입 이후 설비 가동 중단 사고 제로(Zero)를 유지하며 공정 안정성과 수익성을 동시에 확보했다.
자동차 분야는 로보틱스와 AI의 결합을 통해 제조 패러다임이 바뀌고 있다. 현대자동차는 RAM(Robotics & Autonomous Manufacturing) 센터를 중심으로 구글 딥마인드와 협업한 휴머노이드 파운데이션 모델을 적용해 로봇의 자율 작업 능력을 고도화하고 있다. 특히 보스턴 다이내믹스의 올-일렉트릭 아틀라스(Atlas)를 통해 검증된 자율 제어 알고리즘을 생산 라인에 순차적으로 이식하며 그동안 자동화가 어려웠던 고난도 의장 공정의 자동화율을 30% 이상으로 끌어올리는 제조 혁신을 추진 중이다.
현대차는 싱가포르 글로벌 혁신센터(HMGICS)에서 검증된 E-Forest 스마트 팩토리 기술을 미국 조지아(HMGMA)와 울산 EV 전용 공장에 전면 적용하고 있다. 특히 엔비디아(NVIDIA)와의 협업으로 구축된 디지털 트윈 기반 실시간 공정 최적화 시스템은 설비 구축 효율을 극대화하며, 글로벌 완성차 업계 중 가장 앞선 수준의 '자율형 공장' 비전을 현실화하고 있다는 평가를 받고 있다.
4대 그룹의 제조 AI는 특정 공정의 최적화를 넘어 공장 전체가 스스로 판단하고 운영되는 자율 제조 5단계(Level 5)로 진입했다. 에이전틱 AI가 원자재 수급부터 실시간 공정 제어, 인지형 물류 시스템에 이르는 공급망 전체를 통합 관리하며 외부 변수에 실시간으로 대응하는 단계다. 궁극적으로 인간은 전략적 의사결정과 창의적 설계에 집중하고 복잡한 물리적 공정은 지능형 휴머노이드와 자율 로봇이 전담하는 ‘AI 기반 제조 대전환’이 완성 단계에 접어들었다는 분석이다.
업계 관계자는 “현재 AI는 수율과 원가 등 수익 구조에서 AI 수율 격차라는 새로운 생존 지표를 만들어냈다”며 “AI 자율 공정의 고도화 수준이 글로벌 시장에서의 초격차 경쟁력을 결정짓는 척도가 될 가능성이 높다”고 말했다.
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