[알파경제=영상제작국] 인공지능(AI) 산업의 급격한 팽창과 함께 연산 장치인 GPU에 대한 관심이 높지만, 이를 안정적으로 구동하는 전력반도체의 역할이 핵심적인 요소로 부상하고 있습니다. 전력반도체는 전기에너지를 변환하고 제어하는 역할을 수행하며, 특히 MOSFET과 IGBT 기술의 발전은 현대 에너지 효율의 역사와 궤를 같이해 왔습니다.
1960년대 미국 벨연구소에서 개발된 MOSFET은 전압으로 전류를 제어하는 방식을 도입하며 전력 제어의 패러다임을 전환했습니다. 수십 나노초 단위의 빠른 스위칭 속도가 강점인 이 소자는 현재 스마트폰과 노트북 등 고속 작동이 필요한 전자기기의 필수 부품으로 자리 잡았습니다. 다만 초기 실리콘 기반 모델은 고전압 환경에서 구조적 취약성을 보였다는 평가를 받습니다.
이러한 한계를 보완하기 위해 1980년대에 등장한 IGBT는 MOSFET의 제어 편의성과 일반 트랜지스터의 전류 전달 능력을 결합한 형태입니다. 수천 볼트의 고전압을 견디는 특성 덕분에 전기차 모터 인버터와 고속열차 등 대형 산업 장비에 주로 활용됩니다. 테슬라 모델 3의 경우, 배터리의 직류 전기를 교류로 변환하기 위해 24개의 IGBT를 탑재하고 있는 것으로 알려졌습니다.
| 구분 | MOSFET | IGBT |
| **주요 특징** | 고속 스위칭, 전압 제어 방식 | 고전압·대전류 대응, 하이브리드 구조 |
| **주요 용도** | 스마트폰, 노트북, 서버용 전원 장치 | 전기차 인버터, 고속열차, 산업용 모터 |
| **등장 시기** | 1960년대 (미국 벨연구소) | 1980년대 |
최근 AI 데이터센터의 전력 소모 문제가 대두되면서 전력반도체의 효율성은 더욱 강조되는 추세입니다. 서버 구동을 위한 전압 변환 단계마다 최적화된 소자가 배치되어 전력 손실을 최소화합니다. 강미선 디시오 대표이사는 "데이터센터 전체 효율이 1~2%만 향상되어도 연간 수십억 원의 운영비를 절감할 수 있다"며 소자 선정의 경제적 가치를 설명했습니다.
차세대 기술인 SiC(탄화규소) MOSFET은 기존 실리콘의 물리적 한계를 극복하며 시장의 판도를 바꾸고 있습니다. SiC 소재는 실리콘 대비 10배 높은 전압을 견딜 수 있으며 열전도율 또한 우수해 시스템 소형화에 유리합니다. 윤용필 한국외대 초빙교수는 “차세대 소재들이 벌이는 효율 전쟁은 AI 기술의 지속 가능성을 결정짓는 중요한 열쇠가 될 것”이라고 전망했습니다.
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