‘AI 공장장’이 반도체 설계-제조 총괄… 숙련공 노하우도 익힌다

동아일보

이민아 기자

[K제조 바꾸는 AI로봇] 〈6〉 AI 데이터로 중무장하는 SK
용인팹1기, 내년 ‘완전 자율운영’ 목표… 사람 개입없이 전 공정 AI 자동 수행
베테랑 직원들 스킬 AI 데이터화… 고령화-은퇴 인한 ‘숙련 단절’ 예방

경기 용인시 처인구 원삼면의 SK하이닉스 용인 반도체 클러스터 일반산업단지 공사 현장. 비닐하우스와 공터가 뒤섞인 어수선한 풍경을 지나면 건설이 한창 진행되는 용인 팹(공장) 1기의 윤곽이 드러난다. 이곳은 SK하이닉스가 충북 청주에 최근 증설한 ‘M15X’ 팹 6개와 비슷할 정도로 규모가 크다.

용인 팹 1기는 SK하이닉스의 첫 ‘완전 자율 운영 팹(오토노머스 팹)’으로 2027년 첫선을 보일 예정이다. 사람 개입 없이 인공지능(AI)이 모든 운영을 자동으로 수행하는 반도체 ‘자율 운영 팹’을 만드는 것이 목표다. AI가 첨단 반도체 팹의 ‘공장장’이 되는 셈이다.

이를 위해 SK하이닉스는 현재 운영하고 있는 팹에서 AI 데이터를 쌓고 있다. SK하이닉스 관계자는 “반도체 팹, 설계, 영업까지 모든 공간이 AI 데이터의 원천”이라고 말했다.

SK는 주요 제조 계열사 현장에서 숙련된 베테랑 직원들의 노하우를 데이터화해 AI가 이를 배우는 ‘명장(名匠) AI’ 사업도 진행 중이다. AI 데이터를 기반으로 한 제조 혁신을 그룹 내 모든 계열사에 확산시키는 청사진을 그리는 것이다.

● 반도체 공장 모든 공간이 AI 데이터 원천

현재 SK하이닉스 반도체 팹 내에서 AI의 역할은 공정 최적화를 통해 자동화 수준을 높이는 정도다.

하지만 내년 가동 예정인 용인 팹 1기에서는 AI가 팹 운영의 모든 순간에 개입하게 된다. 운영 AI로 실시간 의사결정을 자동화하고, 공장을 가상 시뮬레이션해 여기서 얻은 최적의 운영 방식을 현장에 적용하는 ‘디지털 트윈’ 기술이 도입된다. 장비와 로봇이 스스로를 제어하는 피지컬AI도 적용된다. AI가 공장을 통제하는 오토노머스 팹의 기반은 데이터다.

AI 데이터는 반도체 연구개발(R&D) 부문 신입 엔지니어들이 빠르게 업무에 적응할 수 있는 바탕이 된다. SK하이닉스가 운영하는 ‘사내 맞춤형 AI 비서’는 선배 반도체 엔지니어들의 경험과 방대한 과거 기술 문서, 공정 레시피, 문제 해결 매뉴얼 등을 기반으로 만들어졌다. 신입 엔지니어가 선배들의 노하우가 집대성된 AI에 물어보며 문제를 해결하는 것이다.

또 그간 R&D 데이터를 기반으로 AI가 계측이 필요한 부분을 스스로 판단하고, 불필요한 공정은 계측을 생략하는 ‘지능형 계측(측정) 시스템’도 도입했다. 한정된 장비로 꼭 필요한 곳만 집중해서 보게 되니 계측할 수 있는 처리량이 30배 늘어났고, 수율은 개선됐다. R&D 단계에서 AI를 통해 더 많은 데이터를 검증하면 최적의 공정 레시피를 더 빨리 확정할 수 있고, 실제 대량생산 시 초기 수율을 빠르게 끌어올릴 수 있다.

지난해 11월 3일 서울 강남구 코엑스에서 열린 ‘SK AI 서밋 2025’ 전시장에서 로봇이 반도체 웨이퍼에 결함이 있는지를 검사하고 있다. 동아일보DB

실제로 최근 반도체 제조 현장에서는 AI 데이터가 생산성과 수율을 끌어올리는 핵심 역할을 하고 있다. 장비에 부착된 센서에서 쏟아지는 실시간 데이터를 AI가 분석하고, 이를 근거로 장비 가동을 멈추거나 즉각적인 조치를 취하는 것이다.

팹 안에서 무거운 물건을 옮기거나, 독소 물질을 처리하는 등 위험한 공정에서도 AI 기반 협동 로봇이 사람을 대신해 일한다. SK하이닉스에 따르면 이런 시스템 도입 이후 비슷한 유형의 사고가 75% 줄었다.

● ‘명장 AI’로 전 계열사에 숙련 지식 전파

SK그룹은 SK AX(옛 SK C&C)가 기획하는 ‘명장 AI’를 활용해 AI 데이터를 기반으로 그룹 제조 혁신에 나설 계획이다. 명장 AI는 SK그룹 내 에너지, 화학, 조선, 이차전지 등 다양한 계열사의 실제 제조·설비·운영 현장의 공정과 업무에 적용됐으며 현재 검증 단계다.

명장 AI는 고령화와 베테랑 인력의 은퇴로 인한 ‘숙련 단절’을 막는 데 AI를 사용한다. 숙련자들에게 별도 문서를 작성하게 해서 기술을 전수하는 게 아니라, 이들이 일하는 과정에서 자연스럽게 생성되는 데이터를 기반으로 노하우를 수집한다.

장비에 달린 센서에서 수집된 데이터, 알람 이력에 더해 숙련자가 특정한 상황에서 어떤 판단을 했는지 기록을 쌓는다. SK AX 관계자는 “똑같은 상황에서 어떤 경우에는 생산을 중단하고, 어떤 경우에는 관찰하기만 할 때가 있다”며 “이를 토대로 정상 상황의 범주를 판단하는 것”이라고 설명했다. 향후 이런 노하우를 AI 에이전트에 이식한 뒤 누구나 쓸 수 있도록 할 계획이다.

SK텔레콤은 엔비디아로부터 RTX 프로 6000 그래픽처리장치(GPU) 약 2000장을 도입해 ‘제조 AI 클라우드’를 구축할 계획이다. 정재헌 SK텔레콤 최고경영자(CEO)는 지난해 11월 SK AI 서밋 2025에 참석해 “SK하이닉스를 비롯한 SK그룹 주요 제조사의 AI 전환에 제조 AI 클라우드가 활용될 예정”이라고 말했다.