SpaceX에는 어떤 반도체가 들어갈까: Starlink 단말기와 위성의 칩을 구분하는 법

SpaceX의 반도체를 찾으려면 먼저 칩이 설치된 장소부터 나눠야 한다. 공개 자료로 확인할 수 있는 것은 Starlink 지상 단말기의 STMicroelectronics 무선주파수(RF) 기술, 특정 구형 단말기에서 관찰된 프로세서와 메모리, 그리고 위성 간 레이저 시스템용으로 선정됐다는 STM32V8 마이크로컨트롤러다. 이 목록을 그대로 ‘모든 Starlink 위성의 부품표’라고 부를 수는 없다. 이 글은 무엇이 확인됐고 무엇이 공개되지 않았는지를 구분하면서, 통신용 반도체와 앞으로 등장할 궤도 데이터센터용 반도체의 차이를 설명하는 연재의 출발점이다.

VLSI Korea view — 우주 반도체의 가치는 ‘우주용’이라는 이름보다 그 칩이 맡는 기능과 고장을 감당하는 시스템 설계에서 드러난다. 지상 안테나, 위성 통신망, 궤도 AI 서버를 하나의 부품 시장으로 합치면 기술과 공급망을 모두 잘못 읽기 쉽다.

설계자는 이 글을 통해 공급업체의 우주 관련 발표가 자신의 RF·전원·메모리 설계와 연결되는지 판단할 수 있다. 산업 분석가는 확인된 채택과 단순한 제품 공급 능력을 구별할 수 있다. 구체적으로는 새로운 공급사 발표를 어느 장비에 배치할지, 그리고 궤도 연산 프로젝트를 검토할 때 어떤 추가 시험 자료를 요구할지라는 두 가지 판단을 돕는다. 자료 확인 기준일은 2026-09-28이다.

1. 같은 Starlink라도 단말기와 위성은 다른 장비다

Starlink 이용자가 지상에 설치하는 안테나 단말기는 우주에 올라가지 않는다. 이 장비는 하늘의 위성과 전파를 주고받으며, 사용자의 네트워크와 위성망을 연결한다. 위성 내부에는 통신 탑재체뿐 아니라 전력 공급, 자세 제어, 상태 감시를 위한 전자장치가 필요하다. 지상 게이트웨이는 위성망을 지상망과 연결하는 또 다른 장비다. 각 장비가 같은 서비스에 속하더라도 반도체의 온도 범위, 전력 예산, 방사선 조건과 교체 가능성은 같지 않다.

그 차이는 ‘SpaceX에 납품한다’는 문장의 의미를 바꾼다. 지상 단말기용 부품 공급은 위성 내부 채택의 증거가 아니다. 발사체에 쓰인 전자장치도 Starlink 통신 탑재체의 부품표와 별개다. SpaceX가 다른 회사의 연산 위성을 발사하더라도 그 위성의 프로세서를 SpaceX가 설계하거나 구매했다는 뜻은 아니다. 장비 이름을 생략한 공급망 지도는 실제 기능보다 기업 간 연관성을 과장할 수 있다.

ST의 고객 사례는 단말기의 위상배열 안테나에 BiCMOS 기술을 사용했다고 설명한다. 또 STM32V8이 Starlink 위성 간 미니 레이저 시스템용으로 선정됐다고 밝힌다. 이는 공급사가 밝힌 채택 근거다. 그러나 해당 자료만으로 위성 세대별 전체 칩 구성, 탑재 수량, 개별 위성의 운용 이력까지 알 수 있는 것은 아니다. 따라서 이 글에서는 지상 RF 기술과 위성용 MCU 선정 사실을 각각의 범위 안에서 다룬다. ST 고객 사례

일반 데이터센터와 비교할 때도 같은 구분이 필요하다. 지상 서버는 연산과 메모리 대역폭을 중심으로 구성하지만, 위성 인터넷의 사용자 단말기는 먼저 원하는 방향으로 전파를 보내고 받아야 한다. 이 경우 칩의 가치는 행렬 연산 성능보다 RF 손실, 잡음, 위상 제어와 소비전력에 더 직접적으로 연결된다. 통신을 위한 연산이 존재한다는 사실과 대규모 AI 학습용 가속기가 필요하다는 주장은 서로 다른 단계의 이야기다.

2. 안테나는 움직이지 않아도 전파의 방향은 바뀐다

위상배열은 여러 안테나 소자의 신호에 상대적인 위상 차이를 주어 특정 방향에서는 서로 더해지고 다른 방향에서는 약해지도록 만든다. 여기서 위상은 반복되는 파동이 주기의 어느 지점에 있는지를 뜻한다. 각 소자에서 나온 신호의 출발 시점을 조금씩 조정하면, 멀리서 신호가 겹쳐지는 방향을 바꿀 수 있다. 위성을 따라가려면 안테나 전체를 계속 기계적으로 회전시키는 방법 외에도 이런 전자적 빔 조향을 활용할 수 있다.

간단한 계산으로 규모를 짚어보자. 실제 Starlink 설계값이 아닌 설명용 배열에서 주파수를 12 GHz로 놓으면, 빛의 속도를 약 300,000 km/s로 근사할 때 파장은 약 25 mm다. 소자 간격을 반 파장인 12.5 mm로 잡고 정면에서 30° 기울어진 방향을 바라보게 하면, 이웃 소자 사이에 필요한 위상 차이의 크기는 90°다. 식은 Δφ = 360° × (d/λ) × sinθ다. 위상 차이의 부호는 좌표와 송수신 정의에 따라 달라지므로 여기서는 크기만 계산했다. Analog Devices의 배열 안테나 설명

도표는 같은 원리를 이상적인 8소자 선형 배열에 적용한 것이다. 균일한 진폭, 반 파장 간격, 동일한 소자를 가정했고 실제 안테나의 소자 패턴·상호 결합·손실은 제외했다. 따라서 여기서 읽어야 할 것은 특정 제품의 이득이나 서비스 범위가 아니라 위상 설정에 따라 주 빔의 방향이 바뀌는 메커니즘이다. 실제 평면 배열에서는 가로와 세로 방향의 조향, 보정, 주변 회로의 발열까지 함께 고려해야 한다.

RF 회로의 어려움은 신호를 원하는 방향으로 모으는 과정 자체가 손실과 오차를 만든다는 데 있다. 위상 설정이 맞더라도 경로별 진폭이 다르거나 온도에 따라 지연이 변하면 이상적인 빔 모양에서 벗어난다. 증폭기를 더 강하게 구동하면 전력과 열 부담이 커질 수 있다. 설계자는 보정의 정밀도, 회로 효율, 제조 편차와 비용 사이에서 균형을 찾아야 한다. 이 때문에 통신용 RF 칩의 경쟁력은 가장 작은 공정 숫자만으로 설명하기 어렵다.

ST가 언급한 BiCMOS는 이런 RF 문제를 다루는 기술 선택의 한 예다. 반면 패널 레벨 패키징은 칩을 연결하고 대량으로 제조하는 문제에 가깝다. 소자가 잘 동작하는 것과 많은 단말기를 반복 생산할 수 있는 것은 서로 연결되지만 별도의 과제다. 특정 업체의 공정이나 패키징 능력을 평가할 때에는 주파수·손실·열·조립 수율을 함께 봐야 하며, 제조 능력의 존재만으로 Starlink 공급사 지위를 추정해서는 안 된다.

3. 단말기 안에는 RF 칩 외에도 프로세서와 메모리가 있다

보안 연구자 Lennert Wouters의 2022년 BruCON 발표는 당시 분석한 원형 Starlink 단말기의 내부를 보여준다. 자료에는 ST의 커스텀 쿼드코어 Arm Cortex-A53 SoC, STSAFE-A110 보안 소자, 4 GB eMMC, 4 Gbit DDR3 부품 2개가 등장한다. RF 쪽에는 SHIRAZ 디지털 빔포머와 PULSAR 프런트엔드 모듈이라는 식별자가 제시된다. 이는 특정 하드웨어 분석의 관찰 결과다. 오늘 판매되는 모든 단말기나 위성 내부의 구성이라고 확대해서 읽어서는 안 된다. 원본 발표 자료

각 부품의 역할을 분리하면 단말기가 하나의 작은 시스템이라는 점이 보인다. 프로세서는 소프트웨어를 실행하고 장치 동작을 관리한다. DRAM은 실행 중인 코드와 데이터가 머무르는 휘발성 작업 공간이고, eMMC는 전원을 꺼도 내용을 유지하는 저장장치다. 보안 소자는 인증과 신뢰 경계를 다루는 별도의 구성 요소다. 이러한 기능 설명은 부품 종류의 일반적인 역할이며, 공개되지 않은 Starlink 펌웨어의 상세 처리 흐름을 재구성했다는 뜻은 아니다.

용량 표기도 주의해야 한다. Gbit와 GB는 같은 단위가 아니다. 명목상 4 Gbit 부품 2개의 합계는 8 Gbit이며, 비트 수를 바이트 수로 바꾸면 1 GB에 해당한다. 이것은 칩의 표시 용량을 합산한 값일 뿐 운영체제가 실제로 이용할 수 있는 메모리량을 측정한 결과는 아니다. 부팅 시 예약 공간이나 소프트웨어 사용량까지 알고 있다고 해석하면 관찰 범위를 넘어선다. 숫자를 옮길 때 단위를 유지하는 일도 부품 식별만큼 중요하다.

이 메모리를 AI 서버의 HBM과 비교하면 용량 경쟁보다 인터페이스의 목적 차이가 먼저 드러난다. 통신 단말기의 제어 소프트웨어를 실행하기 위한 작업 공간과 대규모 가속기에 데이터를 공급하는 메모리 계층은 같은 기준으로 선택되지 않는다. 구형 단말기에 DDR3가 관찰됐다는 사실은 최신 위성에 DDR3가 쓰인다는 근거도, 궤도 AI 연산에 그 구성이 충분하다는 근거도 아니다. 전자는 관찰이고 후자는 별도의 설계 검증이 필요한 주장이다.

이런 분해 분석은 공개되지 않은 부품을 읽는 데 유용하지만 표본의 경계가 분명하다. 생산 시기, 보드 리비전, 지역별 모델이 달라지면 부품도 달라질 수 있다. 외형이 비슷하다고 내부 구성이 같다고 보장할 수 없다. 공급망 분석에서 오래된 분해 사진을 사용할 때에는 발표 연도와 분석 대상 세대를 함께 표기해야 한다. 그래야 과거의 채택 증거를 현재 출하 전체의 매출 추정으로 바로 연결하는 오류를 줄일 수 있다.

4. 위성 레이저용 MCU는 AI 가속기와 다른 일을 맡는다

STM32V8은 ST가 소개한 Arm Cortex-M85 기반 마이크로컨트롤러다. 제조사 자료는 18 nm FD-SOI 공정, 800 MHz 동작, 4 MB의 내장 상변화 메모리(PCM)를 설명한다. 같은 자료는 SpaceX가 Starlink 미니 레이저 시스템에 이 제품을 선택했다고 밝힌다. 여기서 확인되는 것은 제품 특성과 선정 발표다. MCU 내부 메모리를 서버용 HBM과 같은 종류로 분류하거나, 선정 소식만으로 모든 위성에서 검증된 운용 성능을 주장할 수는 없다. ST의 STM32V8 기술 소개

마이크로컨트롤러는 보통 센서 값을 읽고, 상태를 판단하며, 주변 장치를 정해진 시간 안에 제어하는 데 적합하다. 광통신 장비에서는 이런 제어 기능과 실제 고속 데이터가 지나가는 경로를 구분해야 한다. 레이저 광원, 광변조·수신 기능, 신호 처리, 조향 장치와 제어 프로세서가 하나의 링크를 구성할 수 있지만, MCU가 그 데이터 비트 전부를 소프트웨어로 처리한다는 뜻은 아니다. 도식은 이 일반적인 기능 분리를 설명하며 Starlink의 상세 회로를 주장하지 않는다.

경계 조건 — 광학 링크의 데이터 전송 속도는 제어 MCU의 처리 속도가 아니다. 같은 시스템에 들어 있다는 이유로 두 수치를 서로의 성능 증거로 사용할 수 없다.

여기서 PCM도 기능에 맞춰 읽어야 한다. 내장 비휘발성 메모리는 전원을 다시 인가했을 때 필요한 코드와 상태를 유지하는 데 활용할 수 있다. 고대역폭으로 대량의 텐서 데이터를 공급하는 가속기 메모리와는 설계 목표가 다르다. ‘새로운 메모리 기술이 우주에 쓰인다’는 문장만으로 어떤 메모리 회사가 어느 시장을 대체할지 판단하기는 어렵다. 저장 위치, 인터페이스, 용량, 쓰기 특성과 실제 담당 기능을 먼저 확인해야 한다.

FD-SOI라는 공정 이름 역시 우주 환경에서의 모든 문제를 해결했다는 보증이 아니다. 방사선에 대한 응답은 소자 구조뿐 아니라 회로, 동작 조건, 입자 종류, 에너지와 시험 방법에 영향을 받는다. 특정 공정의 장점을 인정하는 것과 특정 제품의 임무 적합성을 승인하는 것은 다른 판단이다. 공급사가 제품을 선정했다는 공개 자료에 더해 어떤 시험과 시스템 보호가 적용됐는지를 알아야 신뢰성의 범위를 설명할 수 있다.

5. 전력 반도체의 차이는 시스템 전체의 열로 돌아온다

RF·디지털·광학 회로는 모두 적절한 전압과 안정적인 전원 공급이 필요하다. 전력을 변환하는 과정에서 생기는 손실은 열이 된다. 칩 자체의 성능이 높더라도 전원과 방열 경로가 이를 감당하지 못하면 시스템은 지속적으로 그 성능을 사용할 수 없다. 이것은 지상 장비에도 해당하지만, 정비하기 어렵고 질량이 제한되는 우주 장비에서는 전원·열·수명 사이의 상호작용을 더 일찍 설계에 반영해야 한다.

설명용 부하를 90 W로 고정해 보자. 변환 효율이 90%라면 입력은 100 W이고 손실은 10 W다. 효율을 95%로 높이면 입력은 약 94.74 W, 손실은 약 4.74 W가 된다. 입력이 약 5.26 W 줄어드는 동시에 해당 변환 단계에서 처리해야 할 열도 같은 양만큼 줄어든다. 계산은 입력 전력 = 부하 전력/효율, 손실 = 입력 전력−부하 전력이다. 이 값은 Starlink의 측정치나 특정 전원 칩의 사양이 아닌, 효율의 의미를 설명하는 가정이다.

같은 계산을 읽을 때에도 측정 경계를 먼저 정해야 한다. 벽면 입력, 전원장치 출력, 보드 입력, 칩 전력은 서로 다르다. 변환 단계가 여러 개라면 각 단계의 효율과 고정 손실을 포함해야 한다. 어떤 장비의 전체 소비전력을 특정 RF 칩 하나의 소비전력으로 바꾸어 쓰면, 전원 설계와 방열 부담을 모두 잘못 추산하게 된다. 온도와 부하에 따라 효율이 달라질 수 있으므로 단일 최고 효율 수치만으로 운용 시간을 예측하는 것도 어렵다.

우주가 차갑다는 말도 냉각 설계를 대신하지 못한다. 진공에서는 주변 공기가 열을 실어 나르는 대류를 이용할 수 없다. 장치 내부의 열은 구조물과 열 전달 경로를 거쳐 외부로 이동한 뒤 복사로 방출돼야 한다. 단말기용 부품을 궤도에서 쓰겠다는 제안은 따라서 반도체 동작 여부뿐 아니라 열이 빠져나가는 전체 경로를 검증해야 한다. 큰 라디에이터는 면적과 질량을 늘리고, 낮은 전력 운용은 처리량을 제한할 수 있다. 최적점은 임무에 따라 달라진다.

6. 궤도 데이터센터에서 달라지는 것은 칩만이 아니다

지상 데이터센터와 궤도 연산 시스템이 반드시 서로 다른 실리콘을 써야 하는 것은 아니다. 상용 부품을 활용할 가능성은 있지만, 동일한 칩을 선택해도 보드와 우주선 수준에서 요구되는 검증은 달라진다. NASA의 소형 우주선 항공전자 자료는 상용 부품 선택과 방사선·신뢰성 문제를 함께 다룬다. 공개 제품 사양을 충족하는지와 특정 궤도에서 특정 기간 동안 임무를 유지하는지는 서로 다른 질문이다. NASA의 소형 우주선 항공전자 자료

장기간 누적되는 총 이온화 선량(TID), 격자 손상과 관련된 변위 손상, 한 번의 입자 상호작용으로 생길 수 있는 단일 사건 효과(SEE)는 구분해야 한다. 오류 정정 부호(ECC)가 일부 메모리 비트 오류를 고칠 수 있어도 전원 경로의 래치업이나 모든 형태의 잘못된 계산을 해결하지는 못한다. 시스템은 감지, 재시도, 재시작, 전원 차단과 복구 등 서로 다른 대응을 조합할 수 있다. 어떤 조합이 필요한지는 부품 시험과 임무의 허용 고장 범위에 달려 있다.

지상의 서버는 고장 난 장치를 교체하고 냉각 설비를 정비할 수 있지만, 궤도에서는 그런 운영 방식을 그대로 가져가기 어렵다. 중복 장치는 질량과 전력을 쓰며, 체크포인트와 재계산은 유효 처리량을 줄일 수 있다. 따라서 궤도 AI 서버를 지상 서버와 비교할 때에는 칩의 최고 연산량뿐 아니라 오류 복구 이후에 남는 작업량, 메모리와 통신 병목, 열 제한에 따른 지속 성능을 함께 봐야 한다. 이 부분이 다음 편에서 다룰 핵심 질문이다.

한국 반도체 산업에 연결되는 접점도 같은 기능별 지도로 읽는 편이 정확하다. 메모리, 전력 변환, RF 패키징, 광 연결은 검토할 수 있는 기술 영역이다. 하지만 한국 기업의 관련 제품 보유가 곧 SpaceX 공급 계약을 의미하지는 않는다. 제조사의 고객 공개, 해당 세대의 부품 식별, 시험 결과와 양산 범위가 확인될 때에만 공급망 주장을 한 단계 높일 수 있다. 이 글은 공개되지 않은 한국 업체의 채택이나 매출을 추정하지 않는다.

현재의 통신 위성과 미래의 대규모 연산 위성을 나누는 기준은 결국 수행하는 작업이다. 전파를 특정 방향으로 모으는 문제, 레이저 링크를 제어하는 문제, 거대한 모델에 메모리 대역폭을 공급하는 문제는 요구하는 반도체 조합이 다르다. 앞으로 볼 것은 더 유명한 칩 이름이 아니라 실제 임무에 연결된 시험 결과다. 다음 6–12개월 동안 새로운 세대의 공식 부품 정보, 조건이 공개된 방사선 시험, 궤도에서 수행한 연산의 오류·복구·지속 처리량 자료가 나오는지를 추적한다. 재검토 시점은 2027-03-28이며, 그 전에 중요한 근거가 공개되면 갱신한다.

메모리의 오류 복구 원리는 기존 글 LEO 메모리 신뢰성: ECC·scrubbing·checkpoint를 함께 설계하는 법에서 이어 읽을 수 있다. 다음 편은 지상 GPU를 궤도 데이터센터에 가져갈 때 칩·보드·냉각·운영에서 무엇을 다시 설계해야 하는지 비교한다.

Sources

1. ST — SpaceX customer story: 공급사가 공개한 적용 범위.
2. ST — STM32V8: 제품 특성과 Starlink 레이저 시스템 선정 발표.
3. Lennert Wouters — BruCON 2022: 특정 세대 단말기 하드웨어 관찰.
4. Analog Devices — Phased Array Antenna Patterns, Part 1: 배열 안테나의 기본 원리.
5. NASA — Small Spacecraft Avionics: 소형 우주선 전자장치의 선택과 신뢰성 배경.

표지는 AI 생성 개념 이미지이며 실제 Starlink 하드웨어 사진이 아니다. 본문 도식과 계산은 VLSI Korea가 작성했다. 제조사 발표, 특정 단말기의 관찰, 설명용 계산의 범위를 본문에서 구분했다.

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