[2021년 08월 10일] - 프로세스 노드는 실리콘 웨이퍼를 수백 개의 개별 프로세서로 변환하는 약 4,000단계의 반도체 제조 레시피를 의미한다. 각 프로세서는 인터커넥트(interconnect)라는 미세한 와이어로 수십억 개의 트랜지스터가 서로 연결된다(프로세서의 총 와이어 길이는 수 킬로미터에 이를 수 있다). 어스 부사장은 이를 제트 여객기 제작에 비유하는데, 이 두 가지 모두 “전체 조직이 함께 작업해야 성공할 수 있는 매우 복잡다단한 프로젝트”라고 표현한다.
인텔 트랜지스터 개발 디렉터인 크리스 어스는 “자전거를 오래 타거나 장거리 달리기를 할 때 최고의 아이디어가 떠오른다”며, “나는 책상 앞에 앉아 고민하는 많은 문제를 달리기를 하러 나가서 해결할 수 있다는 사실을 깨달았다. 그리고 달리기를 마칠 때는 많은 아이디어를 얻는다”라고 말한다. 하지만 항상 도전과제에 직면한 직급이자 개발 디렉터로서 10nm, 10nm 슈퍼 핀(SuperFin) 및 최근 선보인 인텔 7 등 여러 실리콘 공정 노드에 깊게 관여했다.
수십억 개의 미세한 부품이 손톱만 한 크기의 칩으로 구성되는 것은 대부분이 이해하기 어렵다고 표현하기에 어스 부사장은 최대한 쉽게 이해시키고자 이것이 도시를 건설하는 방식과 매우 유사하다고 빗대어 설명한다. “이 방식으로 구현된 도시는 사람들이 흩어져 있는 것보다 더 쉽게 협력하고 상호작용할 수 있도록 형성된다”며, “트랜지스터도 마찬가지다. 트랜지스터가 서로 대화하고 상호작용할 수 있도록 가깝게 배치해 정보가 더 빠르게 전송되도록 만든다”라는 것.
각 칩의 아키텍처는 도시처럼 트랜지스터 그룹을 정의하여 특정 기능을 완성한다.
"트랜지스터 스케일링은 2010년에 종료될 예정이었다. 많은 논문에서 2010년에 이것이 끝날 것이라고 말했었다. 그러나 지금은 2021년이고 인텔은 2030년까지의 로드맵을 이미 가지고 있다. 2010년 이후로 20년이라는 시간이 지난 시점이다."
반도체 진화에서 단골처럼 언급하는 무어의 법칙(Moore’s Law)은 트랜지스터를 서로 더 많이 집적할 때 나타나는 개선된 실리콘 성능과 (특히) 비용의 일정한 주기를 상징한다. 어스 부사장은 인텔이 지속적인 미세화에 박차를 가하면서, 지난 몇 년간 ‘인트라 노드(Intranode)’에서도 더 자주 개선하도록 노력해왔다고 전했다.
그는 “작은 혁신이 모이면 결국 큰 혁신이 된다”면서 “이것은 우리가 슈퍼핀으로 이룬 일이다. 각각 1%씩 추가된 약 15개의 다른 개선을 모두 적용했다. 각각의 1%는 얼마 되지 않지만, 15개를 모두 더하면 정말 커진다. 그리고 우리는 인텔 7을 통해 이를 실물로 구현해냈다”라고 강조했다.
실제 두 자릿수 개선을 달성하기 위해 팀은 4,000개의 공정 단계를 검토했다. 여기에서 ‘전체 노드’는 성능 향상과 압축을 가져오는데 이 과정에서는 새로운 도구, 화학 물질, 재료 등 거쳐야 할 4,000개의 단계보다 더 근본적인 변화가 요구됐다. 예컨대 인텔 4 노드에는 극자외선(EUV) 리소그래피를 사용해 더 미세해진 선들과 부속품이 들어간다.
이렇게 만들어진 반도체는 양품을 따지기 위한 수율 검토에만 4,000단계 중 1,000개 단계를 통과해야 합격한다. 사실 칩 성능에는 커다란 향상을 주지 않지만 결함을 가리기 위한 필수 의식이다. 최초의 컴퓨터 버그로 알려졌던 지난 1947년 마크 2 (Mark II) 전자 기계 컴퓨터의 작동을 방해한 나방처럼, 장비나 화학물질의 개별 입자 및 불완전한 방법은 칩의 결함을 유발하고 웨이퍼당 사용 가능한 칩의 비율 및 수율을 낮추는 결함이 됐다.
어스 부사장은 “인텔은 이 모든 것들을 미세 조정하기 위해 노력하고 있다”고 말했다. 그는 “우리가 이렇게 더 나은 방법을 찾고 배우기를 계속하기 때문에 지속적인 수율 곡선 상승을 볼 수 있는 것”이라고 덧붙였다. 따지고 보면 일부는 재창조되고 나머지는 끊임없이 개선되는 4,000단계에 달하는 레시피를 두고 과하다는 지적도 있지만, 현장에서 들리는 목소리는 단호하다. "다른 방법이 없다."
By 김현동 에디터 Hyundong.Kim@weeklypost.kr
김신강 에디터 Shinkang.kim@weeklypost.kr
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