2025년‧그 이후 공정‧패키징 혁신 로드맵 공개
포베로스 옴니‧포베로스 다이렉트 통한 첨단 3D 패키징 혁신
“인텔은 첨단 패키징 분야에서의 리더십을 바탕으로 2025년까지 공정 성능을 위한 혁신을 가속화하고 있다. 주기율표의 모든 원소가 고갈될 때까지 인텔은 무어의 법칙을 지속하고 실리콘 마법을 펼칠 것이다”
이는 팻 겔싱어 인텔 최고경영자(CEO)가 27일 열린 온라인 기자간담회에서 영상으로 보낸 인텔의 중장기적 전략 메시지다.
이날 인텔이 2025년 및 그 이후까지의 반도체 제품 개발 청사진을 내놨다. 이 자리에서 인텔은 지금까지 제공한 공정기술 로드맵 중 가장 상세히 로드맵을 공개했다. 이를 기반으로 반도체 시장 1위 자리를 탈환하겠다는 목표다.
업계는 기존의 나노미터 기반 프로세스 공정의 명칭이 실제 게이트 길이와는 일치하지 않는다는 사실을 1997년부터 인식해 왔다.
이에 인텔은 반도체 공정에 대한 새로운 명칭을 도입해 고객이 업계 전반의 나노 공정을 보다 정확하게 볼 수 있는 명확하고 일관된 프레임워크를 공개한다고 설명했다. 이러한 명확성은 인텔 파운드리 서비스(Intel Foundry Services, IFS) 출시와 더불어 그 어느 때보다 중요해졌다.
팻 겔싱어 CEO는 “오늘 공개된 혁신은 인텔의 제품 로드맵을 가능하게 할 뿐만 아니라 파운드리 고객에게도 매우 중요한 역할을 할 것”이라며 “IFS에 대한 관심이 높아지고 있고 오늘 첫 두 주요 고객에 대해 발표하게 되어 매우 기쁘다. 이제 IFS의 활약이 본격적으로 시작될 것”이라고 말했다.
인텔은 이번 로드맵이 자사의 축적된 공정 기술 혁신을 기반으로 구축됐다며 자사가 세계적인 수준의 연구개발 파이프라인을 활용해 스트레인드 실리콘, High-K 메탈 게이트(high-k metal gate) 및 3D 핀펫(FinFET) 트랜지스터 등 반도체 생태계에 지대한 영향을 미친 기술을 선보여 왔다고 설명했다.
인텔이 공개한 내용은 크게 ‘노드’와 ‘패키징’으로 나뉜다. 노드 분야에서는 기존 나노미터(nm) 명칭을 깨고 새로운 정의 방식을 내세웠다. TSMC와 삼성전자와의 차별점을 둔 셈.
인텔은 ‘나노미터(nm)’라는 반도체 기준이 무의미함을 강조했다.
권명숙 인텔코리아 사장은 “공정 노드 이름은 업계가 직면한 혼란스러운 문제”라며 “원래 트랜지스터 길이에 따른 물리적 수치였으나 핀펫(FinFET) 기술 적용 이후 기존 방식에서 벗어나게 됐다. 인텔이 새로운 노드명을 발표한 배경”이라고 말했다.
이날 인텔은 5가지 노드를 소개했다. 우선 올해 말과 내년 초 각각 출시할 차세대 중앙처리장치(CPU) PC용 ‘앨더레이크’와 데이터센터용 ‘사파이어 래피즈’에는 인텔7 공정이 도입된다.
또 나승주 인텔코리아 상무는 “지난 수십년 동안 공정 ‘노드’ 이름은 특정 물리적 트랜지스터 기능의 실제 길이였다. 반도체 업계의 많은 기업들은 이러한 명칭 방식을 오래전부터 사용하지 않았으나 인텔은 나노미터와 같은 치수 단위를 떠올리게 하는 숫자를 줄여나가며 노드 명칭을 할당하는 전통적인 방식을 고수해왔다”고 전했다.
이어 그는 “오늘날 업계에서 사용하는 다양한 이름과 번호를 사용하는 방식은 더 이상 특정 측정값을 의미하지 않으며 전력 효율과 성능의 균형을 최대로 유지하는 방법에 대한 완전한 정보를 제공하지 못한다”며 “인텔은 공정 로드맵을 공개하면서 공정 성능, 전력, 면적 등 핵심 기술 매개변수를 바탕으로 새로운 명명 방법을 소개하고 있다. 하나의 노드에서 다음 노드로 명칭을 붙일 경우 일반적으로 개선된 사항을 전체적으로 평가한 결과를 반영한다”고 밝혔다.
인텔에 따르면 인텔7(Intel7)은 핀펫(FinFET) 트랜지스터 최적화를 기반으로 인텔 10나노 슈퍼핀(SuperFin)에 비해 와트당 성능을 약 10%~15% 향상시킨다. 인텔7 기반 제품은 2021년 선보일 클라이언트 PC용 앨더 레이크(Alder Lake)와 2022년 1분기 생산 예정인 데이터센터용 사파이어 래피즈(Sapphire Rapids) 등이 포함될 예정이다.
다음 단계인 인텔4(Intel 4)는 EUV 리소그래피를 전면 도입해 초단파 빛을 사용, 매우 세밀하게 인쇄할 수 있다. 인텔4는 면적 개선 뿐만 아니라 와트당 약 20% 성능을 향상하며 클라이언트 PC용 메테오 레이크(Meteor Lake), 데이터센터용 그래나이트 래피즈(Granite Rapids)를 포함 2023년 제품 출하를 위해 2022년 하반기에는 생산에 들어갈 예정이다.
인텔3(Intel 3)은 추가적인 핀펫(FinFET) 최적화와 EUV 활용을 높여 인텔4에 비해 와트당 성능을 약 18% 향상하고 추가적으로 면적도 개선한다. 인텔3는 2023년 하반기에 제품 생산을 시작한다.
2024년 생산 제품에 활용될 인텔 20A(Intel 20A)는 옹스트롬(0.1nm) 시대를 여는 주요한 두 가지 혁신 기술인 리본펫과 파워비아를 활용한다.
리본펫은 인텔이 GAA(Gate-all-around) 트랜지스터를 적용한 것으로 이는 인텔이 2011년 핀펫 이후 처음 선보이는 새로운 트랜지스터 아키텍처다. 이 기술은 더 빠른 트랜지스터 스위칭 속도를 제공하는 동시에 더 작은 면적 구현이 가능하며 다중 핀과 구동 전류가 동일하다.
나 상무는 “게이트 길이는 더 이상 의미가 없어진 상황에서 원자의 시대에 맞는 이름이다. 무어의 법칙이 끝나지 않았음을 나타내기 위해 인텔2가 아닌 인텔20A를 다음 이름으로 정했다”고 이야기했다.
이어 “업계 기술이 ‘1’ 노드에 접근함에 따라 인텔은 다음 혁신 시대를 위한 노드의 명칭 방식을 바꾸고 있다. 인텔 3 이후의 노드는 인텔 20A로 명명할 예정이며 원자 수준에서 소자와 재료를 제작하는 새로운 시대인 반도체의 옹스트롬 시대로의 전환을 불러올 것”이라고 강조했다.
파워비아는 후면 전력 공급을 구현한 인텔만의 제품으로 웨이퍼 전면에 전력 라우팅이 필요하지 않아 신호 전송을 최적화했다. 인텔 20A는 2024년에 생산에 들어갈 것으로 예상한다.
인텔 20A 공정 기술을 활용해 퀄컴(Qualcomm)과 협력할 수 있는 기회도 기대하고 있다.
더불어 인텔 20A를 넘는 인텔 18A는 트랜지스터 성능을 다시한번 높일 리본펫의 향상과 함께 2025년 초를 목표로 이미 개발 중에있다. 인텔은 또 차세대 High NA EUV를 정의, 구축, 배치하기 위해 노력하고 있으며 생산 툴을 제공 받을 계획이다. 인텔은 현재 세대의 EUV를 뛰어넘는 업계 혁신의 성공을 확보하기 위해 ASML과 긴밀히 협력하고 있다.
패키징 측면에서는 기술 개선에 무게를 뒀다. 자체 제품은 물론 반도체 수탁생산(파운드리) 고객사 제품에 적용할 방침이다.
나 상무는 “향후 반도체 업계와 고객은 새로운 노드 명칭을 바탕으로 구축한 의미 있는 프레임워크를 통해 공정 노드를 식별하고 보다 정확한 정보를 바탕으로 의사 결정을 내릴 수 있다며 ”이는 인텔 파운드리 서비스(IFS) 설립과 함께 가장 중요한 발표 중 하나“라고 밝혔다.
한편 EMIB는 인텔이 2017년부터 일부 적용해온 패키징이다. 다이와 다이를 연결할시 별도의 실리콘 없이 내장형으로 연결하는 구조다. 사파이어 래피즈는 EMIB를 적용해 양산하는 첫 서버용 프로세서다.
이후 차세대 EMIB는 실리콘간 연결을 위한 돌기인 범프 피치를 기존 55마이크론에서 45마이크론으로 줄일 방침이다.
포베로스는 3차원(3D) 적층 솔루션 방식의 패키징이다. 메테오 레이크에서 2세대 포베로스를 구현한다. 이 제품은 36마이크론의 범프 피치와 5~125와트 열 설계 전력 범위가 특징이다.
차세대 기술로는 포베로스 옴니와 포베로스 다이렉트가 준비돼 있다. 각각 25마이크론 이하, 10마이크론 미만의 범프 피치를 갖췄다.
포베로스 옴니는 실리콘관통전극(TSV)와 구리 기둥을 병행하는 패키징이다. TSV는 칩에 미세한 구멍을 뚫어 상단 칩과 하단 칩을 전극으로 연결하는 기술이다. TSV를 안 쓸 수 있는 곳에 구리 기둥을 세워 전력 전달을 효과적으로 하는 구조다. 2023년 대량 생산 체제에 돌입할 것을 보인다.
포베로스 다이렉트는 실리콘과 실리콘으로 직접 연결하는 패키징이다. 저저항 상호연결을 구현할 수 있다. 포베로스 옴니와 포베로스 다이렉트는 상호보완적인 기술이다.
인텔은 이번 발표를 통해 5가지 노드와 패킹징 기술을 개발, 향후 반도체 시장을 주도해 나가겠다는 야심찬 전략을 세웠다. 하지만 업계에서는 인텔의 기술들이 4년 내 상용화할 수 있는지에 대한 의문이라는 반응이 나오고 있다. 이는 예전 인텔이 CPU 로드맵을 발표했지만 지켜지지 않은 사례가 있었기 때문이다.
이와 관련 인텔은 “선언적인 일정이 아니고 기술 검증이 어느 정도 끝난 상황”이라며“ ”연구개발(R&D)과 자본 투자까지 확정했기 때문에 큰 문제 없을 것”이라고 단언했다.