반도체 미세공정 ‘옹스트롬(Å) 시대’ 열리나

IBM, 세계 최초 0.7nm 공정 기술 개발평면으로 촘촘 배치 대신 수직으로 층층 배치‘무어의 법칙’ 한계 깬 새로운 길 제시“1옹스트롬까지 발전할 것”현재 최선단 공정은 2nm…TSMC·삼성·인텔 상용화 경쟁 중25일(현지시간) IBM은 세계 최초 ‘1나노 이하’ 칩 기술인 0.7나노 공정 기반 새로운 트랜지스터 구조인 ‘나노스택’을 개발하겠다고 밝혔다. [IBM 제공][헤럴드경제=박지영 기자] IBM이 세계 최초로 1나노(nm·나노미터, 10억분의 1m)의 벽을 깬 0.7나노(7Å[옹스트롬]) 반도체 기술을 공개했다.전통적으로 반도체 기술은 트랜지스터는 평면에 더 작게, 더 촘촘하게 배치하는 식으로 발전해왔는데 지금의 기술력으로는 한계가 있었다. IBM은 수평이 아닌 수직으로 층층히 쌓는 방안을 선택, 궁극적으로 1옹스트롬(100억분의 1m) 노드까지 미세화를 이어가겠다는 계획을 발표했다.지난 25일(현지시간) IBM은 세계 최초 ‘1나노 이하’ 칩 기술인 0.7나노 공정 기반 새로운 트랜지스터 구조인 ‘나노스택’을 개발하겠다고 밝혔다. 현재 최선단 공정은 2나노로, TSMC와 삼성전자, 인텔 등이 상용화 경쟁을 벌이고 있다.IBM은 “손톱만 한 칩에 약 1000억개의 트랜지스터를 집적해 2021년 공개한 2나노 칩보다 집적도를 두 배 높였다”고 설명했다. 2나노보다 연산 성능은 50% 더 좋고, 메모리(S램) 공간 효율은 40% 향상됐다. 에너지 효율은 70% 높다고 한다.핵심은 ‘나노스택(NanoStack)’ 아키텍처다. 지금까지 반도체 성능은 칩 안의 회로를 더 작게 만들어 한정된 평면 공간에 트랜지스터를 더 많이 집적하는 방식으로 발전해왔다. 트랜지스터 간격이 극한으로 좁아지면서 전류가 새고 열이 발생하며, 배선 저항이 커지는 등 물리적 한계에 부딪히게 됐다. 이런 한계 때문에 무어의 법칙(반도체에 집적되는 트랜지스터의 수가 2년마다 2배로 늘어나 성능도 2배가 된다는 내용)도 더 이상 작동하지 않는다는 평가가 나왔다.25일(현지시간) IBM은 세계 최초 ‘1나노 이하’ 칩 기술인 0.7나노 공정 기반 새로운 트랜지스터 구조인 ‘나노스택’을 개발하겠다고 밝혔다. [IBM 제공]이같은 한계를 극복하기 위해 IBM은 3차원 수직 적층(Stack)을 택했다. 트랜지스터를 수직으로 쌓고, 위층과 아래층을 엇갈리게 배치했다. 필요에 따라 서로 다른 반도체 소재를 조합하거나 용도에 맞게 배치할 수 있어 AI 전용 칩 설계에도 유리하다.IBM은 방대한 데이터를 빠르게 처리해야 하는 AI 워크로드(AI를 돌리기 위해 필요한 컴퓨팅 작업 묶음)에 적합하며 프로세서와 메모리 간 데이터 전송 효율을 높여 AI 데이터센터 운영에 필요한 전력 비용을 줄일 수 있다고 강조했다. 또 AI 연산 목적에 맞춘 특화 칩을 보다 자유롭게 설계할 수 있는 것도 장점이다.IBM은 이르면 5년 안에 이를 상용화할 계획이다. IBM은 “나노스택은 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU), 모바일 칩 등 모든 영역에서 쓰일 수 있는 범용 기술”이라며 “이는 앞으로 10년 이상 반도체 산업의 확장을 이끌어갈 새로운 디바이스 플랫폼이 될 것”이라고 전망했다.25일(현지시간) IBM은 세계 최초 ‘1나노 이하’ 칩 기술인 0.7나노 공정 기반 새로운 트랜지스터 구조인 ‘나노스택’을 개발하겠다고 밝혔다. [IBM 제공]IBM은 앞으로 1나노 이하 기술을 고도화해나갈 것이라고 밝혔다. 후이밍 부 IBM 리서치 반도체 글로벌 연구개발(R&D) 총괄 부사장(VP)은 “나노스택은 단발성 혁신이 아니다”라며 “향후 10년간 여러 세대에 걸쳐 7옹스트롬, 5옹스트롬, 3옹스트롬을 거쳐 1옹스트롬에 이르는 제품이 이 아키텍처를 기반으로 나올 것”이라고 강조했다.IBM은 현재 일본 파운드리 업체 라피더스와 2나노 양산 기술을 공동개발하고 있으며, 0.7나노 기술의 상용화 파트너는 아직 결정하지 않았다고 밝혔다. 제이 감베타 IBM 리서치 총괄은 “우선은 라피더스와 2나노 생산을 성공시키는 데 집중하고 있으며, 이후 산업화 방안을 검토할 것”이라고 말했다.