인텔은 13일(현지시각) 2022 IEEE VLSI 심포지엄에서 차세대 인텔 4 칩 제조 공정 기술에 대해 공개했다. 인텔 4 공정으로 만든 칩은 동일한 양의 전력을 사용하면서 최대 21.5% 더 높은 클럭 속도를 제공할 수 있어서 동일한 클럭 속도에서 전력을 40% 더 적게 사용할 수 있다.
또한 인텔 4는 인텔의 이전 세대 칩 제조 공정에 비해 두 배의 논리 셀 밀도를 제공하므로 더 많은 컴퓨팅 회로를 프로세서에 통합할 수 있다. 그 결과 성능이 향상되고 SRAM 셀 밀도도 20% 이상 향상된다. 인텔 4는 인텔이 최초로 극자외선 리소그래피(EUV) 기술을 사용한 공정이다. EUV 기술은 광선을 사용해 트랜지스터 패턴을 실리콘 웨이퍼에 식각(etching)한다.
EUV 기계는 한 대당 약 2억 달러의 비용이 들며 작은 주석 조각을 가열해 생성된 플라즈마를 이용해 광선을 발생한다. 이 과정이 1초에 수만 번 반복된다. EUV 기계가 발생하는 광선으로 더 정교한 트랜지스터 패턴을 웨이퍼에 새길 수 있다.
AMD와 애플 등 인텔 경쟁사는 EUV를 활용한 대만 TSMC의 7나노급 공정을 이용해 각종 프로세서를 생산한 반면 인텔은 현행 12세대 코어 프로세서 등 생산에 EUV를 활용하지 않았다. 인텔이 10nm와 7nm 공정 로드맵을 설계할 때만 해도 EUV(극자외선) 공정은 성숙하지 못했다. 따라서 인텔은 당시에는 EUV를 쓸 수 없었고 이에 따라 복잡성이 증가해서 결국 10nm 공정도 지연됐다.
인텔에 따르면 인텔 4 공정에서 EUV 기술을 사용하면 칩 성능이 향상될 뿐만 아니라 제조 오류도 줄일 수 있어 수율도 개선된다. 또한 인텔은 인텔 4가 제조 공정의 특정 부분과 관련된 단계 수를 줄인다고 밝혔다. 그 결과 보다 효율적인 생산 워크플로가 구현된다.
인텔은 칩 효율성을 최적화하기 위해 프로세서를 만드는 재료 중 일부를 변경했다. 지금까지 코발트를 사용하여 칩의 여러 부분을 연결하는 배선을 구축했지만, 인텔 4 공정에는 코발트와 구리를 결합한 Enhanced Copper라는 재료로 사용했다.
인텔은 또한 칩에 전력을 공급하는 트랜지스터의 설계를 업데이트했다. 새로운 배선 기술의 특정 기능 덕분에 트랜지스터 설계에서 일부 구성 요소를 성능 저하 없이 제거할 수 있었다고 한다. 결국 수용할 구성 요소가 적기 때문에 칩에 더 많은 트랜지스터를 배치할 수 있어 성능이 향상된다. 이 설계 업데이트는 인텔 4 공정이 제공하는 속도 향상의 요인 중 하나다.
인텔은 새로운 반도체 제조 기술과 함께 인텔 4 공정을 사용하여 2023년 하반기 출시될 메테오레이크(Meteor Lake) 프로세서를 미리 선보였다. 메테오레이크 프로세서에는 성능에 최적화된 6개의 CPU 코어와 전력 효율성에 최적화된 8개의 코어가 포함된다. 통합 그래픽 처리 장치와 인공 지능 모듈도 있다.
더 나아가 인텔은 인텔 4 공정을 인텔 3이라고 하는 훨씬 더 진보된 제조 기술로 업그레이드할 계획이다. 이 기술은 향상된 트랜지스터 설계를 도입할 예정이며 EUV 기술을 보다 광범위하게 사용할 것이다. 인텔 3는 인텔 4보다 최대 18% 더 나은 성능을 제공할 것으로 예상된다.
AI타임스 박찬 위원 cpark@aitimes.com
