새로운 트랜지스터 아키텍처 ‘리본펫’과 후면 전력 공급 방식 공개해

인텔이 최근 가장 상세한 공정 및 패키징 기술 로드맵을 공개했다.

10년 여 만에 새로운 트랜지스터 아키텍처인 리본펫(RibbonFET)을 선보였고 후면 전력 공급 방식인 파워비아(PowerVia)를 업체 최초로 공개했다고 밝혔다. 특히 인텔은 High NA(High Numerical Aperture) EUV라 불리는 차세대 극자외선 리소그래피(EUV)를 빠르게 도입한다.



글로벌 ‘인텔 엑셀러레이티드(Intel Accelerated)’ 웹 캐스트에 등장한 팻 겔싱어 인텔 CEO는 “인텔은 트랜지스터에서 시스템 레벨까지 기술 진보를 제공하기 위해 비교 불가한 혁신들을 활용하고 있다. 주기율표의 모든 원소가 고갈될 때까지 인텔은 무어의 법칙을 지속해 나갈 것이며 실리콘의 마법과 같은 혁신을 거침없이 추구할 것”이라고 말했다.

인텔은 기존 프로세스 공정과 실제 게이트 길이가 일치하지 않는다는 점을 감안해 반도체 공정에 대한 새로운 명칭을 도입했다. 인텔 파운드리 서비스(Intel Foundry Services, IFS) 출시를 부각하려는 의도가 크다.



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. 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 것이다. 향후 반도체 업계와 고객은 새로운 노드 명칭을 바탕으로 구축한 의미 있는 프레임워크를 통해 공정 노드를 식별하고, 보다 정확한 정보를 바탕으로 의사 결정을 내릴 수 있다는 것.

EUV 기반 첫 인텔핀펫 노드는 인텔4

이를테면, 인텔 7은 기존 10nm 향상된 슈퍼핀(SuperFin)이다. 핀펫 트랜지스터 최적화를 통해 인텔 10nm 슈퍼핀(SuperFin) 보다 약 10~15% 높은 와트당 성능을 제공한다. 여기에는 실리콘 격자간격을 더 늘리고, 더 낮은 저항 물질 사용, 새로운 고밀도 패턴화 기법, 간소화된 구조 및 높은 메탈 적층으로 향상된 라우팅 등이 포함된다. 인텔 7은 2021년 선보일 클라이언트 PC용 엘더레이크(Alder Lake)와 2022년 1분기 생산 예정인 데이터센터용 사파이어 래피즈(Sapphire Rapids) 등 제품에 적용할 예정이다.

인텔 4(Intel 4)는 기존 인텔 7nm의 새로운 명칭이다. 인텔 4는 인텔 7에 비해 와트당 약 20% 향상된 성능을 제공하며, 극자외선(EUV) 리소그래피를 전면 도입한 첫 인텔 핀펫 노드이다. EUV 리소그래피는 실리콘에 극히 세밀한 인쇄를 위해 13.5nm 파장에 초점을 맞추는 렌즈와 거울로 구성된 매우 복잡한 광학 시스템을 수반한다.

이는 193nm 파장의 빛을 사용하던 기존 기술에 비해 크게 개선한 것이다. 인텔4는 클라이언트 PC용 메테오레이크(Meteor Lake), 데이터센터용 그래나이트래피즈(Granite Rapids)를 포함 2023년 제품 출하를 위해 2022년 하반기에는 생산에 들어갈 예정이다.



인텔 3(Intel 3)은 핀펫의 이점을 계속 가져가면서, 인텔 4에 비해 와트당 약 18% 향상된 성능을 제공할 것으로 예상한다. 이는 일반적으로 표준 노드에서 달성하는 성능 향상보다 높은 수준의 트랜지스터 성능 향상이다. 인텔 3은 인텔4에 비해 밀도가 높고 성능이 뛰어난 라이브러리, 인트린직(intrinsic) 드라이브 전류 증가, 저항이 낮은 최적화된 인터커넥트 메탈 적층, EUV 사용 확대 등을 구현한다. 인텔 3는 2023년 하반기에 제품 생산을 시작한다.

인텔 20A는 옹스트롬(angstrom, 0.1nm) 시대를 여는 주요한 두 가지 혁신 기술인 리본펫(Ribbon FET)과 파워비아(PowerVia)를 활용한다. 파워비아는 인텔만의 업계 최초 후면 전력 공급망 방식 적용으로, 웨이퍼 전면에 전력 라우팅이 필요하지 않아 전압 강하와 노이즈를 줄이면서도 신호 전송을 최적화한다. 리본펫(RibbonFET)은 인텔이 GAA(Gate-all-around) 트랜지스터를 적용한 것으로, 이는 인텔이 2011년 핀펫 이후 처음 선보이는 새로운 트랜지스터 아키텍처이다.

이 기술은 더 빠른 트랜지스터 스위칭 속도를 제공하는 동시에 더 작은 면적이 가능하며 다중 핀과 구동 전류가 동일하다. 인텔 20A는 2024년에 생산에 들어갈 것으로 예상한다. 인텔 20A 공정 기술을 활용해 퀄컴(Qualcomm)과 협력할 수 있는 기회도 기대하고 있다.

인텔 18A, 2025년 목표로 개발

인텔 20A를 넘는 인텔 18A는 트랜지스터 성능을 다시 한 번 높일 리본펫의 향상과 함께 2025년 초를 목표로 이미 개발 중에 있다.
인텔은 또한 차세대 High NA EUV를 정의, 구축, 배치하기 위해 노력하고 있으며 업계 최초로 생산 툴을 제공 받을 계획이다. 인텔은 현재 세대의 EUV를 뛰어 넘는 업계 혁신의 성공을 확보하기 위해 ASML과 긴밀히 협력하고 있다.

인텔 수석 부사장 겸 기술 개발 부문 총괄인 앤 켈러허(Ann Kelleher) 박사는 “인텔 20A는 리본펫과 파워비아의 두 가지 획기적인 혁신을 통해 공정 기술의 또 다른 분수령이 될 것”이라고 말했다.

인텔의 새로운 IDM 2.0 전략으로 무어의 법칙의 효용을 실현하는데 있어 패키징 기술이 더욱 중요해지고 있다. 인텔은 아마존웹서비스(AWS)가 인텔 파운드리 서비스(IFS) 패키징 솔루션의 첫 고객이 될 것이라고 발표했으며, 인텔은 최고의 첨단 패키징 로드맵을 제공할 것이라고 밝혔다.

EMIB는 2017년부터 관련 제품이 출하되는 등 업계 최초의 2.5D 임베디드 브릿지 솔루션으로 업계 리더십을 유지해오고 있다. 사파이어 래피즈 이후 차세대 EMIB는 범프(bump) 피치를 55 마이크론에서 45마이크론으로 개선할 예정이다. 포베로스(Foveros)는 웨이퍼 수준의 패키징 기능을 활용해 최초의 3D 적층 솔루션을 제공한다. 메테오 레이크는 2세대 포베로스를 적용할 클라이언트용 제품이다. 포베로스 옴니(Foveros Omni)는 실리콘 다이를 서로 연결하고 모듈 설계를 위한 3D 적층 기술을 활용해 무한한 유연성과 성능을 제공하는 차세대 포베로스 기술로 2023년에 대량 생산 가능할 것으로 예상한다.

포베로스 다이렉트(Foveros Direct)는 낮은 저항으로 구리와 구리를 서로 직접 연결할 수 있으며, 웨이퍼와 패키징의 경계를 모호하게 한다. 포베로스 다이렉트는 3D 적층 상호연결 밀도를 10 마이크론 이하로 범프 피치를 구현하여 이전에는 달성할 수 없었던 기능별로 다이를 분리할 수있는 새로운 개념을 제시했다.