최신 전자기기의 핵심 부품인 CPU와 메모리, AP칩 등에서 자주 등장하는 ‘나노 공정’. 대체 나노 공정이란 무엇이고 어떤 의미를 가질까요? 최첨단 반도체 제조 기술의 척도로 통하는 나노 공정에 대해 자세히 알아보겠습니다.
나노 공정이란?
반도체 미세 공정 기술의 단위
나노 공정은 반도체 칩을 제조하는 데 있어 트랜지스터와 회로의 크기를 나타내는 단위입니다. 나노미터(nm) 단위로 공정 기술의 수준을 표현하는데요. 여기서 1나노미터는 10억분의 1미터에 해당하는 극히 작은 크기죠. 7나노 공정이라고 하면 트랜지스터의 게이트 길이가 7nm라는 의미입니다. 나노 공정 수치가 작을수록 더 미세한 공정 기술을 의미하며 칩의 집적도가 높아집니다.
작을수록 좋은 나노 공정, 그 이유는?
나노 공정 수치가 작아질수록 좋은 이유는 무엇일까요? 같은 면적에 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있기 때문입니다. 회로의 선폭이 얇아지고 트랜지스터 간 거리가 좁혀지면서 칩의 크기를 줄일 수 있죠. 작아진 칩은 같은 성능이라면 생산단가를 낮출 수 있고, 같은 크기라면 더 뛰어난 성능을 구현할 수 있습니다. 소비전력 감소, 발열 감소 등의 장점도 있어 모바일 기기 등에 적합합니다.
3나노 vs 5나노 공정
집적도는 3나노 공정이 우위
현재 상용화된 최신 공정은 3나노와 5나노 공정입니다. 삼성전자와 TSMC가 3나노 공정 기술을 선보였고, 인텔은 7nm(인텔 4)와 5nm(인텔 3) 공정을 개발 중인데요. 3나노 공정은 5나노에 비해 트랜지스터 크기가 더 작아 집적도 면에서 우위를 점합니다. 단위 면적당 약 1.7배의 트랜지스터를 더 집적할 수 있어 칩의 크기를 30% 가량 줄일 수 있죠. 소비전력은 50% 감소하고 성능은 35% 향상되는 효과가 있습니다.
생산수율과 원가는 5나노 공정이 유리
하지만 공정 기술이 미세할수록 생산이 까다로워 수율 확보가 어려운 것이 사실입니다. 3나노 공정의 경우 아직 안정적인 양산 체제를 갖추지 못했고 수율이 낮아 생산 원가가 높은 수준이죠. 5나노 공정은 이미 양산 경험이 축적되어 원가 경쟁력 측면에서 더 유리합니다. 현 시점에서는 3나노의 성능과 5나노의 수율, 생산성이 트레이드오프 관계에 있다고 볼 수 있겠네요.
두 공정의 미묘한 줄다리기
첨단 공정일수록 기술적 도전이 크다 보니 3나노 양산을 둘러싼 반도체 업계의 경쟁이 치열합니다. 삼성전자가 세계 최초 3나노 양산을 시작했고, TSMC도 올해 3나노 제품 출하를 예고했죠. 인텔은 다소 뒤처진 모습입니다. 시장조사기관들은 당분간 5나노 시장 규모가 더 클 것으로 내다봤는데요. AP칩이나 모바일 프로세서 등 3나노로의 전환 수요는 서서히 확대될 전망입니다.
극초미세 공정으로 치닫고 있는 나노 공정 경쟁, 그 끝은 어디일까요? 반도체 칩에 무수한 트랜지스터를 집적하며 놀라운 성능을 끌어내는 기술력이 경이롭기만 합니다. 3나노, 2나노를 거쳐 1나노 시대를 향해 나아가는 도전은 계속될 것입니다. 파운드리 경쟁력의 핵심 지표이자 첨단 산업의 기반인 나노 공정 기술, 대한민국이 세계 최고 수준으로 도약하길 기대해 봅니다.
나노 단위의 반도체 세계에서 펼쳐지는 치열한 각축전. 기술 진보가 新산업 지평을 열고 우리 일상을 더 편리하게 만들어갈 것을 믿어 의심치 않습니다. 손 안의 작은 칩 하나에 응축된 기술의 힘, 4차 산업혁명 시대를 견인하는 원동력이 되고 있죠. 대한민국 반도체 기술 발전의 맨 앞에서 미래를 개척해 나가는 연구진들을 응원합니다!