(출처: 인텔)
인텔이 미래 프로세서 기술에 대한 새로운 청사진을 제시했습니다. 인텔은 국제 반도체 소자 학회 (IEMD) 2022 에서 9개의 논문을 발표했는데, 이 가운데 특히 중요한 부분이 앞으로 인텔 프로세서의 발전 방향을 짐작하게 하는 준 모놀리식 ('Quasi-Monolithic Chips' (QMC)) 3D 패키징 기술입니다.
현재의 반도체 미세 공정은 10, 7, 5, 4, 3, 2nm 하는 식으로 꾸준히 크기를 줄이고 있는 것처럼 보이지만, 사실은 각 미세 공정의 명칭은 실제 물리적 크기와 무관합니다. 예를 들어 10nm 공정과 비교하면 3nm 공정은 같은 면적에 10배가 넘는 트랜지스터를 집적해야 하나 실제로는 그렇지 못하고 있습니다. 하지만 최근 프로세서들이 경쟁적으로 크고 복잡해지면서 점점 다이 사이즈가 커지고 있습니다.
결국 나온 대안은 하나의 다이로 만든 모놀리식칩 대신 여러 개의 작은 칩을 고속 인터페이스로 연결하는 칩렛 디자인입니다. 그러나 이 경우 각 칩렛들을 2D 혹은 3D로 연결하는 과정에서 에너지 소비량은 커지고 속도는 지연되는 일을 피하기 힘듭니다. 결과적으로 이렇게 만든 칩은 모놀리식 칩보다 속도는 느리고 전력 소모량은 커지게 마련입니다.
인텔은 이 문제를 극복하기 위해 새로운 하이브리드 결합 칩 결합 기술을 개발했습니다. 3마이크로미터의 새로운 미치는 기존의 10마이크로미터 기준 10배의 밀도와 더 높은 에너지 효율을 기대할 수 있습니다. 다이를 수직으로 쌓아도 마치 하나의 칩처럼 작동할 수 있다는 것입니다. 하지만 인텔은 여기에 멈추지 않고 현재의 100배 밀도를 지닌 QMC 기술을 개발해 3D 패키징 기술을 극한으로 끌어올릴 계획입니다. 여기에 미세 공정 기술을 더하면 이론적으로 1000억 개를 넘어 1조개의 트랜지스터를 지닌 프로세서도 만들 순 있습니다.
(출처: 인텔)
인텔의 또 다른 도전은 극단적으로 얇은 2D 트랜지스터를 만드는 것입니다. 현재 로드맵에 의하면 인텔은 2024년에 리본펫 (RibbonFET)이라는 인텔 고유의 게이트 올 어라운드 (GAA) 기술을 도입할 계획입니다. 리본펫 다음에는 더 극단적으로 두꺼를 줄여 원자 3개에 불과한 수준인 2D 채널 물질을 도입하는 것입니다. 이런 물질을 만드는 것도 엄청난 도전이지만, 이 물질이 장기간 제대로 작동하게 만드는 일과 경제적으로 양산하는 일은 새로운 도전이 될 것입니다.
(출처: 인텔)
예상외의 혁신은 메모리 부분에서 나왔습니다. 인텔은 차세대 비휘발성 메모리의 일종으로 주목받고 있는 FeRAM (강유전체메모리)을 세계 최초로 3D 적층해 선보였습니다. FeRAM은 D램만큼 속도가 빠르고 용량도 크지만, 전원이 끊겨도 저장된 메모리가 사라지지 않는 차세대 비휘발성 메모리의 일종입니다. 다만 과거 3D Xpoint의 사례를 생각하면 현재 D램과 낸드 플래시 메모리 생태계를 무너뜨리는 일은 생각보다 쉽지 않을 수 있을 수 있습니다. 이론적으로 보면 차세대 비휘발성 메모리가 정답이지만, 항상 가격과 대량 양산이라는 장벽을 넘기가 쉽지는 않았습니다.
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