“EUV 새롭지 않지만 우리는 다르다”…’인텔4’ 공정 비결

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“EUV 새롭지 않지만 우리는 다르다”…’인텔4’ 공정 비결

디지털데일리 발행일 2023-09-20 00:35:00

페낭(말레이시아)=김문기 기자

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[인텔 테크투어 2023] 빌 그림 “인텔 도전과제는 공정 복합성 줄이기” [소부장반차장]

[디지털데일리 김문기 기자] “극자외선노광(EUV)장비를 도입하는 것은 새롭지 않다. 이미 다른 파운드리는 쓰고 있다. 우리에게 가장 큰 도전은 공정 복합성을 줄이는 것이었다. 메테오레이크는 최고의 와트당 성능을 내는 프로세서로 만들기 위한 우리의 리더십을 되찾는 여정이었다.”

빌 그림 인텔 로직기술부문 부사장은 지난 8월 23일(현지시간) 말레이시아 페낭에서 열린 ‘인텔 테크 투어 2023’에서 클라이언트 모바일 PC 대상 14세대 인텔 코어 프로세서(코드명 메테오레이크)에 첫 도입된 ‘인텔4’ 공정과 관련한 세부 사항을 공개했다.

인텔4 공정은 인텔이 오는 2025년까지 4년간 5개 공정을 도입하고자 했던 목표의 두 번째 단계다. 인텔은 IDM 2.0 전략의 일환으로 오는 2025년까지 공정 리더십을 확보하겠다는 계획을 밝힌 바 있다.

그림 부사장은 “1단계는 인텔7 공정으로 우리는 성능 향상에 주력했으며, 2단계인 인텔4 공정은 보다 의미 있고 중요한 첫 걸음이다”라며, “EUV의 첫 도입과 면적 스케일링, 전력효율성에 집중했으며, 메테오레이크를 통해 완전하게 구현했다”고 설명했다.

‘인텔4’ 공정은 전 단계인 ‘인텔7’ 공정 대비 고성능 로직 라이브러리가 2배 확장됐다. 공정 간소화를 위한 EUV 리소그래피가 도입됐으며, 저전압 (0.65V 이하) 및 고전압 (1.1V 이상) 운영을 함께 지원하도록 최적화됐다. 고성능 컴퓨팅 애플리케이션을 지원한다. 인텔 7 대비 20% 이상의 iso 전력 성능을 제공한다. 우수한 전력 공급을 위한 고밀도 MIM (Metal-Insulator-Metal) 캐패시터가 포함됐다.

그림 부사장은 “인텔4 3핀은 인텔7 4핀보다 작다. 트랜지스터가 더 강력하고 셀 크기를 줄이기 위해 핀을 줄었다. 그래서 게이트 공간이 줄어들었다. 더미 게이트를 제거해 면적을 줄였다”라며, 인텔7은 구리 합금을 쓰면서 연결성을 포기했으나 인텔4는 탄탈륨/코발트와 순수 구리를 이용해 전도성을 높이면서 전기적 성능도 강화했다”고 말했다.

인텔은 EUV 리소그래피에 대한 막대한 투자를 통해 인터커넥트 아키텍처 설계를 단순화하고 있다. 전형적인 EUV 장비의 가격은 1억8000만 파운드이며, 무게는 180톤에 달한다. 해당 장비 운송을 위해 총 4기의 보잉 747 비행기와 35대의 트럭 그리고 바닥과 천장 보강이 필요하다. 해당 장비는 네덜란드 소재 ASML만 생산한다.

이같은 어려움을 뚫고 찾아온 EUV 장점은 확실하다. EUV 리소그래피는 인터커넥트 아키텍처 플로우를 크게 단순화하면서도 확장 가능하도록 지원한다. 인텔4에서는 필요한 마스크 수를 20% 절감하고 공정 단계를 5% 줄였다.

그는 “예전에는 30~35개 마스크를 썼으나 인텔4는 EUV 식각으로 이를 70% 가량 줄였다. 마스크를 줄이면 수율은 높아진다”라며, “그리디드 인터커넥트 아키텍처를 적용해 예측 가능한 최적화를 실현함으로서 메테오레이크의 수율은 전 세대 대비 훨씬 더 높아졌다”고 강조했다.

이를 통해 메테오레이크는 전세대 대비 20% 이상의 전력효율성을 확보했다. 그림 부사장을 이를 두고 지난 10년간 가장 전력 효율적인 프로세서가 됐다고 자신했다. 또한 인텔4 는 첨단 패키징 기술인 EMIB, 포베로스와 호환된다.

공정 진화는 다음 세대로도 이어진다. 현재 개발 중인 인텔 3 공정은 더 높은 집적도의 디자인 라이브러리,

트랜지스터 수 증가, 비아 저항 감소 등의 특징을 제공한다. EUV 리소그래피의 활용이 더 많아질 것으로 예상된다.

‘인텔 20A’는 리본펫(RibbonFET) 및 파워비아(PowerVia) 기술을 활용해 옹스트롬 시대로 진입한다. 인텔 20A를 기반으로 하는 인텔 18A는 최대 10% 향상된 와트 당 성능 개선을 보일 것으로 기대된다.

그림 부사장은 “인텔3는 보다 조밀한 라이브러리를 제공할 것이며, 더 많은 트랜지스터가 집적되면서 보다 유연성을 지원할 것”이라며, “고밀도 MIM 캐패시터는 옹스트롬 시대에 더 향상될 것”이라고 말했다.