[정보분석] iPhone과 AMD와 게임기의 미래를 좌우하는 Common Platform 기술 로드맵

 

Common Platform이 컨퍼런스를 개최

　Intel과 TSMC 이외의 반도체 업체도 급격히 공정 기술을 발전 시키려고 하고 있다. 현재 Intel과 TSMC 이외의 벤더의 대부분은 IBM을 중심으로 한 반도체 기술의 공동 개발 그룹 Common Platform에 집결하고 있다. 이 그룹이 생산하는 칩은 Apple의 iPad / iPhone 또는 Samsung의 모바일 SoC (System on a Chip), AMD의 고성능 CPU, PLAYSTATION 3 (PS3) 및 Xbox 360, Wii U, 차세대 Xbox 칩이 포함된다. 따라서 Common Platform의 기술적 인 방향성은 컴퓨터 칩의 상당 부분의 미래를 좌우한다.

　Common Platform은 미국 산타 클라라에서 2 월 5 일에 열리는 기술 컨퍼런스 "Common Platform Technology Forum 2013 '을 개최했다. 컨퍼런스의 모양은 키 노트 스피치 등 일부 Web 캐스팅 됐다. 프레젠테이션 자료는 공개되지 않았지만, Web 캐스팅 된 부분만으로도 Common Platform이 향하는 방향이 보인다.

 

10년 주기의 큰 프로세스(공정) 기술 변화의 물결

　Common Platform 공정 기술 개발의 핵심을 담당하는 IBM은 기술적인 방향을 요약했다. Dr. Gary Patton 씨 (Vice President of Semiconductor Research & Development Center, IBM)는 반도체 기술을 대략적으로 매 10 년마다 4 개의 시대로 구분했다.

　처음에는 2000 년경까지의 평면 CMOS에 의한 기존의 CMOS 스케일링이 잘 작동하던 시절. 그것이, 게이트 절연막이 미세화의 한계에 도달 누설 전류 (Leakage)가 급증한 것으로 부터, 2000 년 이후에는 HKMG (High-K/Metal Gate) 등 다양한 재료 개량을 평면 CMOS에 추가 할 필요가 나오는 평면과 재료의 개량 시대가 되었다.

　하지만 그것도 평면 CMOS 자체의 구조의 한계에 도달, 2010 년대에는 "3D 시대"에 접어 들었다고 Patton 씨는 설명한다. 트랜지스터를 평면에서 3D 구조의 FinFET 등으로 전환뿐만 아니라 다이 (반도체 본체)를 직접 적층 3D 다이 스택 등 새로운 접근도 도입 간다. 3D 시대는 모바일 디바이스의 진화를 위해, 저전력 화가 요구되기 때문에 3D 기술의 채택이 중요하다.

 

 

 

 

 

 

공정 기술은 약 10년마다 큰 도전에 직면하고 새로운 시대에 돌입한다.

 

하지만 한층 더 그 뒤로 2020 년대가되면 이번에는 원자의 크기가 문제가 될 "원자 시대 '에 돌입한다고한다. 원자 시대는 실리콘 나노 와이어와 실리콘 포토닉스, 이종 칩 적층 기술이 필요하다. 또한 탄소 나노 튜브와 자기 조직화의 에이치 공정 과정도 연구하고 있다. 원자 수준에서의 연구 개발을 쌓아 슈퍼 컴퓨터와 같은 대형 시스템에서 제품에 연결해 간다.

　IBM은 리소그래피 스케일링 거친 로드맵도 보여 주었다. 현재 로직 공정은 액침 리소그래피를 사용하고 있지만, 20/14nm 프로세스 이후 침수 다중 노출 리소그래피로 옮겨 간다. 다중 노출은 10nm 세대까지 커버 할 전망이며, 7nm에서 EUV로 이행하는 것이 예상되고 있다. 아래는 작년 (2012 년)의 ARM Techcon에서 IBM의 14nm 공정 설명

슬라이드다.

 

 

 

 

AMD와 게임기를 좌우하는 GLOBALFOUNDRIES의 로드맵

　Common Platform의 일원 GLOBALFOUNDRIES의 프로세스 로드맵에서는 약간의 업데이트가 있었다. GLOBALFOUNDRIES는 현재 다수의 28nm 프로세스를(공정) 시작하고 있지만, 올해는 더욱 미세화 한 20nm 프로세스 "20LPM"를 시작한다. 그리고 내년 (2014 년) 초기에는 3D 트랜지스터의 "14XM"를 시작한다. GLOBALFOUNDRIES는 또한 이번 컨퍼런스에서 10nm 세대의 3D 트랜지스터 공정 "10XM"을 2015 년 하반기에 시작할 것을 명확히 했다. 아래는 14XM 발표시 슬라이드이다.

 

 

 

 

 

GLOBALFOUNDRIES의 28nm은 다양한 공정 기술이 병존한다. Common Platform Technology Forum 2013에서 제출 된 로드맵에서는 유선 기기 용의 "28HPP",저전력 고성능 "28LPH", 저전력 "28SLP"같은 HKMG 프로세스 외에도 HKMG를 사용하지 않는 "28LPS" 제공한다. 또한 PC CPU에서 고성능 프로세스 로드맵에서는 "32/28SHP"라고되어 있었다. 종래는 "32SHP"의 후계는 S가 없는 "28HP '라는 명칭이 있었다. 그러나 내용에 차이가 있는지 알 수 없다. 이 밖에 GLOBALFOUNDRIES는 ST Microelectronics와 협력하여 개발하고 있다 FD-SOI (Fully Depleted SOI)의 28nm 공정의 제공시기가 위험 생산에서 올해 (2013 년) 4 분기 양산으로 내년 (2014 년) 전반이 될 수도 있는 내용들이 계시 되었다.

　GLOBALFOUNDRIES의 14XM 프로세스는 백엔드 등의 기술은 20nm 세대와 공통화를 추진하고, 트랜지스터 주위를 FinFET로 전환한다. BEOL (Back End Of Line)은 20nm와별로 다르지 않기 때문에 공정 개발의 장애물은 훨씬 낮아진다. 따라서 다이 영역 확장의 이점은 아니지만, GLOBALFOUNDRIES는 성능 / 전력에서 극적인 개선이 전망된다고 설명한다.

　컨퍼런스에서는 Cortex-A9의 구현에서 28SLP 12 트랙 라이브러리에서 14XM 9 트랙 라이브러리로 전환하면 동일한 전력으로 성능은 61 % 향상되었고, 같은 성능이라면 62 %의 전력 컷된다고 설명 했다. 아래의 슬라이드는 14XM 발표시의 것으로, 이쪽은 20LPM과 14XM을 비교하고 있다.

 

 

공정 기술 로드맵

 

 

iPad와 iPhone과 Galaxy 다음을 점 치는 Samsung 공정 기술

　Samsung도 FinFET의 장점은 성능 / 전력에 있다고 설명한다. 이것은 모바일용 반도체 로직 공정 사업의 핵심으로 되고 있다. Samsung에게 큰 문제다. Samsung의 KH Kim 씨 (Executive Vice President, Foundry Business, Samsung)는 모바일 기기의 성능 요구는 점점 높아지고 있는데, 전력 제약은 그다지 확장되지 않기 때문에 성능 / 전력을 향상시켜 나가야 한다고 설명 한다. 따라서 비장의 카드가 FinFET 프로세스(공정) 라고 한다. 아래는 작년 (2012 년)의 DAC (Design Automation Conference)에서 Samsung의 설명이다.

 

 

 

 

 

 

Samsung은 지난해 (2012 년) 말에 14nm FinFET 프로세스의 테스트 칩을 테이프 아웃했다고 발표했다. 올해 (2013 년)는 여러 MPW (Multi Project Wafer)를 달리고 있는 단계라고 말한다.

　Samsung은 현재 로직은 32nm 공정의 생산으로 행하고 있지만, 28nm 공정으로 전환을 추진하고 있다. Samsung의 28nm은 모바일 및 가전 용 "28LPP"과 네트워크와 컴퓨팅을 위한 "28LPH" 두 과정이 있다. 트랜지스터 옵션의 차이에 따라 28LPP 쪽이 누설 전류가 적지만 성능이 낮고, 28LPH 성능은 높지만 누설 전류도 많다. GLOBALFOUNDRIES보다 종류가 적은 것은 대상이 어느 정도 좁혀지고 있기 때문일 것이다.

　Apple의 현재 iPad / iPhone의 Ax 시리즈 모바일 SoC는 Samsung의 32nm 공정으로 제조되고있다. 그러나 Samsung이 순조롭게 28nm 프로세스를 시작한다고 하면 Apple 제품도 올해 (2013 년)에는 28nm로 이행 할 것으로 보인다. 물론, Apple이 다른 파운드리로 이행하지 않는 경우이지만, 32/28nm는 Samsung에 머물 가능성이 높다고 볼 수있다.

 

 

 

 

 

Samsung은 로직 Fab으로 한국의 'S1 Fab "과 미국 오스틴의"S2 Fab'외에도 한국에 새로운 로직 Fab을 시작했다. S2는 28nm 공정의 양산을 행하고 있어 새로운 Fab은 2014 년 가동을 목표로 하고 있다. Samsung은 S2는 메모리 Fab을 로직 Fab으로 전환하는 방식으로 로직 Fab을 늘려왔다. Samsung이 비중을 메모리에서 로직으로 옮기고 있는 것을 잘 안다.

　FinFET에 Intel이 선행 이후 다른 반도체 제조업체는 Intel 따라 잡기 위해 돌진하고 있다. FinFET 도 1 ~ 2 프로세스 세대마다 큰 혁신이 필요하다는 상황이 되어 있어 장애물이 매우 높다. 따라서 Intel과 TSMC 이외의 주요 공급 업체는 Common Platform에 집결 해 개발 부담을 줄이고 프로세스 진화의  격류를 나아가려 하고 있다.

 

 

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