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[화제]인텔 실리콘 제조 레시피...한 번에 4,000 단계로 칩 제조 관리
[화제]인텔 실리콘 제조 레시피...한 번에 4,000 단계로 칩 제조 관리
  • 문상현 기자
  • 승인 2021.08.09 19:48
  • 댓글 0
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인텔은 뉴스룸 콘텐츠 ‘비하인드 빌더스(Behind the Builders)’를 통해 실리콘 제조 레시피를 소개해 관심을 끌고 있다.

인텔의 첨단 트랜지스터 개발 디렉터인 크리스 어스가 가진 취미인 트라이애슬론을 통해서다,

그는 “자전거를 오래 타거나 장거리 달리기를 할 때 최고의 아이디어들이 떠오른다”며, “나는 책상 앞에 앉아 고민하는 많은 문제들을 달리기를 하러 나가서 해결을 시작할 수 있다는 사실을 깨달았다. 그리고 달리기를 마칠 때는 많은 아이디어들을 얻는다”고 말했다.

어스 부사장은 항상 도전과제에 직면해 있다.

인텔의 기술 개발 부사장이자 첨단 트랜지스터 개발 디렉터로서 그는 10nm, 10nm 슈퍼핀(SuperFin) 및 최근 선보인 인텔7 등 여러 실리콘 공정 노드를 관리하고 있다.

크리스 어스(Chris Auth) 인텔 기술 개발 부사장 및 첨단 트랜지스터 개발 디렉터
크리스 어스(Chris Auth) 인텔 기술 개발 부사장 및 첨단 트랜지스터 개발 디렉터

노드는 실리콘 웨이퍼를 수백개의 개별 프로세서로 변환하는 약 4,000 단계의 반도체 제조 레시피로, 각 프로세서는 인터커넥트(interconnect)라는 미세한 와이어로 수십억 개의 트랜지스터가 서로 연결돼 있다(프로세서의 총 와이어 길이는 수 킬로미터에 이를 수 있다).

어스 부사장은 이를 제트 여객기 제작에 비유하는데, 이 두가지 모두 “전체 조직이 함께 작업해야 성공할 수 있는 매우 복잡다단한 프로젝트”라고 그는 이야기한다.

수십억 개의 미세한 부품을 손톱만한 크기의 칩으로 구성하는 것은 대부분의 사람들이 이해하기 어렵지만 어스 부사장은 이것이 도시를 건설하는 방식과 매우 유사하다고 설명한다.

그는 “도시는 사람들이 흩어져 있는 것보다 더 쉽게 협력하고 상호작용할 수 있도록 형성된다”며, “트랜지스터도 마찬가지다. 트랜지스터가 서로 대화하고 상호작용할 수 있도록 가깝게 배치해 정보가 더 빠르게 전송하도록 만든다”고 말했다. 각 칩의 아키텍처는 도시처럼 트랜지스터 그룹을 정의하여 특정 기능을 완성한다.

무어의 법칙(Moore’s Law)은 트랜지스터를 서로 더 많이 집적할 때 나타나는 개선된 실리콘 성능과 (특히) 비용의 일정한 주기를 일컫는다. 어스 부사장은 인텔이 지속적인 미세화에 박차를 가하면서, 지난 몇 년 간 ‘인트라노드(Intranode)’에서도 더 자주 개선하도록 노력해왔다고 전했다.

그는 “작은 혁신들이 모이면 결국 큰 혁신이 된다”면서 “이것이 우리가 슈퍼핀으로 이룬 일이다. 각각 1%씩 추가된 약 15개의 다른 개선들을 모두 적용했다. 각각의 1%는 얼마되지 않지만, 15개를 모두 더하면 정말 커진다. 그리고 우리는 인텔7을 통해 이를 다시 해냈다”고 강조했다.

두 자릿수 개선을 달성하기 위해 어스 부사장과 그의 팀은 4,000개의 공정 단계 중 수 십 개만 변경하면 된다.

어스 부사장은 기본 연구 팀부터 팹(fab)이라 불리는 전 세계 인텔의 생산 공장에 이르는 “큰 그물을 펼쳐 수많은 아이디어를 포착하려고 노력한다” 고 말했다.

그런 다음 아이디어의 영향력과 필요한 일정을 맞출 수 있는 능력에 따라 등급을 매긴다.

반대로 ‘전체 노드’는 성능 향상과 압축을 가져오는데 이는 새로운 도구, 화학 물질, 재료 등 4,000 개의 단계에서 더 근본적인 변화가 필요하다. 예를 들어, 곧 선보일 인텔 4 노드는 극자외선(EUV) 리소그래피를 사용해 더 미세해진 선들과 부속품들을 사용한다.

이 작업은 트라이애슬론 훈련처럼 절대 끝나지 않는다. 반도체 수율 작업은 이 4,000 단계 중 1,000개의 단계에 걸쳐 이루어지고 있다. 이는 칩 성능에는 커다란 향상을 주지 않지만 여기저기서 결함을 줄여 나가는 작은 수정 작업이다.

최초의 실제 컴퓨터 버그로 알려진 1947년 마크2 (Mark II) 전자기계 컴퓨터의 작동을 방해한 나방처럼, 장비나 화학물질의 개별 입자 및 불완전한 방법은 칩의 결함을 유발하고 웨이퍼당 사용 가능한 칩의 비율 및 수율을 낮춘다.

어스 부사장은 “인텔은 이 모든 것들을 미세 조정하기 위해 노력하고 있다”고 말했다. 그는 “우리가 이렇게 더 나은 방법을 찾고 배우기를 계속하기 때문에 지속적인 수율 곡선 상승을 볼 수 있는 것”이라고 덧붙였다.

일부는 재창조되고 나머지는 끊임없이 개선되는 4,000단계의 많은 레시피가 과하게 들리겠지만 사실이다. 그리고 어스 부사장은 다른 방법이 없을 것이다.

어스 부사장은 자신의 직업에 대해 “내가 할 수 있는 가장 즐거운 일”이라며, “만약 누군가 다른 일을 하자고 했다면 ‘나는 이 일을 하고 싶기 때문에 그럴 수 없다’고 대답할 것이다. 트랜지스터를 다루는 일이 재밌다”고 말했다.

그의 아버지는 전기공학과 교수였지만, 어스 부사장은 "대학에 입학했을 때도 내가 가장 하고 싶지 않았던 것은 엔지니어가 되는 것"이었다고 말했다. 그는 의예과 학생이었지만 공학이 그의 뇌를 사로잡았다. “트랜지스터 수업을 들었는데 그 수업이 모든 것을 바꾸었다. 기계적인 부품은 없는 고체 스위치. 순수하게 전기적인 이것이 왠지 제일 멋지다고 생각했다"고 말했다.

그는 의사는 아니지만 매일 다양한 진단을 한다. 어스 부사장은 “문제의 숲 속으로 들어가는 것은 즐겁다”며, “흥미로운 부분은 특정 문제를 파고 들어 아이디어를 낸 다음 그 아이디어를 받아들여 과정에 적용하는 것”이라고 말했다.

그는 가장 좋아하는 부분에 대해 “더 빠른 속도, 더 적은 전력사용, 더 개선된 수율과 안정성이 달성된 후에, 실리콘이 실제 제품으로 만들어지고 베스트바이(가전제품 유통업체)에 판매되고, 살 수 있게 되는 것이다. 즉 이 모든 아이디어와 그에 따르는 모든 작업을 물리적으로 구현하는 것을 가장 좋아한다”고 전했다.

어스 부사장은 그의 팀 덕분에 발전은 계속된다.

"트랜지스터 스케일링은 2010년에 종료될 예정이었다. 많은 논문에서 2010년에 이것이 끝날 것이라고 말했었다. 그러나 지금은 2021년이고 인텔은 2030년까지의 로드맵을 이미 가지고있다. 2010년 이후로 20년이라는 시간이 지난 시점이다."

어스 부사장은 "언제나 4~5년 앞의 미래를 내다볼 수 있다"며 "그 지점에 가능한 한 빨리 도달하면, 또다른 4~5년 후를 내다볼 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

15년 동안 장거리 트라이애슬론을 해온 어스 부사장은 앞으로도 수영, 사이클, 달리기를 하고, 빠른 속도로 미래를 개척해 나갈 것이다.


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