RibbonFET와 PowerVia가 결합되어 Intel 18A 칩의 새로운 시대를 열다

RibbonFET 與 PowerVia 雙劍合璧：英特爾 18A 寫下晶片新里程

반도체 산업의 경쟁이 점점 더 치열해짐에 따라 인텔은 최신 인텔 18A 공정 기술을 통해 기술적 선두주자로서의 지위를 되찾겠다는 결의를 입증했습니다. 2025년 양산이 예정된 이 첨단 공정은 인텔의 "4년 내 5개 공정 노드" 계획의 정점일 뿐만 아니라, RibbonFET 완전 둘러싼 게이트 트랜지스터와 PowerVia 후면 전원 공급 기술이라는 두 가지 주요 기술적 하이라이트를 통해 칩 성능, 밀도 및 에너지 효율성의 새로운 장을 열었습니다. 이 두 가지 "날카로운 검"이 어떻게 함께 작용하여 Intel 18A를 업계의 초점으로 만들었을까요? 알아보죠!

RibbonFET: 트랜지스터의 "풀 서라운드" 진화

트랜지스터는 반도체 칩의 영혼입니다. 공정 기술이 계속해서 작아지면서 기존의 FinFET(Fin Field-Effect Transistor) 아키텍처는 점차 물리적 한계에 접근하고 있습니다. 누설 증가, 열 발산 어려움, 전류 제어 불량 등의 문제로 인해 업계에서는 차세대 트랜지스터 기술에서 획기적인 기술을 모색하게 되었습니다. 인텔의 RibbonFET 게이트-올-어라운드(GAA) 트랜지스터는 이러한 기술 혁명에 대한 해답이며, 트랜지스터 아키텍처의 큰 도약으로 간주될 수 있습니다.

기술 원리 및 장점

RibbonFET의 핵심 설계는 FinFET의 세 면에서 게이트를 진화시켜 리본 모양의 트랜지스터 채널을 완전히 덮고 3차원 "풀 서라운드" 구조를 형성하는 것입니다. 이 설계는 채널의 전류를 제어하는 게이트의 능력을 크게 향상시켜 전류 흐름을 더 안정적이고 정확하게 만듭니다. 구체적으로 RibbonFET의 장점은 다음과 같습니다.

1. 누출을 줄이고 에너지 효율성을 향상시키세요

   
   

   기존 FinFET의 경우 트랜지스터 크기가 작아짐에 따라 누설 전류가 점점 더 심각해져 전력 소비와 방열 압력이 증가합니다. RibbonFET는 게이트를 완전히 둘러싼 방식을 사용해 채널의 전류를 단단히 "고정"해 누설을 크게 줄입니다. 인텔의 테스트에 따르면, 이 기술은 더 낮은 전압(예: 임계 전압 0.3V)에서 작동하여 와트당 더 높은 성능을 달성할 수 있으며, 장시간 작동해야 하는 장치(예: 노트북이나 서버)의 경우 상당한 전력 절감 효과가 있습니다.

2. 더 빠른 스위칭 속도, 폭발적인 성능

   
   

   풀랩 구조는 게이트가 전류를 더욱 정밀하게 제어할 수 있게 하여 트랜지스터의 스위칭 속도를 높입니다. 고전압 또는 저전압 환경에서 RibbonFET는 더 강력한 구동 전류를 제공할 수 있으므로 프로세서가 컴퓨팅 작업을 더 빠르게 완료할 수 있습니다. 이는 AI PC나 고성능 컴퓨팅(HPC)에 큰 장점입니다.

3. 공간 절약 및 디자인 유연성

   
   

   RibbonFET는 수직으로 쌓인 스트립 채널을 사용하는데, 이를 통해 FinFET의 수평 쌓기 방식에 비해 더 많은 트랜지스터를 더 작은 면적에 장착하고 더 높은 밀도를 달성할 수 있습니다. 더욱 놀라운 점은 채널 폭을 애플리케이션 요구 사항에 맞게 조절할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 저전력 장치의 경우 채널 폭을 좁게 조절하고, 고성능 칩의 경우 채널 폭을 넓게 조절할 수 있습니다. 이러한 유연한 설계 덕분에 RibbonFET는 휴대전화에서 서버에 이르기까지 다양한 시나리오에 적응할 수 있습니다.

기술의 한계를 증명하다

인텔은 2024년 말에 개최되는 IEEE 국제 전자소자 회의(IEDM)에서 RibbonFET의 극한의 확장성을 시연했습니다. 게이트 길이는 단 6나노미터이고 채널 두께는 1.7나노미터로 압축되었습니다. 이렇게 작은 크기에서도 RibbonFET는 업계를 선도하는 단채널 효과 제어 및 성능을 유지하여 소형화의 잠재력을 입증했습니다. 이 기술적 혁신은 무어의 법칙을 계승하는 것일 뿐만 아니라, 미래의 칩 설계에 대한 새로운 가능성을 열어줍니다. 게이머들에게 이는 미래의 CPU나 GPU가 더 빠르게 작동할 뿐만 아니라, 전력 소모도 적고 방열 문제도 그렇게 심각하지 않을 것이라는 걸 의미합니다.

PowerVia: "피자"에서 "샌드위치"로의 전원 공급 혁명

RibbonFET이 트랜지스터의 진화형이라면, PowerVia 후면 전원 공급 기술은 칩 제조 공정에서 인텔이 혁신한 또 다른 주요 기술입니다. 기존의 칩은 트랜지스터, 신호선, 전력선 등 모든 구성 요소가 앞면에 압착되어 있어 피자를 만드는 것과 같습니다. 트랜지스터가 점점 더 작아짐에 따라 배선은 점점 더 빽빽해져서 끝없는 신호 간섭과 전원 공급 병목 현상이 발생합니다. PowerVia는 이 논리를 완전히 뒤집어 샌드위치 형태로 만들어서 전력선을 칩 뒷면으로 옮기고 전면은 신호 전송에 집중할 수 있게 합니다.

기술 원리 및 장점

PowerVia의 핵심 개념은 전원 공급을 신호로부터 분리하는 것입니다. 구체적인 방법은 먼저 트랜지스터와 상호연결 층을 제조한 다음, 웨이퍼를 뒤집고 뒷면을 연마하여 기본 전원 공급 구조를 노출시키고, 나노 실리콘 관통 비아(나노 TSV)를 내장하여 전원선을 연결하는 것입니다. 이 "백 전원 공급 장치" 설계는 여러 가지 이점을 제공합니다.

1. 직접 전원 공급으로 전력 소모 및 간섭 감소

   
   

   기존의 양극 전원 공급 장치는 회로가 복잡하고, 전류가 트랜지스터에 도달하려면 먼 경로를 거쳐야 하므로 전압 강하(IR 강하)와 신호 간섭이 쉽게 발생합니다. PowerVia는 전원 공급 경로를 뒷면에서 트랜지스터로 직접 연결하는 초직접 경로를 만들어 저항과 간섭을 줄입니다. 인텔의 테스트 결과에 따르면, 이 기술은 플랫폼 전압을 30%까지 낮추어 전원 공급 효율성을 효과적으로 개선하고 전력 소비를 줄일 수 있습니다. 이는 안정적인 작동이 필요한 서버나 AI 칩에 특히 중요합니다.

2. 공간 활용률이 극적으로 증가하여 밀도가 높아졌습니다.

   
   

   전원선을 뒤로 옮기면 앞면 공간이 확보되고, 신호선을 더 두껍고 매끄럽게 배치할 수 있으며, 칩 내부의 표준 셀 활용도가 90%를 넘습니다. 즉, 동일한 면적에 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있어 밀도가 크게 향상됩니다. 전통적인 과정과 비교해 보면, 이 과정은 원래 잡동사니로 가득했던 거실을 정리하여 더 많은 활동을 위한 공간을 확보하는 것과 같습니다.

3. 주파수 증가, 성능은 차원이 다르다

   
   

   PowerVia는 향상된 전력 효율성과 강화된 신호 무결성을 통해 6%의 주파수 부스트를 제공합니다. 일반 사용자에게 이는 프로세서가 더 빠르게 실행되고 반응성이 더 좋아진다는 것을 의미합니다. 고성능 컴퓨팅의 경우 더 강력한 컴퓨팅 성능 출력을 의미합니다. 이러한 성능 향상은 RibbonFET의 빠른 스위칭 특성과 결합되어 완벽한 보완을 이룰 수도 있습니다.

업계를 선도하는 구현

인텔은 2023년 초에 처음으로 제품 등급 테스트 칩에 PowerVia 기술을 구현했으며, 이제는 인텔 18A에 더욱 완벽하게 구현되었습니다. 이에 비해 TSMC는 A16 공정으로 2026년 또는 2027년까지 후면 전원 공급 장치를 도입하지 않을 것으로 예상하는 반면, 삼성은 2026년에 SF2P 공정에 유사한 기술을 구현할 계획입니다. 인텔은 조기에 도입함으로써 백엔드 전원 공급 분야에서 경쟁사보다 최소 1~2년 앞서 나갈 수 있었으며, 이는 인텔의 강력한 기술 역량을 입증합니다.

Intel 18A: 성능, 밀도, 에너지 효율성 3배로 승리

RibbonFET과 PowerVia라는 두 가지 주요 기술의 지원으로 인텔 18A의 성능이 정점에 도달했다고 할 수 있습니다. 공식 데이터에 따르면, 인텔 3세대 공정과 비교했을 때 18A당 성능이 15% 향상되고 칩 밀도가 30% 증가했습니다. 즉, 미래의 프로세서는 더 적은 전력을 소모하고 더 빠르게 실행되면서도 더 많은 트랜지스터를 더 작은 공간에 집적할 수 있어 성능, 밀도, 에너지 효율성 면에서 모두 이득을 볼 수 있습니다.

실제로 인텔은 자사 제품에 이 기술을 이미 적용한 바 있다. AI PC용 Panther Lake와 서버용 Clearwater Forest의 두 프로세서 샘플이 배송되어 성공적으로 부팅되고 운영 체제가 실행되었습니다. 2025년 양산이 예정되어 있습니다. Panther Lake의 DDR 메모리 성능은 목표 주파수에 도달했으며 Clearwater Forest는 Foveros Direct 3D 패키징 기술과 결합되어 업계 최초의 고밀도, 고성능 솔루션이 되었습니다. 이러한 성과는 인텔의 자체 제품을 더욱 경쟁력 있게 만들 뿐만 아니라, 외부 고객의 주목을 끌기도 합니다.

TSMC보다 한 발 앞서? 생태계와 대량생산 일정의 핵심

경쟁이라는 측면에서 보면 TSMC와 비교해야 합니다. TSMC의 N2 공정은 2025년 말까지 양산에 들어갈 예정이며, 첫 번째 제품은 2026년까지 출시되지 않을 예정입니다. 인텔의 18A는 2025년 상반기에 양산에 들어갈 가능성이 있어, 약 1년 앞서 나갈 것으로 보입니다. 이러한 시간 차이는 인텔에 엄청난 이점입니다. 특히 AI PC와 서버 시장에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 시기에 1위를 차지하는 것은 확실히 성공의 열쇠입니다.

인텔은 또한 생태계 지원을 적극적으로 구축하고 있습니다. Cadence와 Synopsys 등 주요 EDA 제조업체는 Intel 18A의 설계 키트(PDK 1.0)를 지원하기 시작했습니다. 35개 이상의 파트너가 설계, 클라우드, 항공우주 및 방위 분야를 망라하여 고객이 새로운 프로세스로 원활하게 전환할 수 있도록 지원합니다. 비교해 보면 TSMC가 시장 점유율에서 확고히 선두 자리를 지키고 있지만, 인텔이 기술과 생태계에 총력을 기울이는 모습은 과소평가할 수 없는 인텔의 야심을 여실히 보여줍니다.

결론: 인텔의 컴백?

RibbonFET의 정밀한 전류 제어와 고밀도 설계부터 PowerVia의 전원 공급 혁신과 공간 최적화까지, 인텔 18A는 기술적 혁신일 뿐만 아니라, 인텔이 파운드리 사업을 되살리려는 희망이기도 합니다. 이 두 가지 강력한 검의 결합으로 칩 성능과 에너지 효율성이 새로운 차원으로 도약했으며, 인텔은 반도체 산업에서 새로운 이정표를 세웠습니다. 인텔은 지난 몇 년 동안 파운드리 사업에서 많은 좌절을 겪었지만, 18A의 진전은 상황을 반전시킬 수 있을 가능성을 보여줍니다. 2025년에 팬서 레이크와 클리어워터 포레스트가 성공적으로 양산되고 브로드컴과 소문난 엔비디아 같은 잠재 고객과 결합한다면, 인텔은 이 경쟁을 통해 기술적 패권을 탈환할 수 있을지도 모릅니다.

대만의 기술 팬들에게 인텔 18A의 등장은 단순한 기술 쇼가 아니라 향후 PC 및 서버 시장의 재편을 예고하는 신호일 수도 있습니다. 이 새로운 칩 혁명에 대비되셨나요?