인텔4 EUV 공정 베일 벗었다..."전력소모 40%↓ 성능 최대 20%↑"

인텔이 13일(미국 현지시간)부터 미국 하와이에서 진행되고 있는 학술행사 'IEEE VLSI(초고밀도 집적회로)' 심포지엄에서 내년부터 적용할 인텔4 공정에 대한 개요를 공개했다.

인텔4 공정은 EUV(극자외선)를 이용하며 현재 12세대 코어 프로세서 등에 적용되는 인텔7 공정 대비 트랜지스터 집적도는 최대 2배, 성능은 최대 20% 향상된다.

특히 인텔7 공정 대비 같은 전압으로 21%가량 더 높은 작동 클록을 확보하고 전력 소모는 40% 가량 줄여 최근 중요시되는 와트당 성능 향상에도 크게 기여할 것으로 보인다.

■ 현행 인텔7 공정까지 EUV 쓰지 못했던 인텔

AMD와 애플 등 인텔 경쟁사는 EUV를 활용한 대만 TSMC의 7나노급 공정을 이용해 각종 프로세서를 생산했다. 반면 인텔은 현행 12세대 코어 프로세서 등 생산에 EUV를 활용하지 않았다.

팻 겔싱어 인텔 CEO는 지난 해 3월 "과거 인텔이 10nm와 7nm 공정 로드맵을 설계할 때만 해도 EUV(극자외선) 공정은 성숙하지 못했다. 따라서 당시에는 EUV를 쓸 수 없었고 이에 따라 복잡성이 증가했다. 결국 10nm 공정도 지연됐다"고 밝힌 바 있다.

■ 인텔4 공정, 인텔7 대비 전력 소모 최대 40% 감소

반면 인텔이 IEEE VLSI 심포지엄에서 공개한 인텔4 공정은 EUV를 생산 공정에 적극 활용한다.

그 결과 현재 12세대 코어 프로세서(엘더레이크) 제조에 쓰이는 인텔7 공정 대비 같은 전압을 공급했을 때 작동 클록이 최대 21.5% 높아졌고 동작클록이 같을 때는 최대 40% 전력을 덜 쓴다.

단위 면적당 트랜지스터 집적도도 최대 2배 향상됐다는 것이 인텔 설명이다.

현행 인텔 7공정은 1제곱밀리미터 당 8천만 개에서 1억개의 트랜지스터를 내장할 수 있다. 인텔의 설명대로라면 인텔4 공정에서 생산되는 제품의 트랜지스터 집적도는 약 1억 6천만 개로 TSMC 5나노급(N5) 공정의 1억 3천만 개와 비슷한 수준이다.

■ 생산 단계 5% 단순화...수율 향상 전망

인텔은 EUV 식각 기술을 인텔4 공정의 전반에 적용하면서 공정도 단순화했다.

인텔은 인텔7 공정까지 EUV 대신 DUV(심자외선)를 이용해 실리콘 웨이퍼 위에 여러 번 회로도를 겹쳐 그리는 방식(멀티패터닝)으로 제품을 생산했다. 이 때문에 제품 생산 절차가 복잡해지고 단 한 번이라도 실패하면 웨이퍼 전체를 버려야 했다.

그러나 인텔4 공정에 EUV 식각 기술이 적용되면서 인텔7 공정 대비 생산 단계는 5% 줄었고 반도체 회로도를 새기기 위한 마스크 수도 20% 줄었다. 공정이 단순해지면 수율(yield)이 향상되고 대량생산도 가능해진다.

■ 슈퍼MIM 캐패시터 용량도 2배로 확대

인텔은 2020년 첫 공개 이후 같은 해 9월 출시한 모바일(노트북) 11세대 코어 프로세서(타이거레이크)에 적용한 캐패시터 기술, 슈퍼MIM(SuperMIM) 캐패시터의 용량도 두 배로 늘렸다.

슈퍼MIM 캐패시터는 프로세서 상층부에 0.1nm 두께로 존재하며 PC에서 공급되는 전력을 담아두었다 내부 트랜지스터가 고성능으로 작동할 때 안정적으로 전력을 트랜지스터까지 전달해 주는 역할을 한다.

캐패시터 용량이 늘어나면 필요에 따라 작동클록을 자동으로 높이는 터보부스트 기능 활성화시 보다 안정적으로 작동하고 시간도 연장할 수 있다.

■ 인텔4 공정 첫 제품은 내년 하반기 출시될 '메테오레이크'

인텔4 공정에서 생산될 첫 제품은 내년 하반기 출시될 코어 프로세서, 메테오레이크(Meteor Lake)다. 인텔은 지난 4월 메테오레이크 시제품이 마이크로소프트 윈도, 구글 크롬OS, 리눅스 등 운영체제를 부팅하는 데 성공했다고 밝혔다.

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