"메테오레이크, 인텔 4 공정으로 최고 수준 전성비·수율 달성"

인텔은 팻 겔싱어 CEO 취임 이후인 2021년 '향후 4년 동안 5개 공정을 실현해 기술력에서 경쟁사 대비 우위를 되찾겠다'고 밝혔다. 목표 첫 단계인 인텔 7 공정은 12·13세대 코어 프로세서, 4세대 제온 스케일러블 프로세서(사파이어래피즈) 생산에 쓰인다.

5개 공정 중 2단계에 해당하는 인텔 4 공정은 극자외선(EUV)을 도입해 설계 복잡성을 줄이는 한편 전력 효율 향상을 목표로 했다. 이를 활용한 첫 제품이 바로 코어 울트라(메테오레이크) 프로세서이며 오는 12월 중순 공급을 위해 지난 8월부터 대량 생산에 들어갔다.

인텔 4 공정에서 생산된 웨이퍼를 각국 기자단에 소개하는 윌리엄 그림 인텔 디렉터. (사진=지디넷코리아)

지난 8월 중순 말레이시아 페낭에서 진행된 사전 브리핑에서 윌리엄 그림(William Grimm) 인텔 로직 기술 및 개발 제품 엔지니어링 디렉터는 "인텔 4 공정은 EUV 도입, 복잡성 해소, 다이 면적 최소화 등 여러 면에서 의미 있고 중요한 첫 걸음"이라고 설명했다.

■ "10나노 당시 발목 잡던 복잡성, EUV로 해소"

팻 겔싱어 인텔 CEO는 2021년 3월 "과거 인텔이 10·7나노급 공정 로드맵을 설계할 때만 해도 EUV 공정은 성숙하지 못했다. 따라서 당시에는 EUV를 쓸 수 없었고 이에 따라 복잡성이 늘어났고 10나노급 공정도 지연됐다"고 설명했다.

인텔이 지난해 5월부터 소량 생산한 10nm 프로세서, 코어 i3-8121U. (사진=아난드테크)

실제로 인텔은 2018년 10나노급 공정에서 소량 생산한 프로세서인 '캐논레이크'(코어 i3-8121U)를 레노버 등에 공급하기도 했다. 그러나 실제 성능은 8세대 코어 프로세서보다 더 떨어졌다.

인텔이 충분한 성능을 내는 10나노급 프로세서를 출시한 것은 2019년 10월 모바일(노트북)용 10세대 코어 프로세서(아이스레이크)가 처음이다.

인텔이 10나노급 공정을 본격 도입한 것은 2019년 10세대 코어 프로세서(아이스레이크)부터다. (사진=인텔)

윌리엄 그림 디렉터는 "과거 10나노 공정 개발 과정은 상당한 어려움을 겪었다. 복잡성을 제어하느냐, 못 하느냐가 문제였다. 과거에는 복잡성에 발목을 잡혔지만 EUV를 활용한 인텔 4 공정에서는 우리가 복잡성을 제어할 수 있게 됐다"고 밝혔다.

■ 트랜지스터 구성 선폭 단축·더미 게이트 제거로 미세화 달성

인텔 4 공정의 개발 목표는 공정 미세화를 통해 같은 성능을 내는 반도체 다이를 더 작은 부피로 만드는 것이었다.

인텔 4 공정은 동일 기능을 갖춘 인텔 7 반도체 라이브러리 대비 면적을 최대 50% 가량 줄였다. (사진=지디넷코리아)

윌리엄 그림 디렉터는 "인텔 4용 고성능 반도체 라이브러리는 트랜지스터를 구성하는 선폭을 최대 40% 단축해 전력 소모를 줄였고 전하를 제어하는 핀을 4개에서 3개로 줄였다. 불필요한 더미 게이트도 제거한 결과 면적을 크게 줄였다"고 설명했다.

신호/전력 전달을 위한 인터커넥트는 탄탈륨과 코발트, 구리를 이용해 전도성과 전기적 성능을 강화했다. (사진=지디넷코리아)

반도체 다이에 전력과 각종 신호를 전달하는 인터커넥트도 개선됐다. 윌리엄 그림 디렉터는 "인텔 7 공정에서는 구리 합금을 썼지만 인텔 4는 탄탈륨과 코발트, 구리를 이용해 전도성을 높이면서 전기적 성능도 강화했다. 이는 인텔 3-인텔 20A 등 향후 공정에서 더 향상될 것"이라고 말했다.

■ "메테오레이크 최초 수율, 지난 10년간 최고 수준"

인텔 4 공정의 복잡성을 줄인 일등 공신은 EUV 식각이다. 윌리엄 그림 디렉터는 "인텔 7 공정 대비 인텔 4 공정은 식각에 필요한 마스크 장수를 최대 20% 가까이 줄였다. 이는 자연히 수율(yield) 향상으로 이어진다"고 설명했다.