(408) 844-7100
홈 / 업계 뉴스 / 파운드리 전쟁 시작

파운드리 전쟁 시작

반도체 공학

2021년 4월 19일

첨단 파운드리 공급업체들이 새로운 대규모 지출 및 기술 경쟁을 준비하고 있으며, 이는 반도체 제조 환경 전반에 걸쳐 지각변동을 일으킬 수 있는 발판을 마련하고 있습니다.

3월에 인텔은 파운드리 사업에 다시 진출하여 삼성과 TSMC를 선두로, 그리고 구형 노드에서 작업하는 수많은 파운드리와 경쟁하게 되었습니다. 인텔은 2021년에 200억 달러의 자본 지출 예산으로 두 개의 새로운 팹을 건설할 계획을 발표했습니다.

이달 초, TSMC는 자본 지출 예산을 이전 예측치인 280억 달러에서 300억 달러로 늘리는 것으로 대응했습니다. TSMC는 향후 3년 동안 총 1,000억 달러를 투자할 계획입니다. TSMC, 삼성 및 기타 기업들도 새로운 팹을 건설하고 있습니다. 이러한 발표는 파운드리 업체들이 선두 자리를 차지하기 위해 자본 지출, 팹 및 기술 경쟁에 뛰어들었던 10여 년 전의 상황을 연상시킵니다. 과거와 마찬가지로 모든 공급업체가 기술적 과제와 시장의 불확실성으로 인해 현재의 약속을 제대로 이행할 수 있을지는 불투명합니다.

파운드리 시장은 규모가 크지만 세분화된 비즈니스이며, 약 20개의 공급업체가 여러 기술 분야에서 경쟁하고 있습니다. 파운드리는 외부 고객을 위해 FPGA 및 프로세서와 같은 세계 최첨단 칩을 제조하는 첨단 부문에서 특히 역동적입니다.

10년 전에는 6개의 첨단 파운드리 공급업체가 있었습니다. 하지만 시간이 지남에 따라 팹 및 기술 비용이 상승하면서 이 분야는 지각 변동을 겪었습니다. 오늘날에는 삼성과 TSMC만이 최첨단 로직 노드인 7nm와 5nm에서 공정을 제공할 수 있는 유일한 파운드리 벤더이며, 3nm는 R&D에 주력하고 있습니다.

한동안 시장에 더 많은 첨단 공급업체가 등장하여 경쟁력 있는 가격으로 더 많은 옵션을 제공했으면 하는 바람이 있었습니다. 특히 오늘날과 같이 강력한 수요로 인해 용량 부족이 발생하는 경우에는 더욱 그렇습니다. 각 노드에서 웨이퍼 가격이 상승하고 있습니다. 설상가상으로 현재 진행 중인 미중 무역 전쟁으로 인해 대부분의 선도적인 공정 기술이 위치한 대만의 긴장이 고조되고 있습니다. 모든 중단은 기술 접근에 큰 영향을 미칩니다.

인텔의 파운드리 사업 재진출은 공백을 메울 수 있지만, 증명해야 할 것이 많습니다. 2010년에 인텔이 처음 파운드리 사업에 진출했을 때 인텔은 실패했습니다. 8년 후, 인텔은 시장에서 철수했습니다. 당시 인텔은 10nm 공정에서 몇 차례 지연을 겪으며 기술 리더십을 TSMC와 삼성에 모두 빼앗겼습니다.

오늘날 인텔은 새로운 리더십 아래 자체 칩의 기술 격차를 줄이고 더욱 경쟁력 있는 파운드리 공급업체가 되겠다고 다짐하고 있습니다. 하지만 쉽지 않은 싸움에 직면해 있습니다. "저는 여러 면에서 회의적입니다. 첫째, TSMC에 뒤처져 있습니다. 가장 먼저 해야 할 일은 TSMC를 따라잡는 것인데, 이는 쉽지 않거나 보장된 일이 아닙니다. TSMC가 실수해서 인텔을 따라잡거나 인텔이 더 많은 돈을 써야 하는데, 두 경우 모두 어려울 것입니다."라고 Semiconductor Advisors의 로버트 마이어 사장은 말합니다. "[최첨단 파운드리 공급업체] 세 곳을 확보하고 싶을 것입니다. 인텔은 잠재력이 있습니다. 향후 2, 3년 동안은 지형이 바뀌지 않을 것입니다. 문제는 4~5년 후입니다. 그들이 실행할 수 있을지 여부는 말하기 어렵습니다. 매우 어려운 일입니다."

업계는 분명 시장을 주시할 필요가 있습니다. 최신 이벤트 중 몇 가지를 소개합니다:

  • 인텔의 새로운 파운드리 유닛은 22nm 공정과 14nm를 제공할 것이라고 분석가들은 말했습니다. 인텔은 7nm를 제공할 가능성이 높지만 이는 2023년에나 출시될 예정입니다.
  • TSMC는 대만에 새로운 팹을 계속 건설하고 있습니다. TSMC는 또한 미국에 새로운 첨단 팹을 건설할 계획이며, 더 큰 규모의 시설을 개발할 계획도 검토하고 있습니다.
  • 삼성과 다른 기업들은 새로운 팹을 건설할 계획입니다.
  • 모든 파운드리는 확장만 하는 것보다 훨씬 더 나은 전력/성능 개선을 제공할 수 있는 고급 패키징에 투자하고 있습니다.

파운드리 시장의 지각 변동
전 세계 파운드리 시장은 AI, 자동차, 모바일, 서버 및 기타 제품에 대한 수요에 힘입어 2020년 779억 달러에서 2021년 917억 달러로 성장할 것으로 예상된다고 IBS의 CEO인 Handel Jones는 전망했습니다.

수년 동안 파운드리 공급업체는 아날로그, CMOS 이미지 센서, 화합물 반도체, 로직, MEMS, RF 등 다양한 기술 시장의 고객을 위해 제3자 제조 서비스를 제공해 왔습니다.

파운드리는 각 시장마다 팹에서 "집적 회로를 만드는 데 사용되는 일련의 단계"를 의미하는 공정 기술을 개발한다고 기술 사이트인 WikiChip의 David Schor는 설명합니다.

글로벌파운드리, 삼성, SMIC, TSMC, UMC 등 여러 공급업체가 다양한 기술 분야에서 파운드리 서비스를 제공합니다. 대부분 한 분야 또는 여러 분야에 특화되어 있습니다.

퓨어플레이 파운드리 산업은 1987년 당시 무명이었던 TSMC가 외부 기업을 대상으로 칩 제조 서비스를 제공하면서 등장했습니다. 곧 다른 파운드리 공급업체들이 뒤를 이었습니다.

당시 대부분의 IC 공급업체는 통합 장치 제조업체(IDM)로서 자체 팹에서 칩을 생산했습니다. 당시 IDM은 기술력이 뒤처진 파운드리를 무시했습니다.

당시만 해도 첨단 공정 기술 시장은 경쟁이 치열했습니다. IDM과 후발 파운드리는 무어의 법칙을 따라잡기 위해 18개월에서 24개월마다 트랜지스터 밀도를 두 배로 늘리려고 했습니다. 칩은 디바이스의 스위치 역할을 하는 수많은 트랜지스터로 구성되기 때문에 18~24개월의 케이던스 또는 노드에는 더 높은 트랜지스터 밀도를 가진 새로운 공정 기술이 필요했습니다.

각 노드에서 칩 제조업체는 트랜지스터 사양을 0.7배 확장하여 업계에서 동일한 전력량으로 40%의 성능 향상과 50%의 면적 감소를 달성할 수 있었습니다. 이를 통해 IC 제조업체는 디바이스에 더 많은 트랜지스터를 탑재할 수 있게 되어 더 낮은 비용으로 더 많은 기능을 갖춘 새로운 전자 제품을 개발할 수 있게 되었습니다.

IBS에 따르면 2001년 당시 최첨단 공정인 130nm 칩을 처리할 수 있는 팹을 보유한 칩 제조업체는 18개였습니다. 당시 몇몇 파운드리는 주로 팹의 성숙한 노드에서 다른 업체를 위해 칩을 생산했습니다. 파운드리는 팹리스 디자인 하우스를 위한 칩도 만들었습니다.

2010년에 이르러 팹 및 프로세스 비용이 상승했습니다. 비용을 감당할 수 없었던 많은 IDM은 '팹-라이트' 모델로 전환했습니다. 자체 팹에서 일부 칩을 생산하고 일부 생산은 파운드리에 아웃소싱했습니다. 많은 IDM이 자체 팹에서 디바이스를 계속 생산하는 반면, 일부 IDM은 팹리스가 되거나 사업을 철수했습니다.

다음으로 큰 변화는 기존의 평면 트랜지스터가 한계에 다다른 20nm 노드에서 일어났습니다. 평면 트랜지스터는 여전히 28nm/22nm 이상의 칩에 사용되고 있지만 업계에서는 새로운 솔루션이 필요했습니다.

이것이 바로 인텔 이 2011년에 22nm 핀펫을 도입한 이유입니다. 파운드리는 3년 후 16nm/14nm의 핀펫으로 뒤를 이었습니다.

핀펫( )은 정적 누설이 적고 평면 트랜지스터보다 더 나은 성능을 제공합니다. "이전의 평면형 트랜지스터에 비해 게이트가 3면에 접촉하는 핀은 핀 내부에 형성된 채널을 훨씬 더 잘 제어할 수 있습니다."라고램리서치( )의 대학 참여 담당 디렉터인 네리사 드래거(Nerissa Draeger)는 말합니다.

하지만 핀펫은 각 노드에서 제조하고 확장하기가 어렵습니다. 이 때문에 공정 R&D 비용이 급증했습니다. 따라서 이제 완전히 확장된 노드의 케이던스는 18개월에서 30개월 이상으로 늘어났습니다.

그럼에도 불구하고 인텔은 핀펫을 도입하면서 마이크로프로세서 시장과 공정 기술에서 주도권을 확장했습니다. 이 기술을 새로운 시장에 활용하고자 인텔은 2010/2011년에 파운드리 사업에 진출했습니다.

이 회사는 어느 정도 성공을 거두었습니다. 당시 인텔은 22nm 핀펫 공정을 기반으로 다양한 공급업체의 FPGA를 제조했습니다. 이후 인텔은 알테라의 14nm FPGA를 생산했습니다. (2015년, 인텔은 알테라를 인수했습니다.)

당시 파운드리 시장은 TSMC가 여전히 지배적이었고, 글로벌파운드리, 삼성, SMIC, UMC 등이 여전히 강세를 보였습니다. 인텔의 파운드리 점유율은 미미했지만 기술 리더십으로 인해 실질적인 위협이 되었습니다.

인텔이 10nm 핀펫 공정을 처음 도입한 2016년에 상황이 바뀌었습니다. 인텔은 10nm 공정에서 몇 차례 지연을 겪었고, 결국 예상보다 2년 이상 늦은 2019년에 이 기술을 기반으로 한 칩을 출하했습니다.

Cowen의 애널리스트인 Matthew Ramsay는 최근 보고서에서 "이 회사는 (a) 목표를 염두에 두고 10nm 제조 공정을 설계하려고 노력했으며, IDM에 맞게 공정을 맞춤화하는 동시에 보다 이질적인 제품 로드맵과 신생 파운드리 사업을 지원하기 위해 일반화하려고 노력했습니다."라고 말합니다. "요컨대, 이것이 10nm 혼란을 초래하는 데 도움이 되었습니다."

그리고 2018년에 TSMC는 세계 최초의 7nm 핀펫 공정을 출하했습니다. 이후 삼성이 7nm를 출하했습니다. (인텔의 10nm는 파운드리에서 7nm에 해당합니다.)

이는 여러 가지 이유로 중요합니다. 파운드리는 인텔의 칩 경쟁업체에 7nm 및 현재 5nm 공정을 제공합니다. 따라서 인텔의 경쟁업체들은 갑자기 공정 기술에서 우위를 점하게 되었습니다.

2018년은 다른 이유로도 중요한 한 해였습니다. 칩 제조 비용은 계속 상승했지만 수익은 의문시되었습니다. 그래서 2018년에 글로벌파운드리와 UMC는 각각 7nm 개발을 중단했습니다. 두 회사 모두 여전히 16nm/14nm 시장에서 활발히 활동하고 있습니다.

또한 2018년 전후로 인텔은 파운드리 사업에서 어느 정도 철수했습니다. "그들이 실패한 이유는 파운드리가 되겠다는 마음가짐이 없었기 때문입니다."라고 Semiconductor Advisors의 Maire는 말합니다. "그들은 IDM이었고 약간 오만했을 수도 있습니다. 고객 서비스 중심이 되는 것을 목표로 하지 않았죠. 파운드리 사업에는 다른 사고방식이 필요합니다."

인텔은 어떻게 할까요?
한편, 오늘날 파운드리 시장은 새로운 도전과제로 가득 차 있습니다. 예를 들어, 2021년부터 자동차 칩 부족 현상이 발생하고 있습니다. 자동차 칩 부족은 주로 구형 200mm 및 300mm 팹의 성숙한 공정에서 생산되는 장치와 관련이 있습니다.

현재 200mm 팹 용량은 부족합니다. "전반적으로 200mm 공급 부족이 예상보다 훨씬 오래 지속되고 있습니다."라고 가트너의 애널리스트 사무엘 왕은 말합니다. "파운드리는 3분기 이후 세 번째로 웨이퍼 가격을 인상할 것입니다. 현재 팹리스 업체들은 2022년 웨이퍼 할당량을 확보하기 위해 파운드리와 협상을 진행 중입니다."

선두권에서는 혼재된 상황입니다. "3분기 이후 7나노와 5나노는 공급 부족이 없었습니다. 애플이 7nm에서 5nm로 웨이퍼 사용을 늘렸을 때입니다. 삼성의 8nm 노드에는 공급 부족이 발생하여 Nvidia와 Qualcomm에 문제를 일으키고 있습니다."라고 왕은 말했습니다.

지정학적 측면에서는 미-중 무역 전쟁이 완화될 기미가 보이지 않고 있으며, 아시아 태평양 지역, 특히 대만의 상황은 여전히 긴장된 상태입니다.

복잡한 상황입니다. 대만은 중국과 정치적 관계가 없는 자치 국가입니다. 하지만 중국은 대만을 자국 영토의 일부라고 주장하며 언젠가 대만과 재통일하기를 희망하고 있습니다. 그리고 대만의 정치적 문제에 대한 외부의 간섭은 중국에 대한 위협으로 간주됩니다.

최근 중국은 대만 주변에서 군사 기동을 강화하고 있지만 공격이 임박했다는 징후는 보이지 않습니다. 만약 그런 일이 발생한다면 미국은 대만을 방어해야 합니다. 이 시나리오는 가상의 시나리오입니다.

이러한 요인과 기타 요인으로 인해 많은 사람들이 칩 공급망을 재검토하게 되었습니다. 미국 반도체 산업 협회(SIA)에 따르면 전 세계 첨단 칩의 92%를 생산하는 TSMC는 모든 첨단 팹을 대만에 두고 있습니다.

따라서 SIA는 미국 정부에 미국 내 첨단 팹 개발에 자금을 지원할 것을 촉구하고 있습니다. "웨이퍼 팹 용량 부족과 아시아에 대한 과도한 의존 우려의 결합은 미국 내 팹 용량 확대의 두 가지 핵심 동인입니다."라고 IBS의 존스는 말했습니다.

TSMC는 대부분의 팹을 대만에 유지할 예정입니다. IC Insights에 따르면 2020년에 TSMC는 대만 타이난에 새로운 팹 단지의 첫 두 단계를 오픈했습니다. IC Insights에 따르면 새로운 Fab 18 단지의 1, 2단계는 대량 생산 중이며 3~6단계 시설은 건설 중입니다. TSMC에 따르면 1-3단계는 5nm 생산을 목표로 하고 있으며, 4-6단계는 3nm를 목표로 하고 있습니다.

대만 이외의 지역으로 눈을 돌린 TSMC는 최근 애리조나에 2024년에 생산할 예정인 새로운 중형 5nm 팹을 건설할 계획을 발표했습니다. 하지만 중형 팹을 짓는 대신 애리조나에 더 큰 팹을 건설할 수 있다는 보도가 나왔습니다. 반도체 어드바이저의 마이어는 "상당한 양의 부품을 공급할 수 있는 풀사이즈 팹인 기가 팹을 건설할 수 있다는 소문이 돌고 있다"고 말했습니다. 한편 삼성은 미국에 새로운 팹을 건설할 계획도 가지고 있습니다.

이러한 혼란 속에서도 인텔은 기회를 포착하여 새로운 독립형 파운드리 사업부를 설립하고 파운드리 사업에 재진출하기로 결정했습니다. 공급망 문제를 해결하기 위해 인텔은 유럽과 미국의 팹에 파운드리 용량을 제공할 것입니다.

"모든 산업의 디지털화로 인해 반도체에 대한 전 세계 수요가 엄청난 속도로 증가하고 있습니다."라고 인텔의 새로운 CEO인 팻 겔싱어는 최근 한 행사에서 말했습니다. "하지만 핵심 과제는 제조 능력에 대한 접근성입니다. 인텔은 전 세계에 지속 가능하고 안전한 반도체 공급을 보장하면서 이러한 수요 증가를 충족할 수 있는 독보적인 위치에 있습니다."라고 말했습니다.

인텔은 대부분의 칩을 자체 제작하고 파운드리 서비스도 제공할 계획입니다. 이를 위해 인텔은 기존 팹을 활용하고 애리조나에 200억 달러를 들여 두 개의 새로운 팹을 건설할 계획입니다.

하지만 인텔의 파운드리 전략은 복잡합니다. 인텔은 자체 파운드리 사업을 강화하면서 칩 생산의 일부를 성숙형 및 첨단 장치를 포함한 경쟁력 있는 파운드리에 계속 아웃소싱할 계획입니다.

인텔의 파운드리 사업 재진출에 대해 인텔의 파운드리 공급업체 중 하나이자 현재 경쟁사인 TSMC는 냉담한 반응을 보였습니다. "인텔은 중요한 고객이며, 우리는 일부 분야에서는 협력하고 다른 분야에서는 경쟁할 것입니다."라고 TSMC의 사장 겸 CEO인 C.C. Wei는 최근 컨퍼런스 콜에서 말했습니다.

한편, 새로운 파운드리 사업에서 인텔은 첨단 패키징 기술과 함께 구형 22nm 핀펫 공정을 제공합니다. 그 외에 인텔은 파운드리 계획을 공개하지 않았습니다. 코웬의 램지는 연구 노트에서 인텔이 파운드리 시장에서 기존 14nm 공정을 다시 포지셔닝할 것이라고 추측했습니다. 7nm도 가능성입니다.

22nm는 10여 년 전에 도입된 28nm의 연장선상에 있습니다. 하지만 28nm 평면 노드는 AI, IoT/에지, RF, 웨어러블 등 여러 애플리케이션이 사용되는 큰 시장입니다.

22nm는 28nm보다 더 뛰어난 성능을 제공하지만 14nm보다 저렴합니다. 22nm는 또한 여러 파운드리 공급업체가 서로 다른 기술로 경쟁하고 있는 복잡한 시장입니다. TSMC와 UMC는 22nm 벌크 평면 공정을 제공합니다. 글로벌파운드리는 22nm FD-SOI를 출시하고 있습니다. 인텔은 22nm 핀펫으로 경쟁하고 있습니다.

22nm와 28nm는 자동차를 포함한 많은 동일한 애플리케이션을 대상으로 합니다. "0.35미크론 이산형 MOSFET 디바이스부터 28nm/22nm ADAS 제품, 차체 및 섀시 제어, 인포테인먼트, WiFi 등 다양한 공정 기술을 아우르는 자동차 전장 분야에서 상당한 성장을 보이고 있습니다." UMC의 비즈니스 개발 부사장인 Walter Ng는 이렇게 말합니다.

22nm 외에도 인텔은 기존의 14nm 기술로 파운드리 파티에 합류할 수 있습니다. "인텔의 14nm는 역사상 가장 성숙한 공정으로, 수율이 매우 높습니다."라고 Cowen의 램지는 말합니다. "인텔의 가장 정치적으로 매력적인 옵션은 자체 물량이 7nm/5nm의 EUV 노드로 이동함에 따라 기존 14nm 용량을 활용하여 점진적으로 확장된 파운드리가 되는 것입니다."

Cowen에 따르면 14nm 공정의 잠재적 고객은 16nm에서 65nm 사이의 제품을 위해 파운드리를 활용하는 기업입니다. Gartner에 따르면 16nm~65nm 파운드리 매출은 총 350억 달러 규모의 시장으로, 2020년 전체 파운드리 매출의 46%를 차지할 것으로 예상됩니다.

최첨단 전쟁
인텔이 14nm를 제공할지 여부는 아직 확실하지 않습니다. 인텔은 7nm/5nm 이상의 최첨단 파운드리 링에 도전장을 던질 가능성이 높습니다. "스마트폰과 HPC(고성능 컴퓨팅) 애플리케이션에 힘입어 N5 수요는 계속해서 강세를 보이고 있으며, 2021년에는 N5가 웨이퍼 매출의 약 20%를 차지할 것으로 예상합니다."라고 TSMC의 Wei는 말했습니다.

최첨단 칩에 대한 수요는 엄청납니다. "딥 러닝 및 기타 애플리케이션을 포함한 슈퍼컴퓨팅 요구로 인해 3나노, 2나노 및 그 이후에서 더 많은 컴퓨팅 성능에 대한 끊임없는 수요가 발생하는 칩 업계의 분기점이 있습니다."라고 D2S( )의 CEO인 Aki Fujimura는 말합니다.

하지만 7nm 이하에서는 정전기 누설이 다시 문제가 되고 있으며 각 노드에서 전력 및 성능 이점이 줄어들기 시작했습니다. "EPE 마진, 비용, 고종횡비 패터닝과 같은 확장에 대한 과제가 있습니다."라고 TEL의 통합 솔루션 기획 담당 부사장인 Kazuya Okubo는 최근 프레젠테이션에서 말했습니다.

또 다른 문제는 파운드리 고객이 선택할 수 있는 첨단 장비가 몇 가지 밖에 없다는 것입니다. 삼성과 TSMC가 유일한 두 공급업체입니다.

중국 최대 파운드리 벤더인 SMIC는 7나노 공정과 그 이상의 노드를 개발하고 있습니다. 하지만 최근 미국 정부는 SMIC를 기업 목록에 올렸고, 이는 장비 공급업체가 고급 노드에서 파운드리 공급업체에 툴을 판매하려면 특별 라이선스를 취득해야 한다는 의미입니다. 그 결과 SMIC의 7nm 노력은 중단되었습니다.

결국 인텔은 최첨단 파운드리 사업에서 경쟁할 것으로 예상됩니다. 이는 인텔의 7nm 이상 생산 능력에 달려 있습니다. (인텔의 7nm는 파운드리에서 5nm에 해당합니다.)

하지만 인텔의 7nm 기술은 시작이 불안정합니다. 인텔이 처음 7nm를 개발할 당시에는 13.5nm 파장을 사용하여 칩에 미세한 특징을 패턴화하는 차세대 기술인 극자외선(EUV) 리소그래피의 사용을 제한했습니다. 즉, 인텔은 기존의 193nm 광학 리소그래피를 사용하여 여러 패터닝을 통해 많은 어려운 기능을 패터닝하려고 했기 때문에 오버레이 및 결함 문제가 발생했습니다. 이는 결국 인텔의 7nm 공정을 지연시켰습니다.

EUV는 최근 성숙해졌습니다. 따라서 7nm에서 인텔은 EUV를 사용하여 더 많은 레이어를 패터닝하고 있으며, 이는 공정을 단순화하고 인텔의 기술을 다시 정상 궤도에 올려놓았습니다. 키뱅크 캐피털 마켓에 따르면 인텔은 2021년에 7nm 제품을 테이프아웃할 계획이지만, 대량 생산은 2023년 상반기까지 예정되어 있지 않습니다.

"이 로드맵을 수정하는 것은 결코 보장된 것이 아니며, 인텔이 수년간 꾸준한 실행 속도를 확보하기 위해 노력해 왔기 때문에 시간이 걸릴 것입니다."라고 코웬의 램지는 말했습니다.

간단히 말해, 인텔은 여전히 뒤처져 있습니다. 삼성과 TSMC는 2~3년 전에 7nm에 EUV를 도입했으며, 이미 이 기술에 대한 경험을 쌓았습니다. 또한 두 공급업체 모두 각자의 5nm 핀펫 공정을 출하하고 있으며, 3nm도 곧 출시될 예정입니다.

"TSMC의 3nm 핀펫 생산량 증가는 2022년 3분기에 애플을 위해 계획되어 있습니다."라고 IBS의 존스는 말했습니다. "삼성은 2022년 4분기 초기 생산을 목표로 1세대 3nm 게이트-올-어라운드(GAA) 트랜지스터( )를 계획대로 진행하고 있습니다."

로드맵에 따르면 TSMC는 핀펫을 3nm로 확장한 다음 2023/2024년에 2nm의 차세대 트랜지스터 구조인 GAA로 전환할 계획입니다. 반면 삼성은 5nm의 핀펫에서 3nm의 GAA로 전환하고 있습니다.

삼성과 TSMC는 모두 나노시트FET라는 한 가지 유형의 GAA 아키텍처를 개발하고 있습니다. 핀FET에서 진화한 단계인 나노시트는 기본적으로 핀FET의 측면에 게이트가 감싸고 있는 형태입니다. 나노시트 FET는 핀FET보다 더 뛰어난 성능을 제공하지만 만들기가 더 어렵습니다.

인텔은 또한 5nm 노드를 위한 나노 시트 FET를 개발 중입니다. 인텔의 5nm가 언제 등장할지는 불분명하지만, 인텔이 조만간 공정 격차를 좁힐 수 있을지는 의문입니다. "삼성과 TSMC의 지출을 합치면 적어도 향후 3년 동안 매년 500억 달러가 넘기 때문에 어떤 회사도 첨단 로직 공정 기술에서 이 두 회사를 따라잡기는 매우 어려울 것입니다."라고 IC Insights의 사장인 Bill McClean은 말합니다.

첨단 패키징 전쟁
하지만 인텔은 다른 방법으로도 격차를 좁힐 수 있습니다. 일반적으로 업계에서는 설계를 발전시키기 위해 칩 스케일링을 사용하여 단일 모놀리식 다이에 다양한 기능을 장착하는 ASIC을 개발합니다. 그러나 각 노드에서 스케일링이 점점 더 어려워지고 비용이 많이 들며, 스케일링으로 인한 전력/성능 이점이 줄어들고 있습니다.

그래서 고객들은 대안을 찾고 있습니다. 시스템 수준 설계를 개발하는 또 다른 실행 가능한 방법은 복잡한 금형을 고급 패키지로 조립하여 보다 맞춤화된 가속기, 다양한 유형의 처리 요소 및 다양한 상호 연결 전략을 사용할 수 있도록 하는 것입니다.

IC 공급업체, 파운드리 및 OSAT는 어떤 형태로든 고급 패키징을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 코웬에 따르면 인텔은 코드명 사파이어 래피드라는 새로운 디바이스를 위한 칩렛 전략을 개발 중입니다. 2022년을 목표로 하는 사파이어 래피즈는 10nm 칩 및 기타 디바이스를 기반으로 하는 서버 프로세서입니다.

고급 패키징은 향후 설계를 위한 실행 가능한 옵션입니다. 전통적인 칩 스케일링도 마찬가지입니다. 하나의 기술로 모든 요구 사항을 충족할 수는 없습니다. 따라서 적어도 현재로서는 업계가 이 모든 것을 수용하게 될 것입니다.