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미국 칩 제조 분야에서 우위를 되찾다

반도체 공학

2020년 10월 26일

미국은 무역 긴장과 국가 안보 우려가 계속 커지면서 반도체 제조 분야에서 한국, 대만, 심지어 중국에 더 이상 뒤처지지 않기 위해 새로운 전략을 개발하고 있습니다.

수년 동안 미국은 GPU 및 마이크로프로세서와 같은 새로운 칩 제품 개발의 선두주자였습니다. 그러나 칩 제조의 관점에서 볼 때 미국은 두 가지 중요한 영역에서 입지를 잃어가고 있습니다. 첫째, 인텔과 미국 파운드리는 아시아 라이벌인 TSMC와 삼성에 비해 공정 기술에서 뒤처지고 있습니다. 중국도 그 격차를 좁히고 있습니다. 둘째, 미국은 새로운 팹과 생산 능력이 급격히 감소하고 있습니다.

미국이 모든 제조 부문에서 뒤처진 것은 아닙니다. 그러나 칩 제조는 공급망과 경제적 관점, 그리고 보안상의 이유로 기술 리더십을 유지하는 데 매우 중요합니다.

수년 동안 미국 기업들은 새로운 칩 제품을 개발하고 자체 웨이퍼 팹에서 제조하는 데 있어 선두주자였습니다. 그리고 2011년 인텔이 22nm 핀펫을 처음 도입할 때까지 칩 확장의 핵심 요소인 공정 기술을 선도했습니다. 각각의 새로운 공정은 더 작고 빠른 장치를 가능하게 합니다.

하지만 시대가 바뀌었습니다. 오늘날 기술 측면에서는 역학 관계가 매우 달라졌으며, 미국에서는 몇 가지 우려스러운 추세가 나타나고 있습니다. "우리는 오랫동안 반도체 제조 분야에서 리더십을 잃고 있었습니다."라고Siemens 비즈니스인 Mentor의 명예 CEO인 Wally Rhines는 말합니다. "더욱 중요한 것은 단순한 제조 이상의 첨단 파운드리 서비스를 제공하는 능력에 대한 리더십입니다."

이는 여러 가지 측면을 가진 복잡한 문제입니다. 예를 들어, 미국은 과거 강세를 보였던 공정 기술에서 뒤처져 있습니다. 미국의 기술 리더인 인텔은 최근 새로운 공정을 지연시키면서 이 분야에서 TSMC와 삼성에 더욱 뒤처지게 되었습니다.

인텔은 문제를 해결하고 정상화하겠다고 다짐하고 있지만, 이는 국가 안보에 영향을 미칠 수 있습니다. 미국 국방부와 군사/항공우주 기업들은 물론 비즈니스 경쟁력을 위해서도 최첨단 프로세스를 국내에 두는 것이 필수적입니다. "칩을 지배하면 국방, 기술, 정보 산업을 지배하게 됩니다."라고 Semiconductor Advisors의 로버트 마이어 사장은 최근 프레젠테이션에서 말했습니다. "이는 당연히 글로벌 지배와도 밀접한 관련이 있습니다. 미국이 세계를 지배하는 이유 중 하나는 우리의 기술력 때문이며, 그 기반은 반도체 산업에 있습니다."

동시에 칩 제조업체들은 아시아 경쟁사보다 느린 속도로 미국에 새로운 팹을 계속 건설하고 있습니다. 미국 반도체 산업 협회(SIA)와 보스턴 컨설팅 그룹(BCG)에 따르면 전 세계 설치된 웨이퍼 팹 용량에서 미국이 차지하는 비중은 1990년 37%에서 2020년 12%로 감소했습니다. 같은 기간 동안 아시아는 새로운 팹 개발이 급격히 증가하여 현재 전 세계 용량의 80%를 차지할 정도로 급성장했습니다.

특히 중국은 매우 야심찬 반도체 아젠다를 가지고 있습니다. 중국은 1,500억 달러의 자금 지원을 바탕으로 국내 IC 산업을 발전시키고 있으며 더 많은 자체 칩을 생산할 계획입니다. 설상가상으로 중국, 홍콩, 대만을 포함하는 중화권은 지정학적 요충지이며, 미중 무역전쟁으로 인해 오늘날 모든 선도적인 공정 기술이 위치한 이 지역의 긴장이 고조되고 있습니다. 이 지역에 차질이 생기면 첨단 공정 기술에 대한 미국의 접근에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

미국 정책 입안자들은 더 많은 국내 팹을 구축해야 할 필요성을 인식하고 있지만, 이는 비용이 많이 드는 사업입니다. 최첨단 팹은 100억 달러에서 200억 달러에 달하며 투자 수익이 보장되지 않습니다. 그리고 제조는 중요하지만 경쟁 방정식의 한 부분일 뿐입니다. 미국에 기반을 둔 기업들은 칩 설계, 특수 공정, EDA 툴 및 팹 장비 분야에서 계속해서 선두를 달리고 있습니다.

그럼에도 불구하고 모든 면에서 미국의 경쟁력을 강화하기 위한 조치가 취해지고 있습니다. 그중에서도

  • 의회는 새로운 미국 팹 건설을 위한 인센티브 프로그램을 제안했습니다.
  • 미국은 칩 컨소시엄을 출범시키기를 희망하고 있습니다.
  • 글로벌파운드리와 인텔은 기술을 업그레이드하고 있으며, TSMC는 새로운 첨단 미국 팹을 건설할 계획입니다.
  • 인텔은 칩렛 기반 설계를 개발하기 위해 새로운 상업 법인을 설립했습니다. 첨단 패키지에 다이를 통합하는 칩렛은 미국이 경쟁력을 유지하기 위한 또 다른 방법으로 떠오르고 있습니다.

Wanted: 더 많은 미국 팹
IC 산업에서 기업들은 다양한 시장에서 경쟁합니다. 동시에 여러 분야에서 국가 간 경쟁이 벌어지고 있습니다. 예를 들어 기술 분야에서는 여러 국가가 5G, AI, 양자 컴퓨팅 분야에서 우위를 차지하기 위해 경쟁하고 있습니다.

중국의 아젠다는 전 세계 반도체 경쟁에 다시 불을 붙였습니다. 이러한 역학 관계를 이해하려면 시간을 되돌아보는 것이 도움이 됩니다.

수십 년 동안 IC 업계는 칩의 트랜지스터 밀도가 18~24개월마다 두 배로 증가한다는 공리인무어의 법칙( )을 따랐습니다. 오늘날의 칩에는 수십억 개의 작은 트랜지스터가 하나의 장치에 들어 있습니다. "트랜지스터는 본질적으로 스위치입니다."라고램리서치( )의 대학 참여 담당 이사인 네리사 드래거(Nerissa Draeger)는 블로그에서 설명합니다. "전계 효과 트랜지스터는 전기장을 사용하여 채널을 통한 전기 전도도를 제어합니다."

따라서 지난 반세기 동안 칩 제조업체들은 무어의 법칙을 따라 하나의 다이에 더 많은 기능을 담을 수 있었습니다. 이는 휴대폰, 컴퓨터 및 기타 제품의 성장을 촉진했습니다.

하지만 반도체 산업 초창기에는 기술이 초보적이었습니다. 1965년 고든 무어가 상징적인 관찰 결과를 발표했을 때 칩은 1.25인치(30mm) 웨이퍼에서 생산되었습니다. 당시에는 팹을 구축하는 데 100만 달러가 들었습니다.

그 후 수십 년 동안 대부분의 칩 제조업체는 자체 팹에서 칩을 제조했으며 시간이 지남에 따라 더 큰 웨이퍼 크기로 전환했습니다. 더 큰 웨이퍼 크기로 전환하면서 공급업체는 웨이퍼당 2.2배의 다이를 생산하여 제조 비용을 절감할 수 있었습니다. 그러나 더 큰 웨이퍼는 더 비싼 장비를 갖춘 더 큰 팹을 필요로 합니다.

시간이 지남에 따라 반도체 수요는 폭발적으로 증가했지만 팹 및 공정 비용도 함께 증가했습니다. 2000년대부터 칩 제조업체들은 200mm에서 최신 300mm 팹으로 마이그레이션했습니다. 초기에 300mm 팹을 구축하는 데 드는 비용은 20억 달러였지만, 200mm 팹은 7억~13억 달러였습니다.

IBS에 따르면 2001년 당시 최첨단 공정인 130나노 칩을 처리할 수 있는 팹을 보유한 칩 제조업체는 18개였습니다.

갑자기 환경이 바뀌었습니다. 그 무렵 아시아 및 기타 지역에서 외부 고객에게 칩 제조 서비스를 제공하는 여러 파운드리 공급업체가 등장했습니다. 당시에는 파운드리의 기술력이 뒤처져 있었습니다.

하지만 파운드리 모델은 2000년대 들어 급성장했습니다. 처음에는 팹리스 디자인 하우스가 파운드리를 수용했습니다. "반도체 업계는 팹리스 모델의 부상을 목격했습니다."라고 SIA와 BCG의 논문에서 말합니다. (저자들은 Antonio Varas, Raj Varadarajan, Jimmy Goodrich, Falan Yinug입니다.)

이 기간 동안 미국을 비롯한 많은 칩 제조업체는 더 이상 새로운 팹과 공정을 개발할 여력이 없었습니다. 이에 대응하여 일부 칩 제조업체는 팹 라이트로 전환했습니다. 이 모델에서는 공급업체가 자체 팹에서 일부 칩을 생산하고 다른 디바이스는 파운드리에 아웃소싱합니다. 일부는 팹리스화하거나 아예 사업을 철수했습니다.

그러나 인텔과 다른 기업들은 경쟁 우위를 확보할 수 있다며 자체 팹을 유지했습니다.

하지만 시간이 지나면서 제조업의 중심축은 아시아로 옮겨갔습니다. 초기에 몇몇 아시아 국가들은 세금 감면과 인센티브를 통해 자국 칩 기업을 지원했습니다. 이는 중국, 한국, 대만, 싱가포르에서 팹 붐을 일으켰습니다. "정부 정책은 아시아에서 이러한 강력한 성장의 주요 요인이었습니다."라고 SIA와 BCG 보고서는 말합니다.

이러한 투자는 큰 성과를 거두었습니다. SIA와 BCG에 따르면 2020년 전 세계 팹 생산 능력 면에서 대만은 22%의 점유율로 선두를 달리고 있으며, 한국(21%), 일본(15%), 중국(15%), 미국(12%), 유럽(9%)이 그 뒤를 잇고 있습니다.

하지만 주목해야 할 것은 중국입니다. 중국은 국내 칩 설계 및 제조 부문에 보조금 형태로 수십억 달러를 쏟아붓고 있습니다. SIA와 BCG에 따르면 중국의 팹 생산 능력 점유율은 2000년 3%에서 2020년 15%로 급증하여 미국을 능가할 것으로 예상됩니다.

중국은 기술력에서 뒤처져 있지만 공격적으로 따라잡기 위해 노력하고 있습니다. "중국은 12개의 새로운 팹을 건설하고 있습니다."라고 D2S( )의 최고 제품 책임자인 레오 팡은 말합니다. "하지만 반도체 제조에 더 많은 인재와 지적재산권이 필요하고 선도적인 공정 기술의 격차를 더욱 좁혀야 하는 등 중국에는 여전히 많은 과제가 남아 있습니다."

중국이 확장하는 동안 미국은 정체되어 있습니다. SEMI에 따르면 미주 지역의 총 생산 팹 수는 2010년 81개에서 2020년 76개로 감소할 것으로 예상됩니다. "여기에는 삼성, NXP, 인피니언, X-Fab, 타워, TSMC, 브로드컴과 같은 미국 외 기업의 미국 팹 제조 능력이 포함됩니다. 또한 글로벌파운드리도 포함됩니다."라고 SEMI의 애널리스트인 Christian Dieseldorff는 말합니다.

미국 외 팹을 제외하면 미국 소유 기업의 팹 용량 점유율은 10%로 떨어진다고 디셀도프는 말했습니다. 전체적으로 미국의 팹 용량 점유율은 아날로그가 30%, 로직이 12%, 메모리가 5%로 혼합되어 있다고 SIA와 BCG는 말합니다.

하지만 SEMI에 따르면 새로운 미국 팹 프로젝트가 진행 중이라고 합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

  • Cree: SiC 디바이스(뉴욕)
  • 글로벌파운드리: 파운드리(뉴욕)
  • Intel: 로직(오레곤)
  • TI: 아날로그(텍사스)
  • TSMC: 파운드리(애리조나)

앞으로 미국은 국가 안보와 공급망을 위해 더 많은 팹을 건설하고자 합니다. "글로벌 경쟁사들이 첨단 반도체 제조를 자국으로 유치하기 위해 막대한 투자를 하고 있는 상황에서 미국도 이 경쟁에 뛰어들어 전략적으로 중요한 기술을 생산할 수 있는 경쟁력 있는 국가로 만들어야 합니다."라고 SIA의 사장 겸 CEO인 존 뉴퍼(John Neuffer)는 말합니다. "지난 30년 동안 미국에서 이뤄지는 글로벌 반도체 제조의 비율은 급격히 감소했는데, 이는 다른 국가들이 대규모 정부 인센티브를 제공하는 반면 미국은 그렇지 않기 때문입니다. 같은 기간 동안 반도체 연구에 대한 연방 정부의 투자는 GDP 대비 제자리걸음을 해왔으며, 2019년 총 400억 달러에 육박하는 미국 반도체 기업의 R&D 투자에 비하면 극히 일부에 불과합니다. 미국은 흐름을 바꾸고 국내 칩 제조 및 연구를 활성화하여 미국 칩 기술과 미국 경제, 국가 안보, 공급망 탄력성, 팬데믹과 같은 미래 위기에 대한 대응력을 강화할 수 있는 기회를 맞았습니다."

미국 의회에서 제안된 법안을 포함하여 몇 가지 해결책이 있습니다. 미국 반도체 생산에 유용한 인센티브 창출 법안(CHIPS)이라고 불리는 이 법안은 미국 내 새로운 팹 건설을 장려하기 위한 새로운 연방 보조금 프로그램에 100억 달러를 지원할 것을 요구하고 있습니다. 여기에는 투자 세금 공제도 포함됩니다. 총 220억 달러 규모의 패키지입니다.

하지만 현재 이 법안은 의회에 발이 묶여 있어 통과될 수 있을지 불투명합니다. 게다가 이 법안은 너무 적고 너무 늦었습니다. 미국 반도체 산업이 경쟁력을 갖추기 위해서는 500억 달러 규모의 인센티브 프로그램이 필요하지만, SIA와 BCG에 따르면 이 수치조차도 턱없이 부족합니다.

이는 몇 개의 팹을 운영하기에도 턱없이 부족한 금액입니다. 예를 들어, 대만에서 TSMC는 195억 달러의 가격으로 3nm 공정을 위한 300mm 팹을 건설하고 있습니다.

게다가 미국에서 새로운 팹을 구축하는 데 드는 비용은 아시아보다 더 비쌉니다. 그리고 다른 국가에서는 더 나은 인센티브를 제공합니다. 따라서 인텔은 애리조나에 새로운 Fab 42 시설을 증설하는 한편, 아일랜드와 이스라엘에 새로운 팹을 건설할 계획도 가지고 있는데, 이는 해당 국가의 인센티브 때문이기도 합니다.

그럼에도 불구하고 인텔과 다른 사람들은 CHIPS 법안이 좋은 시작이며 어떤 형태로든 인센티브가 필요하다고 주장하고 있습니다. "현재 미국 내 점유율은 12%입니다."라고 Intel의 정책 및 기술 업무 담당 부사장인 Greg Slater는 말합니다. "향후 10년 동안 10% 이하로 떨어질 수 있습니다. 물론 정부 인센티브를 통해 이를 되돌리지 않는 한 이러한 추세는 계속될 것입니다."

그렇게 간단하지 않습니다. 세미코 리서치의 애널리스트인 애드리엔 다우니는 "미국 팹 용량이 12% 이상 성장하도록 보조금을 받을 수 있지만, 이것이 업계에 좋은 일일까요?"라고 질문했습니다. "지난 5~10년 동안 업계는 용량 관리를 잘 해왔습니다. 메모리 시장이 그 좋은 예입니다. 용량을 효과적으로 관리한다는 것은 보다 안정적인 ASP/매출을 의미합니다. 과거에는 보조금을 받는 팹이 용량 불균형을 초래했습니다."

다른 문제도 있습니다. "오늘날 업계에서 200억 달러 규모의 팹을 채울 수 있는 회사는 거의 없습니다. TSMC는 수백 명의 고객과 수천 개의 제품을 보유하고 있기 때문에 팹을 성공적으로 채울 수 있습니다. 단순히 생산 능력을 추가한다고 해서 이 업계에서 성공적인 지역적 지위를 보장하는 것은 아닙니다."라고 다우니는 말합니다.

그럼에도 불구하고 미국이 반도체 제조 분야에서 정신을 차리지 못하면 경제적 결과가 초래될 것입니다. 멘토의 라인스는 "새로운 기술과 혁신의 성장이 미국이 주도해 온 다른 지역으로 점차 옮겨갈 것"이라고 말했습니다. "최근 중국의 벤처 캐피탈 투자는 미국보다 많지만 중국이 따라잡기까지는 시간이 걸릴 것입니다. 문제는 미국의 벤처 투자가 감소하면 연방 보조금으로 상쇄되더라도 기술 혁신이 사라지는 경향이 있다는 것입니다. 즉, 최종 장비 혁신도 함께 사라질 것입니다. 경제와 일자리 성장이 둔화될 것이라는 뜻입니다."

공정 경쟁
한편, 미국에 기반을 둔 칩 제조업체들은 III-V, 아날로그 및 RF와 같은 특수 공정에서 강세를 보이고 있습니다. 미국은 28nm/22nm 이상의 성숙한 로직 공정에서 강세를 보이고 있습니다. 세미코의 다우니는 "미국은 여전히 미국에서 제조되는 성숙한 제품의 기반을 계속 유지하고 있습니다."라고 말합니다. "대부분의 전자 기기에서 모든 첨단 칩에는 최소 5-10개의 성숙한 칩이 함께 필요합니다. Qorvo, ON Semi, NXP, ADI, Broadcom, Skyworks 및 Microchip과 같은 회사는 모두 미국에 팹을 보유하고 있습니다. SkyWater는 혁신적인 옵션을 제공하고 새로운 솔루션 개발을 지원함으로써 오래된 팹에 새로운 생명을 불어넣는 파운드리의 예입니다."

하지만 미국은 첨단 로직/파운드리 공정에서 뒤처져 있습니다. 항상 그런 것은 아니었습니다. 수년 동안 인텔은 공정 기술의 선두주자였지만, 인텔만이 유일한 경쟁자는 아니었습니다. 앞서 언급했듯이 2001년에는 최첨단 130nm 칩을 처리할 수 있는 칩 제조업체가 18개에 불과했습니다.

시간이 지남에 따라 프로세스 비용이 증가하고 고급 노드에서 첨단 기술을 개발할 여력이 있는 플레이어가 줄어들었습니다.

큰 변화는 기존의 평면 트랜지스터가 벽에 부딪힌 20nm에서 일어났습니다. 이에 대응하여 2011년 인텔은 22nm의 차세대 핀펫 트랜지스터로 전환했습니다. 파운드리는 16nm/14nm에서 핀펫으로 전환했습니다. (인텔의 22nm는 파운드리의 16nm/14nm에 해당합니다.)

핀펫은 더 낮은 전력으로 더 많은 성능을 제공하지만 제조하기가 더 어렵고 비용이 많이 듭니다. "이는 장치를 만드는 데 필요한 처리 단계가 많기 때문입니다."라고 TEL America의 부사장 겸 부총괄 책임자인 Ben Rathsack은 말합니다.

핀펫은 또한 제조 기반을 좁혔습니다. 16nm/14nm에서 핀펫으로 마이그레이션할 수 있는 리소스를 갖춘 파운드리/IDM은 6곳에 불과합니다. 이러한 공급업체에는 GlobalFoundries, Intel, Samsung, TSMC 및 UMC가 포함됩니다. 중국의 SMIC는 최근 14nm 핀펫 시장에 진입했습니다.

한편, 2016년 인텔은 10nm 핀펫 공정의 도입을 통해 로직 기술에서 선두를 이어갈 수 있기를 바랐습니다. 하지만 여러 가지 문제로 인해 인텔은 10nm 출시를 두 차례 연기했고, 결국 예상보다 약 2년 늦은 2019년에 이 기술을 기반으로 한 프로세서를 출시했습니다.

인텔의 10나노 지연 속에서 2018년 초 TSMC는 세계 최초로 7나노 핀펫 공정을 출하하며 인텔을 뛰어넘는 기술력을 선보였습니다. 이후 삼성이 7nm를 출하했습니다. (인텔의 10nm는 파운드리의 7nm와 거의 동일합니다.)

이는 여러 가지 이유로 중요합니다. 인텔은 파운드리 사업에서 다소 뒤처져 있는 업체로, TSMC와 경쟁 관계에 있지는 않습니다. 하지만 TSMC는 AMD와 엔비디아 같은 인텔의 경쟁사들에게 파운드리 서비스를 제공합니다. 따라서 인텔의 경쟁사들은 갑자기 공정 기술에서 우위를 점하게 되었습니다.

다른 변화도 있었습니다. 2018년에 글로벌파운드리와 UMC는 각각 7nm 개발을 중단했습니다. 7nm 개발에는 막대한 투자가 필요했지만 두 공급업체 모두 수익이 의심스럽다고 말했습니다. 두 회사 모두 여전히 16nm/14nm 이상에서 활동하고 있습니다.

그럼에도 불구하고 7nm의 지각 변동으로 인해 제조 기반은 10nm/7nm에서 인텔, 삼성, TSMC의 세 회사로 좁혀졌습니다. 하지만 그 후 지형이 다시 바뀌었습니다.

2020년 초, TSMC와 삼성은 5nm를 출하하기 시작했습니다. 반면 인텔은 7나노를 연기하면서 두 경쟁사에 더욱 뒤처지게 되었습니다. SMIC도 7nm와 유사한 공정을 개발 중이지만 아직 연구개발 단계에 있습니다. 최근 SMIC는 중국 IP 제공업체인 이노실리콘으로부터 7nm 유사 공정에 대한 첫 테이프 아웃을 달성했습니다.

"인텔은 7나노에서 최소 6개월에서 최대 1년까지 지연될 것으로 보이는 상황에서 비틀거리고 있는 것이 분명합니다."라고 Semiconductor Advisors의 Maire는 말합니다. "인텔은 TSMC와 어깨를 나란히 하는 것이 아니라 무어의 법칙에서 TSMC보다 뒤처져 있는 것이 분명합니다. 글로벌파운드리는 분명히 제자리에 멈춰서 14nm에 갇혀 있습니다. 따라서 미국에는 더 이상 속도를 따라잡을 수 있는 파운드리나 IDM이 없습니다."

미국은 가만히 있지 않습니다. 인텔은 문제를 해결하고 결국 7nm를 출시할 것이라고 공언하고 있습니다. 또한 7nm 생산의 일부를 파운드리에 아웃소싱하는 계획도 검토하고 있습니다.

그런 다음 인텔은 우위를 되찾기 위한 별도의 노력으로 미국 칩 컨소시엄을 출범시키려고 합니다. 이 계획의 일환으로 인텔은 정부의 지원을 받아 미국 파운드리를 운영할 것을 제안했습니다. 이 계획이 실현될지는 불분명합니다.

최근 GlobalFoundries 는 뉴욕주에 위치한 300mm 팹 근처에 대규모 확장 계획을 위한 새로운 부지를 확보했습니다. "미국 수도에서 반도체 제조에 대한 투자에 대한 공감대가 형성되고 있는 가운데, 미국 내 최첨단 제조 시설에서 성장 계획을 빠르게 추진하는 것이 그 어느 때보다 중요합니다."라고 GlobalFoundries의 수석 부사장 겸 총괄 매니저인 Ron Sampson은 말합니다.

아마도 미국의 진정한 희망은 애리조나에 새로운 최첨단 5nm 팹을 건설할 계획인 TSMC에 달려 있을 것입니다. 이 팹은 2024년에 생산될 예정입니다.

하지만 미국이 공정 기술 경쟁력을 되찾을 수 있을지, 어떤 기업이 미국 파운드리 사업을 주도할지는 아직 확실하지 않습니다.

"우리는 파운드리 기반 제조, 그리고 아마도 모든 반도체 제조에서 뒤처져 있습니다. 뒤처져 있긴 하지만 비교적 단기간에 따라잡을 수 없는 수준은 아닙니다."라고 멘토의 라인스는 말합니다. "파운드리 측면에서는 글로벌파운드리나 미국 TSMC의 입지를 기반으로 해야 할 것입니다. 정부는 인텔을 가능성으로 보고 있습니다. 하지만 미국에서 실행 가능한 파운드리 서비스를 받을 수 있다고 해도 세계 최대 고객에게 제품을 판매할 수 없다면 큰 도움이 되지 않습니다."

칩렛의 시대
앞으로도 다양한 국가의 여러 기업이 공정 기술 경쟁에서 계속 경쟁할 것입니다. 하지만 이것이 경쟁력을 유지하는 유일한 방법은 아닙니다.

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, 스케일링만으로 얻을 수 있는 전력 및 성능 이점이 줄어들고 있습니다. 스케일링만으로는 7nm 이하의 새로운 노드마다 약 10%에서 20%까지 성능을 향상시킬 수 있지만 아키텍처 변경, 특수 가속기 및 하드웨어-소프트웨어 공동 설계를 통해 성능을 10배에서 1,000배까지 향상시킬 수 있습니다.

게다가 칩의 모든 부품이 스케일링의 이점을 누리는 것은 아닙니다. 디지털 로직은 확실히 그렇지만 아날로그 구성 요소는 그렇지 않습니다. 따라서 모든 것을 축소하여 하나의 다이에 넣는 대신 복잡한 다이를 고급 패키지로 패키징하는 방향으로 업계 전체가 전환하고 있습니다.

오늘날 여러 국가의 기업, 파운드리 및 OSAT( )는 칩 제조업체가 라이브러리에 모듈식 다이 또는 칩렛 메뉴를 보유하는 칩렛 전략을 추구하고 있습니다. 고객은 칩렛을 믹스 앤 매치하여 기존 고급 패키지 또는 새로운 아키텍처에 통합할 수 있습니다.

AMD, Intel 등은 저렴한 비용으로 ASIC의 기능에 필적하거나 이를 능가하는 칩렛형 디자인을 개발했습니다. 그러나 타사와 여러 시장에서 판매하기 위해 더 많은 칩렛이 개발됨에 따라 엣지 컴퓨팅과 같은 새로운 영역에서 시장 지배력을 확보할 수 있게 되었습니다.

칩렛에 대한 모멘텀은 계속되고 있습니다. 예를 들어, 인텔은 최첨단 이기종 통합 프로토타입(SHIP) 프로그램이라는 국방부의 칩렛 관련 신규 계약을 수주했습니다. 이 계획에 따라 인텔은 칩렛과 관련된 새로운 미국 내 상업 법인을 설립했습니다. 이 프로그램을 통해 국방부 및 방위 커뮤니티를 포함한 고객들은 인텔의 패키징 역량을 이용할 수 있습니다.

"이 로드맵은 공정 확장이 느려짐에 따라 이기종 조립 기술이 국방부와 국가 모두에게 중요한 투자라는 점을 우선시하고 인식합니다."라고 국방부 연구 및 엔지니어링 차관실 마이크로일렉트로닉스 수석 책임자인 니콜 페타(Nicole Petta)는 말합니다.

결론
경쟁력의 정의는 점점 더 복잡해지고 있습니다. 로직에 대한 프로세스 확장은 계속 중요하겠지만, 고급 패키징도 중요해지고 있습니다.

다양한 국가의 기업들이 이 두 가지를 모두 개발해야 할 것입니다. 이는 결국 새로운 성장을 이끌 것입니다. 하지만 기술적인 관점에서 볼 때 미국은 아직 따라잡아야 할 부분이 있습니다. 문제는 이를 실현할 수 있는 정치적 의지 및/또는 기업의 투자 의지가 있는지 여부인데, 아직까지는 그 답이 명확하지 않습니다.