0.7나노 개발한 IBM…파운드리 패권 경쟁 격화되나

IBM 협력사 선정 두고 파운드리 업계 경쟁
IBM, ‘기술 적용 제품 생산 시기 이르면 5년 뒤’

미국 기술기업 IBM이 세계 최초로 반도체 미세공정의 한계였던 1㎚(나노미터·10억분의 1m)의 벽을 넘어서면서, 파운드리 패권 경쟁이 한층 격화될 전망이다.

IBM은 0.7나노(7Å[옹스트롬]) 공정 ‘나노스택 아키텍처’를 개발했다고 25일(현지시간) 밝혔다. 이 기술은 세계 최초의 1나노 이하(sub-1㎚) 칩 기술이다.

반도체의 성능은 트랜지스터(내부 연산 소자)를 얼마나 작고 촘촘하게 집적하느냐에 따라 좌우된다. 나노스택 아키텍처는 소자를 수직 방향으로 엇갈리게 쌓아 올리는 적층 공법이다. 평면에 트랜지스터 소자를 최대한 촘촘히 배열하는 방식으로 미세화를 진행해온 기존 반도체 공정과는 차별화된 방식이다.

IBM에 따르면 나노스택 기술은 손톱 크기 칩에 트랜지스터 1000억개를 채워 넣을 수 있다. 지난 2021년 발표된 기존 2나노 칩과 비교하면 밀도가 두 배에 이른다. 이를 통해 칩의 연산 성능을 50% 높일 수도 있고, 전력 효율성을 70%까지 끌어올릴 수 있다. AI 데이터센터의 전력 대란을 해소하는 데 상당 부분 기여할 수 있다는 설명이다.

칩 내부 메모리(S램) 공간 효율도 40% 향상됐다. 고대역폭이 요구되는 인공지능(AI)반도체 설계에 유리할 전망이다.

후이밍 부 IBM 리서치 반도체 글로버 연구개발(R&D) 총괄 부사장은 “나노스택은 단발성 현신이 아니다”라며 “향후 10년간 여러 세대에 걸쳐 7Å, 5Å, 3Å을 거쳐 1Å에 이르는 제품이 이 아키텍처를 기반으로 나올 것”이라고 말했다.

IBM은 나노스택이 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU), 모바일 칩 등 모든 영역에서 쓰일 수 있는 범용 기술이라며, 이 기술을 적용한 제품의 실제 생산 시기는 이르면 5년 뒤가 될 것으로 내다봤다.

1나노 미만 기술이 개발됨에 따라 TSMC, 삼성전자, 인텔의 3파전 양상이던 파운드리(반도체 수탁생산) 업계의 경쟁 구도도 새로운 국면에 접어들 것으로 보인다.

지난 2022년 일본 정부 주도로 설립된 파운드리 기업 라피더스와 IBM이 파트너 관계임을 고려하면 라피더스가 파운드리 시장에서 상당 부분 성장하게 될 것이란 분석도 나온다. IBM은 현재 라피더스에 2나노 생산 기술을 전수 중이다.

제이 감베타 IBM 리서치 총괄사장은 사전 기자간담회에서 이번에 개발한 기술을 어느 기업과 협력해 상용화할지를 두고 나온 질문에 “앞으로 이 기술을 어떻게 산업화할지 고민해나갈 예정”이라며 “구체적인 내용은 말하지 않겠다”고 말한 것으로 전해졌다.

한편 삼성전자도 1나노 이하 공정을 목표로 상보형 트랜지스터를 수직으로 적층하는 CFET(Complementary Field Effect Transistor)를 개발 중이다.

이번 IBM의 나노스택도 트랜지스터를 3차원으로 적층한다는 점에서 보면 기술적 방향성이 비슷하다. 삼성전자의 장기적 로드맵과 맥이 닿아있다고 볼 수 있다. 업계에서도 향후 IBM의 원천기술과 삼성의 제조 기술이 결합할 가능성에 대해 주목하고 있는 것으로 알려졌다. IBM이 직접 칩을 생산하지 않는 만큼, 기술 구현을 위해서는 파운드리 파트너가 반드시 필요하기 때문이다.

IBM이 기술 적용 시점을 5년 이후로 제시한 가운데, 글로벌 파운드리 업체들은 차세대 공정 주도권을 확보하기 위해 IBM과의 협력 기회를 놓고 경쟁을 벌일 전망이다.