삼성전자 4나노 파운드리 공정: 안정성 위에 확장성을 더한 최적의 공정 솔루션
파운드리는 팹리스 기업이 설계한 반도체의 생산을 위탁 받아 제품을 공급하는 비즈니스 모델로, 고객이 요구하는 성능을 구현하면서 안정적인 생산이 가능해야 한다. 하지만 일반적으로 파운드리 공정의 성능과 안정성 사이에는 trade-off 관계가 있다. 최신 선단 공정은 높은 성능을 제공하는 대신 양산 초기의 리스크를 감수해야 하는 반면, 성숙 공정은 안정적이지만 선단 공정에 비해 성능 개선의 폭은 적을 수 있다.
삼성전자 4나노 FinFET 파운드리 공정은 이러한 선단 공정과 성숙 공정의 장점을 고루 갖춘 최적의 솔루션으로 평가받고 있다. 다년 간에 걸친 양산 경험의 축적으로 안정적인 수율을 확보했으며, 다양한 설계 옵션도 보유하고 있어 고객이 원하는 성능과 전력 효율 개선뿐만 아니라 설계 편의성까지 제공한다.
검증된 성능과 전력 효율로 고객의 예측 가능성을 높이다
삼성전자 4나노 공정의 성능 향상은 트랜지스터와 배선 영역의 최적화를 통해 가능했다. 트랜지스터 측면에서는 임계전압(Vth) 옵션을 다양화해 설계자가 성능과 전력 상의 균형을 정밀하게 조정할 수 있게 했고, 배선 영역에서는 공정 미세화에 따라 증가하는 저항과 정전용량(Capacitance)에도 신호 전달 속도가 지연되지 않도록 최적화했다.
* 임계전압(Vth, Threshold voltage): 반도체 소자에서 채널에 전류 흐름을 시작하기 위해 필요한 최소 게이트-소스 전압
삼성전자 4나노 공정은 6년차에 접어들며 공정 안정성과 수율 측면에서 높은 신뢰성을 확보하고 있다. 다양한 고성능 로직 제품 양산 경험의 축적을 통해 변수를 줄이고 결함 패턴을 예측해 관리할 수 있다. 결과적으로 고객은 신규 제품 개발 시 발생 가능한 리스크를 줄이고 개발 기간을 단축할 수 있으며, 생산성과 비용에 대한 예측 가능성도 높일 수 있다.
높은 공정 완성도를 기반으로 응용처를 다변화하다
이처럼 높은 성능과 전력 효율, 안정적인 수율을 확보한 삼성전자 4나노 공정은 다양한 산업 영역의 요구사항을 만족할 수 있다. 지난 2월 업계 최초로 양산을 개시한 삼성전자 HBM4 베이스 다이에도 4나노 공정이 적용됐다. 특히 공정과 설계를 함께 최적화하는 DTCO(Design Technology Co-Optimization) 협업을 통해, 고대역폭 메모리가 요구하는 초고속 데이터 처리와 높은 전력 효율, 발열 관리 특성을 구현할 수 있었다.
AI/HPC 영역에서는 미국 선진 AI 업체의 LPU(Language Processing Unit)에 4나노 공정을 성공적으로 적용했다. LPU는 인공지능 연산 성능 극대화를 위한 Large die(대형 다이) 구조로 설계되었는데, 대형 다이가 요구하는 고밀도 배선과 안정적인 전력 효율, 방열 특성을 달성함으로써 공정의 완성도를 입증했다.
* 다이 크기가 커질수록(오른쪽) 결함 하나에도 전체 면적 대비 영향을 받은 다이의 면적이 커져 수율에 큰 영향을 주게 됨.
이는 대형 다이의 제조 난이도가 높아지는 이유가 됨.
Automotive 영역에서도 삼성전자 4나노 공정은 최적의 솔루션을 제공한다. 차량의 자율주행 기능 고도화로 인해 고성능 연산 성능과 신뢰성에 대한 요구가 계속해서 높아지고 있는 반면, 가용 전력은 여전히 제한적이기에 전력 효율 또한 극대화해야 한다. 삼성전자 4나노 공정은 성능, 전력 효율 제고와 함께 LPDDR, PCIe, MIPI M-PHY, HDMI, USB와 같은 다양한 IP를 Auto Grade 수준으로 제공해 ADAS와 IVI 시스템 구현이 용이하도록 지원한다.
마지막으로, 삼성전자 4세대 공정은 RF 시장을 위한 공정 솔루션도 제공한다. 기존의 RFIC 대비 디지털 회로 비중이 증가하는 RF SoC에서, 디지털 영역의 회로 면적을 효율화하고 전력 소비를 줄이는 고밀도 배선 구조를 제공한다. 또한 6G, Wi-Fi 8 등 다중 주파수 처리(Wi-Fi Channel Bonding과 Carrier Aggregation)로 시스템 복잡도가 높아지는 차세대 통신 환경에서도 안정적인 성능과 효율을 유지할 수 있는 기반을 제공한다.
삼성전자 4나노FinFET 파운드리 공정은 성숙 공정의 안정성과 함께, 선단 공정의 성능과 설계 유연성, 전력 효율까지 제공할 수 있는 플랫폼이다. 특정 산업에 국한되지 않고 AI, HPC, Automotive, RF 등 다양한 응용 영역에서 공통적으로 요구되는 핵심 조건들을 충족시키며 고객 기반을 꾸준히 확장하고 있다.
삼성전자 4나노 공정에 적용된 기술과 응용처별 특성에 대한 보다 자세한 정보는 삼성전자 반도체 공식 웹사이트 테크블로그에서 열람할 수 있다.
