삼성전자가 EUV(극자외선, Extreme Ultra-Violet) 공정을 적용한 업계 최선단 14나노 D램 양산에 들어갔습니다.

EUV 멀티레이어 공정 도입… 업계 최소 선폭 14나노 D램 양산

삼성전자는 2020년 3월 업계 최초로 EUV 공정을 적용한 D램 모듈을 고객사들에게 공급한 바 있으며, 업계에서 유일하게 EUV 멀티레이어 공정을 적용해 최선단 14나노 D램을 구현하는 등 차별화된 공정 기술력을 선보이고 있습니다.

삼성전자는 반도체 회로를 보다 세밀하게 구현할 수 있는 EUV 노광 기술을 적용해 D램의 성능과 수율을 향상시켜, 14나노 이하 D램 미세 공정 경쟁에서 확고한 우위를 확보해 나갈 계획입니다.

5개의 레이어에 EUV 공정이 적용된 삼성전자 14나노 D램은 업계 최고의 웨이퍼 집적도로 이전 세대 대비 생산성이 약 20% 향상됐습니다.

또한, 삼성전자 14나노 D램 제품의 소비전력은 이전 공정 대비 약 20% 개선됐습니다.

최신 공정으로 DDR5 적용, 차세대 DDR5 대중화 선도

삼성전자는 이번 신규 공정을 최신 DDR5(Double Data Rate 5) D램에 가장 먼저 적용합니다.

DDR5는 최고 7.2Gbps의 속도로 DDR4 대비 속도가 2배 이상 빠른 차세대 D램 규격으로 최근 인공지능, 머신러닝 등 데이터를 이용하는 방식이 고도화 되면서 데이터센터, 슈퍼컴퓨터, 기업용 서버 시장 등에서 고성능 DDR5에 대한 수요가 지속 커지고 있습니다.

삼성전자는 업계 최선단의 14나노 공정과 높은 성숙도의 EUV 공정기술력을 기반으로 차별화된 성능과 안정된 수율을 구현해, DDR5 D램 대중화를 선도한다는 전략입니다.

또한 삼성전자는 고용량 데이터 시장 수요에 적극 대응하기 위해 이번 공정으로 단일 칩 최대 용량인 24Gb D램까지 양산할 계획입니다.

5G·AI·메타버스 등 빅데이터 시대 최고의 메모리 솔루션 될 것

삼성전자 메모리사업부 D램개발실장 이주영 전무는 “삼성전자는 지난 30년간 끊임없는 기술 혁신을 통해, 반도체 미세 공정의 한계를 극복해 왔으며, 이번에도 가장 먼저 멀티레이어에 EUV 공정을 적용해 업계 최선단의 14나노 공정을 구현했다”며, “고용량, 고성능 뿐만 아니라 높은 생산성으로 5GㆍAIㆍ메타버스 등 빅데이터 시대에 필요한 최고의 메모리 솔루션을 공급해 나가겠다”고 밝혔습니다.

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■ 고성능·저전력 14나노 공정, 업계 최초로 웨어러블 전용 AP에 적용

삼성전자는 프리미엄 모바일 AP에 적용되던 고성능ㆍ저전력 14나노 첨단 공정의 활용 범위를 올해초 보급형까지 확장한 데 이어, 이번에 업계최초로 웨어러블 전용 AP에도 적용했습니다.

듀얼 코어(Cortex-A53)를 사용한 ‘엑시노스 7270’은 14나노 공정 적용을 통해 기존의 28나노 기반 제품 대비 동작 전력 효율이 20% 이상 향상돼 웨어러블 기기 사용자들이 한 번 충전으로 장시간 사용할 수 있도록 했습니다.

또한 Cat.4 LTE 모뎀과 와이파이, 블루투스, FM 라디오, 글로벌 위성항법장치(GNSS) 등 다양한 커넥티비티 기능까지 하나의 칩에 통합해, 단독으로도 통신망을 이용한 편의기능을 사용할 수 있게 하는 등 웨어러블 기기 제조사들에게 보다 업그레이드된 기능과 디자인 편의성을 제공합니다.

■ 최첨단 패키지 기술로 최적화된 초소형 솔루션 구현

또한 최첨단 패키지 기술을 통해 시스템 면적을 최소화 함으로써 웨어러블 기기에 최적화된 저전력 초소형 제품을 제공합니다.

AP, DRAM, 낸드 플래시에 더해 PMIC까지 하나의 패키지에 담는 첨단 패키지 기술(SiP-ePoP)을 적용해 전 세대 제품과 동일 면적인 100mm2에 더 많은 기능을 구현했을 뿐 아니라 패키지 높이를 약 30% 줄였습니다.

또한 웨어러블 기기 제조사들에게 AP, 디스플레이, NFC 및 각종 센서 등으로 구성된 레퍼런스 개발 플랫폼을 제공해 고객들이 보다 빠르고 편리하게 제품을 개발할 수 있도록 했습니다.

삼성전자 System LSI 사업부 전략마케팅팀 허국 상무는 “이번 제품은 저전력 공정과 모뎀?커넥티비티 통합, 혁신적인 패키지 기술을 바탕으로 웨어러블 전용 SoC의 패러다임을 제시하는 제품”이라며 “기기의 사용시간을 크게 늘리고 슬림한 디자인을 구현할 수 있게 해 웨어러블 대중화에 큰 기여를 하게 될 것”이라고 밝혔습니다.

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■ 업계 최초, 14나노 기반 보급형 모바일 SoC ‘엑시노스 7870’ 출시

삼성전자가 새롭게 출시하는 원칩 솔루션 엑시노스 7870은 14나노 공정이 적용된 첫 보급형 SoC로, 삼성전자는 프리미엄 제품에만 적용해온 14나노 공정을 보급형 SoC 제품에도 확대 적용해 SoC 사업을 강화한다는 전략입니다.

삼성전자는 작년 초 업계 최초로 14나노 기반 모바일 AP ‘엑시노스 7 옥타(7420)’를 양산한 데 이어 올해 1월부터는 독자 커스텀 코어 기술을 적용, 모바일 AP와 모뎀을 하나로 통합한 원칩 ‘엑시노스 8 옥타(8890)’를 양산하며 프리미엄 모바일 SoC 시장에서 리더십을 강화해왔습니다.

■ 전력효율이 대폭 강화된 제품으로 소비자 혜택 확대

14나노 공정을 적용한 엑시노스 7870은 동일한 성능의 기존 28나노 모바일 SoC 제품보다 전력효율이 30% 이상 높습니다.

또한 엑시노스 7870은 LTE Cat.6 2CA 및 FDD-TDD 조인트 CA를 지원하는 모뎀을 내장했으며, 글로벌 위성항법장치(GNSS, Global Navigation Satellite System) 기능을 내장해 빠르고 정확한 위치기반 서비스를 제공합니다.

※ LTE Cat.6 : 업로드 50Mbps, 다운로드 300Mbps를 지원하는 LTE 속도 규격
※ 2CA(Carrier Aggregation) : CA는 서로 다른 주파수 대역을 묶어 사용하는 기술로 주파수 대역 확장 효과가 있으며 2CA는 두 개의 주파수 대역 사용을 지원

※ FDD-TDD Joint CA : FDD와 TDD 통신망을 묶어 사용하는 기술
-FDD(Frequency Division Duplex) : 주파수 분할 방식(데이터 송수신시 업로드와 다운로드 주파수를 각각 사용)
-TDD(Time Division Duplex) : 시분할 방식(데이터 송수신시 업로드와 다운로드를 같은 주파수에서 시간차를 두고 나누어 처리)

더불어 WUXGA(1920 X 1200) 디스플레이를 지원, 1080p의 영상을 초당 60프레임으로 재생할 수 있고 16Mp 고화소 전면 카메라 및 8Mp 듀얼카메라 작동도 지원합니다.

삼성전자 S.LSI 사업부 전략마케팅팀 허국 상무는 “성능과 전력효율을 대폭 향상시킨 이번 신제품이 보급형 모바일 기기에도 널리 채용되길 기대한다”며, “14나노 공정을 적용한 첫 보급형 SoC 제품인 만큼, 소비자들이 성능 향상을 체감할 수 있을 것”이라고 밝혔습니다.

삼성전자가 새롭게 출시하는 엑시노스 7870은 올해 1분기 양산에 돌입할 예정입니다.

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■ 14나노 2세대 핀펫 공정 적용해 ‘엑시노스8’ 및 파운드리 제품 양산

삼성전자는 지난해 1월 업계 최초로 14나노 1세대 핀펫 공정을 적용해 ‘엑시노스7 옥타’를 양산한 데 이어, 올해부터는 14나노 2세대 공정을 기반으로 ‘엑시노스 8 옥타’와 퀄컴의 ‘스냅드래곤 820’을 포함한 파운드리 제품을 동시에 양산함으로써 핀펫 로직 공정 기술 리더십을 더욱 강화했습니다.

14나노 2세대 핀펫 공정은 구조개선 및 공정 최적화를 통해 14나노 1세대 공정보다 소비전력을 15% 절감하면서도 성능은 15% 개선했는데요, 

14나노 핀펫 공정은 공정 미세화를 통해 트렌지스터 성능을 향상시키고 전력 소비를 줄일 뿐 아니라 생산성 또한 개선할 수 있기 때문에 모바일 기기 및 IoT 제품에 최적화된 기술로 평가 받고 있습니다. 

또한 네트워크와 차량용 반도체 수요가 성장함에 따라 더욱 높은 동작속도, 저전력 특성을 요구하는 시장 또한 빠르게 성장하고 있어 2세대 14나노 핀펫 공정의 적용분야는 향후 더욱 확대될 것으로 예상됩니다. 

삼성전자 S.LSI 사업부 전략마케팅팀 배영창 부사장은 “업계 최고 수준의 성능을 자랑하는 14나노 2세대 핀펫 공정으로 최적의 솔루션을 제공할 수 있게 됐다”며 “14나노 2세대 공정에 이어 향후 파생공정 또한 개발해 모바일 SOC 시장 및 파운드리 시장을 주도할 것” 이라고 밝혔습니다.

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■ 14나노 공정 적용, 고성능, 저전력, 고생산성 확보

14나노 로직(Logic) 공정은 20나노 공정보다 성능이 20% 향상되고 소비전력은 35% 감소할 뿐만 아니라 생산성도 30% 개선되는 고성능, 저전력, 고생산성의 특징을 갖춘 최첨단 기술의 집약체입니다. 삼성전자는 기존 20나노 공정에서 사용하고 있는 평면(Planar) 구조의 한계를 극복하기 위해 3차원 트랜지스터 구조의 핀펫 공정을 적용해 트랜지스터의 성능 향상은 물론 공정미세화를 통한 경쟁력을 확보하는데 성공했는데요.

삼성전자는 2000년대 초반부터 핀펫 공정 연구를 시작해 2003년 IEDM(International Electron Device Meeting, 국제전자소자회의)에서 첫 논문 발표를 시작으로 핀펫 공정 관련 다양한 기술들을 발표해 왔으며 수십건의 특허를 확보했습니다.

■ 로직 공정 리더쉽 확보로 시스템LSI 사업 도약 발판 마련

삼성전자는 메모리 업계 최초로 3차원 V낸드 양산에 성공하는 등 3차원 반도체 공정분야의 축적된 기술력을 바탕으로 로직 공정분야에서도 최고 성능의 3차원 핀펫 구조를 완성했습니다.

이번 14나노 모바일 AP 양산을 통해 삼성전자는 메모리 반도체와 시스템 반도체 모두에 3차원 반도체 공정을 적용해 미래 ‘3차원 반도체 시대’를 선도함으로써 메모리 반도체 사업에 이어 시스템 LSI 사업도 크게 도약시킨다는 계획입니다.

삼성전자 시스템LSI 사업부 전략마케팅팀 한갑수 부사장은 “삼성전자의 최첨단 로직 공정 기술은 업계 최고 수준이며, 이번 14나노 모바일 AP 공급으로 고사양 스마트폰의 성능 향상이 가능해 향후 신규수요 확대에 긍정적인 영향을 미칠 것”이라고 밝혔습니다.

삼성전자는 14나노 핀펫 공정을 ‘엑시노스 7 옥타’ 시리즈 신제품에 처음 적용하고, 올해 다양한 제품으로 확대해 나갈 계획입니다.

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