아이폰12: 세계 최초로 적용되는 ‘5나노미터 칩’ 기술이란?

아이폰12는 5나노미터 칩 기술이 들어간 최초의 스마트폰이 될 예정이다

애플이 발표할 새 아이폰은 새로운 타입의 칩이 세계 최초로 적용되는 스마트폰이 될 것이다.

이로 인해 스마트폰으로 4K 해상도의 영상과 고해상도 사진을 편집하거나 그래픽이 많이 들어간 게임도 가능해질 전망이다. 게다가 이런 작업들을 보다 적은 전력으로 수행할 수 있다.

‘5나노미터 공정’이란 칩 내부의 트랜지스터들의 크기가 더 작아졌음을 의미한다. 트랜지스터의 크기는 원자 25개 정도로 작아졌으며, 그 덕분에 수십억 개의 트랜지스터를 칩 안에 넣을 수 있게 됐다.

다시 말해 연산능력이 더욱 뛰어나졌다는 것.

4년 전만 해도 많은 업계 관계자들은 5나노미터 공정이 그렇게 빨리 가능할 수 있을지 의구심을 품었다.

이는 상당 부분 네덜란드 기업ASML의 기술 덕분이다.

삼성이나 TSMC에 비해 상대적으로 덜 유명한 ASML은 극자외선 노광 공정이라 일컬어지는 기법의 선구자다.

ASML의 기계는 대당 1억2300만 달러(약 1500억 원)인데 다른 반도체 산업 기계와 비교할 때도 상당히 비싸다.

그러나 현재 이 기계를 만들 수 있는 기업은 이곳뿐이다. 게다가 다른 방식에 비해 비용 대비 효율이 높다. 결함발생율이 낮기 때문이다.

ASML의 NX3400은 사용 중에는 내부를 판넬로 가려놓는다

아난드텍의 반도체 섹터 분석가 이언 커트리스 박사는 "미세한 차원에서의 정확성이 핵심"이라며 "이들의 작업은 종이비행기로 화성 표면에 도장을 찍는 것과 비슷하다"고 말했다.

ASML은 자사의 기술을 보드마커를 쓰다가 하이테크C같은 펜을 쓰는 것과 비슷하다고 말한다.

애플은 지난 9월 자사 A14 칩의 주요 기능을 간략히 소개한 바 있다

이 공법을 상용화한 칩 제조사는 단 두 곳 뿐이다.

• 대만적체전로제조주식유한공사(TSMC): 애플의 최신 A14칩의 독점 공급 업체
• 삼성전자: 12월 공식 발표 예정인 안드로이드폰용 퀄컴 프로세서 개발 중

두 기업과 인텔은 각기 ASML의 주식을 보유하고 있는데 인텔도 2021년부터 5나노미터 공정을 사용할 예정이다.

하지만 경쟁사 하나는 이 기술을 사용할 길이 막혔다.

중국의 중심국제집성전로제조유한공사(SMIC)도 이 기계를 발주했으나, 미국 정부가 개입해 SMIC의 제품이 중국군 무기에 사용될 수 있다고 수출을 금지했다.

SMIC의 기술은 아직까지 14나노미터 기술에 머물러 있으며 전문가들은 5나노미터 공정을 마스터하기에는 시간이 더 필요할 것이라고 본다.

리서치 업체 가트너의 분석가 존 에런슨은 심지어 5나노미터 공정을 시도하는 것도 막혔기 때문에 중국의 반도체 개발 야심이 "어려운 상황"에 놓이게 됐다며 "그것이 미국의 의도"라고 말했다.

5나노미터란 대체 무엇인가?

1나노미터는 10억 분의 1m다. 이는 사람의 머리카락이 1초마다 자라는 길이와 비슷하다.

본래 트랜지스터의 크기는 ‘게이트’라고 하는 부분의 폭을 기준으로 측정된다.

그러나 10년 전부터 칩의 디자인 방식이 바뀌어 이제는 나노미터 기준이 특정 부분의 폭과는 무관하게 됐다.

오늘날 ‘5나노미터’라는 표현은 마케팅 용어에 더 가깝다. 똑같은 5나노미터 공정을 사용하더라도 TSMC와 삼성전자가 제공하는 칩은 전혀 다른 성능을 보일 수 있다.

또다른 중국의 반도체 대기업 화웨이도 트럼프 정부의 개입으로 인해 자사의 기린 5나노미터 칩 디자인을 제조할 수 없게 됐다.

그러나 화웨이는 다음에 발표할 메이트 스마트폰에 미국의 제재가 들어오기 전 생산했던 5나노미터 칩 물량을 사용할 것으로 전망된다. TSMC는 9월 미국의 제재로 생산을 중단하기 전까지 화웨이의 기린 칩을 일부 생산한 바 있다.

ASML은 현재 극자외선 공정 기계의 유일한 생산 업체다

더 스마트해지는 스마트폰

5나노미터 공정이 중요한 것은 이로 인해 우리 손 안의 전화기가 더욱 스마트해지기 때문이다.

칩이 발전하면서 과거에는 서버에 보내서 처리를 해야 했던 작업들이 기기 내부에서 처리가 가능해졌다.

이미 인터넷 연결이 없는 상태에서도 음성 녹음을 자동으로 텍스트로 녹취한다거나 사진에서 사람을 인식하는 스마트폰은 존재한다.

이제는 더욱 복잡한 ‘인공지능’ 기능도 가능해진다.

트랜지스터가 더 작아지는 것은 여러모로 도움이 된다. 큰 것에 비해 전력도 덜 소모하는 데다가 더 빨리 작동한다. TSMC는 자사의 5나노미터 칩이 전세대 7나노미터 칩에 비해 동일한 전력을 쓰면서도 속도가 15% 더 빠르다고 말한다.

게다가 칩을 설계할 때 특정 작업을 전담하는 ‘가속기(액셀러레이터)’를 놓을 공간을 더 확보할 수 있게 된다.

커트리스 박사는 “이미지 처리나 오디오 신호 처리, 비디오 인코딩이나 암호화 등의 특정 작업만 수행하는 가속기를 만들어 두면 더 빨리 작업을 처리하거나 기기의 배터리를 더 오래가게 만들 수 있다”고 말했다.

애플은 이미 자사의 A14칩이 머신러닝을 A13에 비해 “최대 10배” 더 빨리 할 수 있다고 주장한 바 있다.

물론 소비자들은 가설에 가까운 속도 향상보다는 실제 사용상의 개선에 더 관심이 많을 것이다.

그러나 향후 5나노미터나 3나노미터 기술이 널리 적용되게 되면 스마트폰 뿐만 아니라 너무 두툼해 보이지 않는 스마트 안경, 한 번 충전으로 더 오래 가는 스마트워치, 그리고 어쩌면 보다 저렴한 자동주행차량도 볼 수 있게 될 것이다.[BBC 뉴스 코리아]