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Intel이 신세대의 CPU" 제8세대 Core"패밀리를 발표했다. 기존의 "Kaby Lake"의 후계가 된 프로세서이다.먼저 투입되는 것은 TDP(Thermal Design Power:열 설계 전력)이 15W의 "U-Series"이지만, 데스크 톱에서 고성능 노트까지 전체 라인 업으로 패밀리로 투입된다.

이번 발표의 제8세대 Core의 제조 프로세스는 Kaby Lake와 같은 "14+"."14++" 아니면 Intel은 설명한다. Coffee Lake는 원래 계획은 내년(2018년)투입될 전망이어서 14++로 되면 예상됐다. 그러나 뚜껑을 열면 적어도 처음의 제8세대는 Kaby Lake와 같은 14+로 3분기 가량 앞당기고 발표됐다.현 시점이라면 14+밖에는 시간이 없게 된다.

이번 제8세대 Core라인 업의 핵심은 최대 40%의 성능 향상. 같은 프로세스 기술로 어떻게 성능을 올리는 것?Intel은 그 때문에 CPU코어 수를 늘렸다. 종래는 2코어였다 U-Series는 4코어로 CPU코어 분의 성능이 올라간다.이번에는 발표되지 않았지만 4코어였다 메인 스트림용 고성능 CPU는 6코어가 될 전망이다.

40%성능을 끌어올린다

성능 향상은 코어 개수의 증가와 설계, 제조 조합

4코어가 된 라인 업

Intel이 이 시점에서 CPU코어 수를 늘릴 수 있는 것은 제조 측면의 변화이다.14nm프로

10nm공정의 Cannon Lake는

이번 제8세대 Core의 발표에서 의문이 나오는 것은 Intel의 차차 세대 CPU"Cannon Lake(캐논 레이크)"일정이다. Intel의 CPU는 Cannon Lake에서 겨우 10nm프로세스가 된다. Cannon Lake는 Intel의 오리지널의 계획에서 지난해(2016년)등장할 터였다. 그러나 현재의 전망은 올해(2017년) 제4분기에 일부가 발표, 본격적인 투입은 내년(2018년)가 될 전망이다.Intel의 10nm칩은 뒤로 뒤로 어긋나고 있다.

옛날 같으면, Intel의 새 프로세스 칩의 투입의 지연이 들으면 우선 새 프로세스 기술의 수율이 의심됐던. 이전에는 프로세스가 미세화하면 팁의 다이 면적이 줄어 그만큼 제조 비용이 뚝 떨어졌다. 그래서 미세화할 수 있게 되면 바로 미세화하는 것이 이론이었다.그래서 미세화하지 않으면 제조상의 문제가 의심됐다.

그런데 현재의 프로세스 기술에서는 이야기는 간단치 않다. 미세화의 준비가 되더라도 미세 프로세스에 제품을 이행하지 않거나 하지 않다는 판단이 있다. 또, 프로세스가 일어서서도 칩의 물리 설계에 시간이 걸리는 경우도 있다.무엇이 문제가 되는가.

가장 큰 이유는 제조 비용이다. 복잡해진 현재의 프로세스 기술에서는 미세화에 의해서 웨이퍼의 처리 비용이 상승한다. 이는, 노광 공정이 복잡하게 되기 때문에 마스크 수나 공정 수가 늘어나기 때문이다. 특히 16/14nm이후에는 이것이 급증하고 있다. 마스크 수가 늘어나면, 수율이 향상에도 시간이 걸린다.즉, 프로세스를 성숙시키는 것도 이전보다 시간이 걸릴 가능성이 있다.

Intel자신도 프로세스의 비용 상승은 인정하고 있으며 이는 업계 전체의 대세다. 이러한 상황에 있으므로 칩의 설계를 그냥 미세화 프로세스에 옮기는 것만으로는, 다이가 작아져서도 제조 비용 측면에서 이점이 희박하다. 그동안은 미세한 새 프로세스가 이용 가능하게 되면 바로 이행해도 비용 면에서 전직이 사라졌다.그러나 지금은 그렇게 단순치 않게 되어 버렸다.

반도체 장치 메이커 ASML에 의한 각 프로세스의 정형화의 복잡도의 비교. 10nm에서는 비상이다.게다가 Intel의 10nm는 위의 슬라이드 7nm에 가까운

Intel의 Investor Meeting의 슬라이드.중앙이 웨이퍼 면적당의 비용으로 상승 곡선이 나온다

회로 설계에 의해서 미세화를 가속하는 Intel

그러나 Intel의 슬라이드를 보면 웨이퍼 면적당의 코스트는 상승하는데, 트랜지스터인당 비용이 감소하고 있다. 왜인가?그것은 Intel이 더 많은 트랜지스터를 칩에 채운 것을 가능하게 하기 때문이다. 보통이라면 1프로세스 세대 미세화하면 약 2배의 트랜지스터를 동일 면적인 다이에 올릴 수 있게 된다.그러나 Intel은 14nm→ 10nm에서는 약 2.7배의 조밀화를 이루려는. 왜 이것이 가능하게 될까.

14nm에서 10nm의 이행은 3년 걸리지만 그만큼 트랜지스터 밀도도 높이려 한 Intel의 슬라이드

트랜지스터의 면적의 지표가 되는 "CPP(Contacted Poly Pitch)×MMP(Minimum Metal Pitch)", 즉 게이트의 간격으로 최소의 배선 간격의 곱으로 보면 Intel의 14nm과정은 70×52nm, 10nm과정은 54×36nm, 면적 비율에서 53%정도, 약 절반밖에 줄어들지 않았다.왜 이로써 3배의 트랜지스터를 쌓을 수 있는가.

Intel의 10nm과정

자세한 내용은 생략하고, Intel은 기본적으로 셀 라이브러리의 회로 설계를 고안함으로써 칩 면적당 트랜지스터 수를 늘리고 있다. 파워 레일을 없애거나 가짜 게이트를 싱글로 한다고 하는 설계다. 또 트랜지스터당의 핀의 수도 최적화하고 있다.이 것은 칩의 물리 설계와 최적화, 검증에 의한 시간이 걸릴 가능성을 나타내고 있다.

Intel셀 라이브러리로 회로 설계 연구

미세화에서는 전력 밀도와 다크 실리콘도 문제가 된다. 트랜지스터의 전력 소비가 미세화만큼 내리지 않으면 전력 밀도가 올랐고 칩 상에서 적극적으로 가능한 면적이 줄어든다.그래서 Intel을 비롯한 각 반도체 업체들은 모두 프로세스의 미세화에 있어서 성능 향상보다 전력 삭감에 초점을 맞춘 개발을 하고 있다.

예전에는 프로세스를 미세화하는 것은 성능/동작 주파수의 향상으로 이어지고 있었다. 그러나 지금은 새 프로세스의 초점이 전력 삭감에 있어 미세화에 의해서 반드시 성능은 향상되지 않는. Intel프로세스에서 말하면, 트랜지스터의 성능에서는 10nm보다 확장판 14nm의 14++과정이 높아진다.다시 말하면 성능 면에서도 미세화의 의의가 얇아 졌다.

프로세스 세대의 성능과 전력의 예측

이러한 기술 배경이 있어 Intel에게 프로세스의 미세화를 서두를 의미는 이전보다 훨씬 풀어졌다. 즉, 현재의 프로세스 기술의 상황에서는 10nm의 Cannon Lake를 서둘러도, 별로 맛이 없다.또, 로드맵에서는 Intel의 Cannon Lake는 14nm의 Coffee Lake와 당분간 병존하지만 이 이유도 마찬가지다.

다른 화웅다리과 프로세스 기술의 차이

그렇다고 다른 반도체 메이커를 보면 올해부터 10nm칩을 순조롭게 내보내는 것으로 보인다. Samsung도 TSMC도 이미 10nm칩을 냈으며, 다음 달로 보는 차세대 iPhone도 TSMC의 10nm과정이라고 한다.10nm과정을 미끄러져GLOBALFOUNDRIES를 제외하면 10nm제품 출하는 나름대로 순조롭게 진행되면서 Intel이 뒤늦게 보인다.

Samsung의 10nm는 학회 발표의 것으로 실제로는 이보다 피 차 크기가 크다는 분석 보고서도 있다.Samsung과 GLOBALFOUNDRIES의 EUV판 7nm의 수치는 학회에서 IBM과 공동으로 발표한 연구 결과의 것으로 실제 제품이 다를 수 있다
PDF판은이쪽

이는 Intel과 다른 화웅다리으로 프로세스의 노드 이름과 피 차 크기에 차이가 있기 때문이다. 간단히 말하면, Intel의 프로세스가 크기가 작아 출범이 어렵다. 비교하면 위의 그림과 같다. 화웅다리의 20nm는 마침 Intel의 22nm와 14nm사이의 사이즈였다. 그런데 16/14nm에서 비뚤어지기 시작한다. 화웅다리의 10nm은 Intel의 14nm와 10nm사이의 사이즈가 되어 있다.이 관계를 간이 하는 것이 아래의 그림이다.

7nm이후에는 추정
PDF판은이쪽

Intel의 10nm는 실질적 다른 화웅다리의 비 EUV판 7nm과정 정도의 사이즈로 그만큼 양산 시작의 장벽이 높다. 오히려 Intel은 화웅다리들보다 앞섰다.Intel은 피 차 크기를 매 세대 절반 수준으로 축소됐고 Intel노드의 숫자가 가장 피 차 크기의 비율에 충실하다.

현재 Intel이외의 화웅다리는 프로세스의 피 차 크기 축소를 어느 정도 약화시킴으로써 프로세스의 미세화를 가속화하고 있다. 대략적인 로드맵은 다음과 같다. 화웅다리의 7nm의 핵심은 액침노광판과 EUV판 2버전이 있는 것으로, 그래서 미세화의 스텝이 1단 늘고 있다.EUV에서 칩 제조는 리스크 생산이 내년(2018년), 볼륨 양산이 2019년의 전망으로, 거기에서 EUV를 사용하는 로직 프로세스의 손발이 맞을 전망이다.

Intel의 7nm이후의 과정은 현재 스케줄이 흐릿하다
PDF판은이쪽

그러고 보면 Intel은 10nm운동 세대도 오래 지속될 것이 예상된다.이미 Cannon Lake의 다음"Ice Lake(아이스 레이크)"도 준비하고 있지만 프로세스 세대마다 3~4세대 CPU가 교체하는 것이 향후 Intel의 트렌드가 될 것 같다.




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