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Nikkei X-TECH_2023.7.27

TSMC, 차세대 반도체 전략 설명
생성 AI 대응 및 차량용 등 요점 5가지

대만의 TSMC(臺灣積體電路製造)는 6월 30일, 언론을 대상으로 요코하마(橫浜) 시에서 개최한 기술 설명회에서 반도체 기술의 로드맵과 주력 분야에 대해 설명했다. 주력은 2025년 양산 예정인 2nm세대 프로세스 반도체와 생성 AI(인공지능)에 대응한 패키징 기술 등이다.

이번 설명회에서는 TSMC 비즈니스 개발 담당인 장(張) 시니어 바이스 프레지던트와 TSMC 재팬의 오노데라(小野寺) 대표이사가 연단에 올라 차세대 반도체 개발 상황과 일본에서의 활동을 소개했다. 그 내용 가운데 주목할 만한 5가지 포인트를 소개한다.

① 2nm 세대에서 소비전력 30% 절감
TSMC는 차세대 반도체 기술인 2nm세대 프로세스를 개발하고 있으며, 계획대로 2025년의 실용화를 목표로 하고 있다. 현재 최첨단 반도체인 3nm세대 프로세스와 비교해 2nm세대는 연산 성능이 최대 15% 향상되고 소비전력은 30% 절감할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

장 시니어 바이스 프레지던트는 “현 시점에서 2nm세대 개발은 순조롭게 진행되고 있으며, (2nm세대 설계에서 채택되는) 나노시트 디바이스의 성능은 목표의 80%를 달성했다. SRAM의 평균 수율(양품률)은 50% 이상이다”라고 말했다. AI 및 고성능 컴퓨팅(HPC)용 반도체에서는 계산량이 증가함에 따라 에너지 효율 개선이 요구되고 있다고 한다.

② 와이파이 7용 RF 반도체 기술 개발
TSMC는 최신 무선통신용 반도체 기술에 대해서도 소개했다. 현재 최신 기술인 6nm세대 고주파(RF) 프로세스 ‘N6RF’는 16세대 프로세스 ‘16FFC’ 대비 소비전력을 49% 줄일 수 있었다고 한다.

올 후반에 투입 예정인 4nm세대 고주파 프로세스 'N4PRF'는 N6RF와 비교해 동일한 성능으로 로직 밀도를 1.77배로 높이고 로직 전력은 45% 절감할 수 있다고 한다. TSMC는 N4PRF의 적용처로 차세대 와이파이 규격인 와이파이 7 등을 상정하고 있다.

③ 생성 AI에 3차원 구현으로 대응
TSMC는 3차원(3D) 구현 기술의 총칭인 ‘TSMC 3DFabric’을 생성 AI용 반도체 등에 응용할 전망에 대해서도 소개했다. 이것은 여러 다이(패키징하기 전의 칩)를 효율적으로 배치 및 접속해 칩 전체의 성능을 높이는 기술이다. HPC 등에 이용된다. 이른바 2.5D 구현 기술인 ‘CoWoS(Chip On Wafer on Substrate)’가 생성 AI의 계산 등에 적용될 수 있다고 밝혔다.

장 시니어 바이스 프레지던트는 모바일용 FOWLP(Fan-out wafer-level packaging) 기술인 ‘InFO(Integrated Fan-Out)’ 등도 소개하면서 “시스템 전체에서 높은 성능을 낼 수 있도록 유연하게 제안해나갈 것”이라고 말했다. TSMC는 3DFabric의 요소 기술로 마이크로범프(Micro Bump, 돌기 모양의 접속 전극)과 접속 기술을 예로 들었다.

④ 3nm세대 차량용 반도체의 조기 개발을 목표로
TSMC는 2026년 생산을 개시할 예정인 차량용 3nm세대 프로세스 'N3A' 반도체를 2024년부터 설계할 수 있도록 할 계획이다. 이 차량용 반도체 프로젝트의 명칭은 ‘N3AE(Auto Early)’. 올 후반에 제공할 예정인 ‘N3E’ 프로세스를 차량용으로 발전시킨 것이다. 자율주행 실현을 위해 AI 등은 필수적인 요소 기술이며, 이것들을 계산하는 차량용 반도체의 성능 향상은 반드시 필요하다.

N3AE의 PDK(Process Design Kits)를 이용하면 빠른 단계에서 3nm세대 프로세스에 대응하는 차량용 SoC(System on Chip)를 설계할 수 있다. 사전에 3nm세대 SoC를 설계해두면 2026년 N3A 생산이 개시되는 타이밍에 실전 설계로 조기에 전환할 수 있다는 이점이 있다.

⑤ 일본의 45개 대학과 연계해 인재 육성 지원
TSMC에 따르면, 최근 일본 업체들로부터 자사의 반도체 제품에 대한 문의가 증가하고 있으며, 그 가운데에서도 자동차와 모바일 기기, 산업기기, 민생품 등, 커스텀 반도체 제품의 비중이 높다고 한다.

2022년 일본 시장의 매출 규모는 38억 달러(약 5,300억 엔)로, 2010년(6억 달러) 대비 6배 이상으로 확대되었다. 오노데라 대표이사는 “지역 별로 보았을 때 일본은 가장 성장률이 높은 지역”이라고 설명했다.

또한, 일본 내 45개 대학과 연계해 차세대 반도체 인재를 육성하는 활동도 소개했다. TSMC는 올해부터 대학의 학생과 연구자를 대상으로 교육 프로그램 'TSMC University FinFET Program'을 제공하고 있다. TSMC가 가진 FinFET(Fin Field Effect Transistor) 설계 자료 등을 제공해 16nm와 7nm세대 프로세스 기술을 연구에 유용하게 활용할 수 있도록 하고 있다고 한다.

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