7nm, 5nm, 3nm는 단순한 숫자가 아니다. 반도체 공정 미세화의 의미와 GAA, EUV, FinFET 등 핵심 기술을 쉽게 정리한 포스트.
스마트폰이나 컴퓨터의 성능이 나날이 발전하면서 우리는 흔히 7나노(nm), 5나노, 3나노와 같은 반도체 공정 단어들을 접하게 됩니다. 하지만 이 숫자가 정확히 무엇을 뜻하는지, 그리고 왜 이처럼 작아지는 것이 중요한지를 정확히 아는 사람은 많지 않습니다. 이번 글에서는 반도체 공정 미세화의 핵심 원리와 실제 의미, 최신 기술 트렌드까지 쉽게 정리해보겠습니다.
1. nm 단위는 무엇인가?
nm(나노미터)는 1미터의 10억 분의 1을 의미하는 단위입니다. 반도체에서 말하는 '7nm 공정'은 과거에는 트랜지스터의 게이트 길이를 나타냈으나, 최근에는 마케팅적인 요소로 바뀌어, 실제 물리적 치수와 일치하지 않는 경우도 많습니다.
즉, 현재의 5nm, 3nm라는 표현은 논리밀도, 성능, 전력 소비를 기준으로 삼은 상대적 표현입니다.
2. 공정 미세화가 중요한 이유
- 더 많은 트랜지스터 집적 가능: 동일 면적에 더 많은 회로 설계 가능
- 전력 소비 감소: 회로 간 거리가 짧아져 전류 손실 감소
- 속도 증가: 스위칭 속도가 빨라지고 발열이 감소
공정이 미세할수록 칩의 집적도와 성능은 올라가고 전력 효율도 향상됩니다. 이것이 바로 무어의 법칙이 계속해서 유지되어 온 핵심 이유입니다.
3. 주요 반도체 기업의 공정 노드 비교
각 반도체 제조사마다 공정 노드 정의가 다릅니다. 예를 들어, 삼성의 5nm 공정과 TSMC의 5nm는 성능과 밀도에서 차이가 있으며, 인텔은 'Intel 7', 'Intel 4' 등 자체적인 명명 방식을 사용합니다.
| 기업 | 공정 명칭 | 실제 특징 |
|---|---|---|
| TSMC | N7, N5, N3 | iPhone, AMD 주요 칩 생산 |
| 삼성전자 | 5LPE, 3GAP | 게이트 올 어라운드(GAA) 공정 도입 |
| Intel | Intel 7, Intel 4 | 과거 10nm → 명칭 변경 |
이처럼 각 기업은 트랜지스터 밀도, 전력 효율, 수율 등을 기준으로 독자적인 공정 브랜드를 운영합니다.
4. GAA, FinFET – 공정의 형태 변화
FinFET는 3차원 구조의 트랜지스터로, 게이트가 측면과 상단을 감싸 더 좋은 제어력을 제공하는 방식입니다. 22nm부터 도입되었으며, 현재까지 대부분의 공정에 사용됩니다.
GAA(Gate-All-Around)는 FinFET보다 진보된 구조로, 게이트가 채널을 모든 방향에서 감싸기 때문에 전류 제어와 누설 전류 억제에 매우 유리합니다. 삼성은 세계 최초로 3nm 공정에 GAA를 적용했습니다.
5. 공정 미세화의 한계와 EUV 기술
10nm 이하 공정에서는 기존의 DUV(Deep UV)로는 패터닝이 어려워, EUV(Extreme Ultraviolet)라는 13.5nm 파장의 광원을 사용하는 리소그래피 기술이 도입됩니다. 이는 더 정밀한 회로를 구현할 수 있게 해주지만, 고가 장비와 낮은 수율 문제로 인해 생산 기술력이 핵심이 됩니다.
ASML의 EUV 장비는 전 세계에서 독점 생산 중이며, TSMC, 삼성, 인텔 등 모든 선도 기업이 이를 도입하고 있습니다.
6. 공정 vs 아키텍처 – 성능의 양면
공정 미세화는 하드웨어적인 물리적 성능 향상을 의미하지만, 실제 성능은 CPU/GPU 아키텍처 설계와의 조합으로 결정됩니다. 따라서 동일한 5nm 공정이라 해도 칩의 설계에 따라 성능과 전력 효율은 달라질 수 있습니다.
7. 작아질수록 강해지는 이유
반도체 공정의 숫자는 단순한 마케팅 수단이 아닌, 전력 효율, 성능, 열 관리 등 시스템 전반의 완성도를 결정짓는 핵심 요소입니다. 앞으로도 3nm, 2nm, 나노시트 구조 등 더 미세하고 정밀한 공정이 도입되면서, 반도체 성능은 더욱 향상될 것입니다. 작아지는 것은 결국 더 똑똑하고, 더 강력해진다는 의미입니다.
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