TSMC 28nm 공정.

찾아본 김에 정리용으로 작성.

TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)
세계 최대규모의 파운드리(foundry) 업체.
설계만을 하는 업체(팹리스, fabless)에서 설계한 반도체를 생산, 공급해준다.

매출 규모 등에서 파운드리 업체 중 유일하게 세계 10위권에 드는 업체이다.
(압도적인 1,2위는 인텔, 삼성이다.)

수많은 업체들이 TSMC에 생산을 위탁하지만, 대표적인 케이스는 다음 정도다.
AMD의 일부 APU와 gpu
엔비디아의 gpu
TI, 퀄컴의 AP
심지어 인텔도 일부 칩셋의 생산을 위탁한다.

이런 영향력때문에 TSMC의 공정미세화의 진행상태는 IT업계 초유의 관심사이다.
(각 업체의 공정미세화에 대한 관심도 만만치 않지만 말이다.)

TSMC에서 공정개발이 순조롭지 않을 때, 어떤 상황이 발생하는지를 여실히 보여준 것이,
40nm 공정 불안정 사태였다.
TSMC의 불안정한 수율로 인해 AMD는 40nm 제품공급에 차질을 빚었고, 그로 인해 55nm 제품 생산 스케줄이 연장되는 지경에 이르렀다. (엔비디아에 라인을 몰아준 것도 어느정도 영향을 끼치긴했지만......)
엔비디아는 울며겨자먹기로 GF100을 내놓을 수 밖에 없었고, 엄청난 소비전력과 발열로 인해 사람들의 입에 오르내리게된다.
(안 좋은 쪽으로 말이지...... 그 와중에도 이걸 싸고 도는 엔등이가 있다는게 놀라울따름이었지만......)
GTX500 계열이라는, 제대로 된 40nm 제품을 내놓기까지 엔비디아는 6개월이 추가로 걸렸다.

45nm 공정을 사용하는 퀄컴의 스냅드래곤, TI의 OMAP 제품은 10년 2,3분기에서야 제품이 나오는 지경.
40nm gpu 사용제품(HD4770)이 09년 4월에 출시된걸 생각하면 엄청나게 느린 것이다.

이런 일련의 사태로 인해서 희대의 명언이 생기게되었으니......

이게 다 TSMC 때문이다.  -_-;;

AMD, 엔비디아의 제품 출시가 늦어지는 것,
퀄컴, TI 등 차기 AP 출시가 늦어지는 것,
등등
소비자와 밀접한 제품들이 죄다 TSMC에 좌지우지되는 상황인 것이다.

32nm 를 건너뛰고 바로 28nm 공정을 개발하기 시작한 TSMC
하지만 그것도 그렇게 수월하지는 않았으니......
스케줄은 점점 늦어지고, 덩달아 차기 제품들의 출시는 언제 가능할지도 미지수.
덕분에 40nm 하이엔드 그래픽카드는 유래없는 현역으로의 수명을 겪을 것으로 보인다.

(클럭은 AP기준으로 절대적인 수치는 아님)

TSMC의 28nm 공정 종류.
(28nm 이전에도 반도체의 요구조건에 따른 여러가지 공정이 존재)

- 28HP
고비용 고성능(고클럭), 전력대비성능 최대, HKMG (High-K Metal Gate),
(그래픽카드같은) pc용 고클럭 제품 대상
- 28LP
저비용 저성능 저전력, AP 제품 대상, TSMC는 여기에 HKMG대신 SiON(실리콘 옥시나이트라이드) 적용.
- 28HPL
HKMG 채용으로 누설전류 감소. 성능, 비용, 전력이 HP, LP 중간.
- 28HPM
HPL급의 소비전력에 HP급의 성능을 위한 것으로 보임. 여기서는 관심 밖이다.

45nm이하 공정에서 HKMG 도입은 필수이다.
미세공정에서 HKMG 공정이 어느 정도로 강력한지를 보여준 것이 인텔의 45nm 공정이었다.
전통적인 SiON 65nm 공정의 콘로와 HKMG 45nm 공정의 펜린의 차이는 단순한 공정미세화의 수준을 뛰어넘은 것이었다.
특히 최대 5배 가까운 누설전류 감소, 30%의 스위칭 전력 감소는 혁신적이라 할 정도로 소비전력 감소를 가져왔다.
데스크탑 cpu의 소비전력이 모바일 cpu 부럽지 않을정도로 소비전력 감소는 엄청났다.
여유로워진 소비전력 제한덕에 가능해진 고클럭, 고성능은 덤이었다.
오죽하면 타임지는 07년 6대 혁신적인 발명품에 펜린을 포함시켰을까.
인텔의 HKMG 공정은 기존의 반도체 제조 공정의 상식을 뒤엎는 성향이 있기도해서, 대학에서 교수들이 일부러 언급을 피했다는 소리까지도 있었다.
(물론 나는 이 얘기를 헛소문이라고 본다. 해당 분야에 능통한 교수들이 혁신을 주도하기는 커녕 후학들에게 쉬쉬한다는건 상상조차 할 수 없는 일이다.)

물론 32nm SOI HKMG 공정의 라노의 예에서 알 수 있듯이, HKMG 공정이 무조건적인 소비전력 감소를 보장하는건 아니다.
하지만 (실제로 필요하든, 인텔이 실제로 증명해냈기때문이든 간에) 45nm 이하의 미세공정에서 HKMG는 최선의 선택이 되었다.
(내가 모든걸 정확히 아는건 아니기 때문에 하는 말이지만) 물론 다른 방법이 있을지도 모른다.
AMD는 HKMG 대신 이머젼 리소그래피를 이용해 45nm 제품을 생산하기도 했다.
(32nm에서는 결국 HKMG를 쓸 수 밖에 없었다.)
TSMC는 고생이 있었지만 어찌되었건 HKMG없이 40nm 공정을 완성했다.
 
인텔이 닦아놓은 가능성을 두고 다른 길을 선택할 여유를 부릴만큼 반도체 사업이 자본과 시간의 여유가 많은 사업이 아니다.
어떤 이유에서건 대부분의 파운드리에서 HKMG 공정 개발에 경쟁적으로 나서고 있는 것이 현실이다.


공정에 따른 예측.

- 모바일 AP
현재로 퀄컴과 TI는 TSMC의 28LP를 사용할 것으로 알려져있다.
엔비디아의 테그라도 같은 공정을 사용할 것으로 보이지만 확실하지는 않다.
현재로 엔비디아는 차기 테그라(쿼드코어)에 40nm 공정을 사용하기로 했다.
28nm를 마냥 기다릴 수는 없었나보다.

모바일 AP인 이상 LP 이외의 선택은 어려울 것으로 보인다.
문제는 SiON 방식이라는 것.
누설전류 문제에 대한 대책이 전무하다.
대기 상태와 로드 상태를 가리지 않고 존재하는 것이 누설전류인데, (물론 원인이 동일한건 아니다.)
모바일 제품에 있어서 누설전류를 방치한다는건 무모해보이기도 하다.
물론 45nm 공정때보다야 낫다면 그걸로 괜찮을지도 모른다.

문제는 AP제조에서 경쟁 업체인 삼성이 28nm/32nm LP HKMG 개발이 완료되었고, 양산 준비 중이라는 것.
(IBM, 삼성, GF, STM이 연합해서 개발한 것이긴 하지만......)
삼성은 기존에도 AP 제조, 파운드리 사업을 하고 있었지만, 스마트폰 시장이 확대되자 집중 투자,
허밍버드(갤럭시s 탑재), A4(애플)의 생산을 기점으로 모바일 AP의 강자로 급부상.
퀄컴, TI 에 이어 점유율 3위를 기록 중이다.
특히 메모리 생산에서 보여주던 압도적인 양산능력을 모바일 AP에서도 보여주었다.
애플의 엄청난 주문량을 감당할 수 있는 업체는 삼성말고는 찾기 힘들다는게 중론. (잘해야 TSMC정도)

이 때문에 성능과 소비전력때문에 삼성 AP말고는 기대를 말아야겠다는 반응도 있고,
탈삼성을 목적으로 차기 칩셋(A6)의 생산을 TSMC에 맡기기로한 애플에 대해 제대로 물건이나 받겠냐는 부정적인 전망이 많다.

물론 뚜껑을 열어봐야 확실한 것이겠지만 현재까지의 정보를 놓고 따지면 그렇다는 것.


- AMD와 엔비디아의 gpu
어디까지나 루머이지만 엔비디아와 AMD는 차기 gpu를 서로 다른 공정에서 제조할 것이라는 전망이 있다.

전통적으로 양사 모두 HP 공정을 사용했다.
하지만 TSMC의 28nm HP 공정이 늦어짐에 따라 AMD는 HPL 공정을 사용할 것이라는 전망이다.
하지만 엔비디아는 HPL 공정을 이용하는게 불가능할 것이라는 것이다.

이는 엔비디아와 AMD 제품간의 아키텍쳐 차이에서 기인한다.

엔비디아는 gpu클럭 x2 = 쉐이더클럭 인 구조이다.
반면, AMD는 gpu클럭 = 쉐이더클럭 이다.

즉, 엔비디아 제품은 기본적으로 1.4~1.6GHz 로 동작하는 고속칩이고,
AMD 제품은 1GHz 이하(800~900MHz)로 동작하는 (상대적인) 저속칩이다.

(HP에 비해 상대적으로) 저전력 저성능(=저클럭) 타겟인 HPL 공정에 AMD는 적용 가능하지만,
엔비디아는 HP 공정만이 가능하다는 것.

여기서 문제가 되는 것은, HP 공정 양산보다 HPL 공정 양산이 빠를 것이라는 것이다.
(자일링스, 알테라 등이 TSMC의 28nm HPL 공정을 사용한다고 발표한 것으로 보아 HP보다 HPL 공정이 먼저 사용가능하다는건 확실한듯하다.)
28nm HP 공정은 HPL 보다 6개월은 늦을 것이고, 그 때문에 엔비디아는 차기 제품인 케플러를 내년 1분기로 연기한 것이라는 주장.

요약하면,
AMD의 28nm 공정 최초 제품은 HPL 공정제품으로 늦어도 11년 4분기 출시.
엔비디아는 HP 공정 제품으로 12년 1분기에야 출시 가능.

저 예상, 주장이 맞다면,
올해 안에 AMD는 28nm 제품을 출시한다. 물론 이 제품은 하이엔드 제품이 아닐 가능성이 높다.
아무리 상대적으로 클럭이 낮더라도 하이엔드 제품에는 HP 공정이 필요할듯.
하지만 엔비디아는 내년 1분기는 되어야 28nm 제품 출시가 가능하다.
그렇다고 AMD가 불리해지는 것도 아니다.
그 때가 되면 AMD도 HP 공정을 이용한 하이엔드 제품이 나올 것이지 않은가.

TSMC의 40nm 공정 사태를 통해서, AMD는 어려운 상황에서 나름 최신 공정에 대한 적응력이 있음을 보여주었지만, 엔비디아는 AMD보다 6개월이나 더 걸리는 모습을 보여줬다.
누가봐도 28nm 에서 AMD쪽의 안정화가 빠를 것이라는 예측이 가능하다.
(애써 그럴 가능성을 부정하는 사람들도 있지만 말이다. 물론 실제로 어떨지는 두고볼 일이다.)
즉, 엔비디아가 제품이 나오는데 AMD가 같은 공정 제품이 안 나올리가 없다는 말이 된다.

이런 예측은 나온지 좀 된 AMD의 차세대 28nm 출시 루머와도 어느 정도 일치한다.
(최초 출시는 11년 늦은 2분기나 3분기에 출시, 하이엔드 제품은 12년 1분기 예정.)

28nm 공정 제품에서는 AMD가 선수를 치고, 엔비디아가 열세를 극복하기 위해선 하이엔드 싸움에서 무조건 이겨야하는 상황이 된다.
(써놓고 보니 40nm 공정 때와 상황이 비슷하다. 6개월이라는 시간도 그렇고.)



이 모든건 다 예측일뿐 실제 어떻게 돌아갈지는 아무도 모른다.
관계자들은 알고 있으려나?ㅋ
하다못해 28nm 개발 일정만 더 밀려도 바뀌는게 많을 것이다.

소비자 입장에서 이런게 무슨 소용이냐 싶기도 하다.
그냥 좋은 제품을 잘 가려서 사기만하면 그만인 것을......