1. 반도체 트렌드
(1) 반도체 기술 추이 (경량화, 저전력)
#1. 전자 제품의 덕목과 반도체 제품의 관계
- 고성능 : 고속/저전력 동작
- 저비용 : 집적화
- 편의성/휴대성 : 소형화/미세화
- 심미성 : 큰 관계 없음(소형화/미세화)
#2. 반도체 제품의 발전 방향
- 설계 구조 개선 : 고속/저전력 동작
- 신물질/신구조 개발 : 고속/저전력 동작
- Scale down : 고속/저전력 동작, 집적화, 소형화/미세화
ㄴ 반도체 제품을 작게 만들기 위해 소자도 작게
#3. 반도체 기술 트렌드
@반도체 소자 개발 추이
- 1948 : 기계식 스위치(윌리엄 샤클리, 존 바딘, 월터 브레튼)
- 1951 : BJT(전자식 스위치) -> 집적회로 가능해짐 (윌리엄 샤클리)
- 1960 : MOSFET(강대원 박사님)
- 1980s : IC(Integrated Circuit, 집적회로) 시대
- 2000s : VLSI(Very Large Scale Integration) 시대
- 2010s : ULSI(Ultra Large Scale Integration), SoC(System on a chip) 시대
ㄴ SoC : 과거에 CPU, GPU가 따로 있었다면, SoC 1개의 칩에 시스템이 들어가있는 것
@Gate Length (MOSFET의 Gate 폭의 길이) 변화
- 1960년에 6um 부터 시작 => 2000s 초에 180nm
- 현재 시점 : 20nm
@ Memory Size
현재 : DRAM 기준, 64G
@동작 전압
현재 : DDR5 기준 1.1V
@Moore's Law
정의 : 집적회로의 반도체 밀도는 2년에 2배씩 증가한다는 법칙
한계 : 2011년부터 단일 회로의 성능 개선 포화
2016년, 반도체 업계에서 공식적 폐기 선언 (하단 설명 참고)
(1) 물리적 이유 : Scale down -> 발열 문제 -> 성능과 신뢰성 trade off
(2) 경제적 이유 : Scale down -> Scale down으로 설비 비용 증가 + 수요 종류 다양화로 인한 설비 비용 증가
=> 무어의 법칙 한계에도 Transistor 수는 증가(=Scale down)
@면적 측면에서 성능
각 반도체 제조사(intel, samsung, tsmc 등)는 각자 자기들이 면적 측면에서 우세하다. 주장
ASML -> 면적 측면에서 성능을 판단하는 기준 제시
ASML Standard node = 0.14*(CPHP*MMHP)^0.67 : 대충 비슷함
@Moore's Law 이후 : More than Moore
(1) More Moore
- Scale down (=Scaling) 노력 지속
- 공정기술 뿐 아니라 소자 구조의 변화 추구 (finFET, GAA 등)
(2) More than Moore
- Scaling 외 다양한 방향으로 반도체 개발 접근(Scaling이 전부는 아님)
- 다양한 Application 개발로 Legacy 공정 수명 연장 (다양한 어플리케이션으로 옛날 공정으로도 가능한 걸 찾자!)
ㄴ 아날로그 제품, 자동차용, 센서 등 : 굳이 최선단 노드X, scaling으로 인해 발생하는 성능 신뢰성 저하 문제 -> 오히려 적합하지 않음)
- 3D 적층 구조를 통한 성능 개선
(3) Hwang's Law
- 메모리의 용량은 1년에 2배씩 증가한다는 법칙
- 3D NAND 개발로 법칙 연장
@ Lithography Trend
- 미국 반도체 산업 협회(SIA)에서 주도한 반도체 기술 동향 예측 : ITRS(~2015), IRDS(2017~)
(1) Lithography (2015년 ITRS에 따른 내용)
- 현재 반도체 기술 발전의 병목점 (병목점 : 어떤 프로세스나 시스템에서 흐름이 원활하게 진행되지 못하고 정체되는 지점)
- 무어의 법칙, 황의 법칙 포기의 가장 큰 원인
- Scaling을 이어나가기 위해 꾸준한 기술 개발 필요
(2) Lithography challenge on ITRS Roadmap
- EUV 등의 새로운 lithography 기술의 필요성 대두 (2020) -> EUV를 응용한 Multi-Patterning 필요 (2023)
- 대구경(High-NA) EUV 설비의 양산화 (2025 예상)
=> EUV는 로직 공정에서만 사용되었지만 이제는 메모리 공정에서도 사용 => EUV 설비 수급의 필요성
(2) 반도체 공정 비용 증가
@Moore's 2nd Law (or Rock's Law)
- 4년마다 반도체 공장 비용 2배씩 증가 : 무어의 법칙처럼 둔화됨
- 현재 : 단일 공장 기준 최대 비용이 30조원 이상으로 예상(삼성전자 평택캠퍼스 P3 라인)
