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삼성전자, 14nm ‘엑시노스7’ 양산 시작

2015.02.16

삼성전자가 14nm 공정의 모바일 프로세서 양산에 성공했다. 삼성전자는 반도체의 전류를 열고 막는 게이트를 3차원으로 설계한 3D 핀펫 공정을 도입하면서 14nm 프로세서의 양산에 들어갔다고 밝혔다. ARM 프로세서 업계에 20nm 공정이 도입된다는 이야기가 나온 지 이제 2년이 막 넘었는데 업계는 또 다시 새로운 공정을 준비하고 있다.

삼성전자가 14nm 공정으로 만든 프로세서는 기존 20nm 공정 프로세서에 비해 성능이 20% 높아졌고, 소비전력은 35% 내려갔다. 삼성전자는 생산성을 30% 끌어올렸다고 밝혔다. 물론 공정을 미세하게 만든 것이 직접적으로 성능을 끌어올리는 건 아니다. ‘엑시노스7’부터는 아키텍처가 ARM v8로 바뀐다. 또한 공정을 미세화하면 소비전력과 발열이 줄어들고, 이 때문에 전반적인 작동 속도를 높일 수 있게 된다. 복합적인 기술을 더하면서 프로세서가 빨라지는 것이다.

Exynos7_Octa

특히 요즘 ARM 프로세서 업계는 성능을 올리는 것 외에도 게임처럼 높은 프로세서 성능을 꾸준히 요구하는 작업에서 열 문제가 이슈가 되고 있다. 열이 나면 안정성을 높이기 위해 작동 속도를 끌어내리는 쓰로틀링이 일어나기 때문이다. 게임이 돌아가는 동안 꾸준히 성능을 유지하는 것이 관건인데 이 역시 공정 미세화가 답이 될 수 있다.

현재 마이크로 프로세서를 14nm로 양산을 시작한 회사는 삼성전자가 두 번째다. 인텔은 지난해부터 14nm로 코어 프로세서를 양산하기 시작했다. 인텔은 이미 핀펫 공정 기술을 갖고 있었지만 구조가 복잡한 x86 프로세서에서 14nm의 장벽은 매우 높았다. 삼성전자는 ARM 계열 프로세서로서는 처음으로 14nm 프로세서를 찍어낸 회사다.

또한 삼성전자는 14nm 공정 ARM 프로세서 중에서는 처음으로 핀펫 기술을 도입하기도 했다. 삼성전자를 비롯해 아직까지 나온 ARM 프로세서들은 20nm 공정까지도 평면 구조로 설계됐다. 평면 구조 반도체는 반도체 초기부터 이어져 온 설계 방식이다. 하지만 공정을 미세화할수록 전류가 완전히 차단되지 않고 누설되는 양이 많아진다. 이는 전력 효율을 떨어뜨리고, 열을 내는 원인으로 꼽힌다.

그간 반도체 기업들은 특수 소재를 이용해 전류 누설을 막기도 했는데, 32nm 이하 공정에서는 게이트를 3D로 만드는 기술을 도입하고 있다. ARM 기반 프로세서는 삼성전자가 14nm에서 첫 테이프를 끊었고, 이후 다른 기업들도 14nm를 도입할 계획이기 때문에 3D 핀펫 설계가 꼭 필요하다.

삼성전자가 14nm 공정을 도입하는 수혜는 삼성전자만 입는 게 아니다. 애플도 올해 신제품에 쓰일 A9 프로세서에 삼성전자의 14nm와 TSMC의 16nm 공정을 놓고 검토중이다. 최근에는 애플이 삼성전자를 통해서 프로세서를 찍어낼 것이라는 이야기가 나오기도 했다.

퀄컴도 스냅드래곤 820 프로세서에 14nm 공정을 도입할 전망이다. 퀄컴은 스냅드래곤810의 발열 문제로 구설에 올랐는데 공정 개선을 통해 문제점들을 풀어낼 계획이다.

삼성전자는 3차원 V낸드 플래시 메모리를 찍어내는 등 대부분의 미세 공정에 3차원 기술을 더하고 있다. 14nm 공정으로 생산되는 첫 프로세서는 ‘엑시노스7 옥타’ 시리즈다. 이 프로세서는 ‘갤럭시S6’에 쓰일 것으로 지목되던 것이다. 갤럭시S6는 3월1일 스페인 바르셀로나에서 MWC(월드모바일콩그레스)를 통해 공개된다. 동시에 이 발표회는 삼성전자의 첫 번째 14nm 프로세서의 데뷔 무대도 된다.

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프리랜서 IT 컬럼니스트, 기술과 사람이 더 가까워질 수 있는 이야기를 담고 싶습니다. e메일 work.hs.choi@gmail.com