[기고문] 5나노 공정: 4차 산업혁명의 기폭제

삼성전자가 극자외선(EUV, Extreme Ultraviolet) 기술을 기반으로 한 5나노미터 공정의 생산 준비를 마쳤다고 16일 발표했다. 지난해 10월 7나노 EUV의 상용화 발표 이후 이번 5나노 공정 개발을 마치기까지 불과 6개월이 걸리지 않았다. 이토록 빠른 반도체 기술혁신을 달성한 회사의 엔지니어들과 협력회사들의 역량에 경의를 표하지 않을 수 없다.

삼성전자가 첨단 5나노 공정의 기반이 되는 EUV 기술을 생산에 도입한 것은 1년여에 불과하다. 회사는 그동안 매주 수천장에 달하는 웨이퍼에 대해 EUV 노광 작업(반도체 생산용 웨이퍼에 회로를 그리는 일)을 진행하며 기술발전의 속도를 끌어올렸다. 이를 바탕으로 학습에 학습을 더해 EUV 지식을 확장함으로써, 오늘 5나노까지 적용을 확대하는 성과를 도출한 것이다.

복잡한 시스템반도체를 생산하는 파운드리 산업에서 EUV의 강점은 웨이퍼에 회로를 그려 넣는 작업(공정)을 한층 간소화시켜 준다는 것이다. 반도체 설계 전문기업(팹리스, Fabless) 입장에선 칩 디자인 과정이 간단해지고, 전체 마스크(반도체 회로가 새겨진 필름) 숫자 역시 줄어드는 파격적인 혜택을 얻을 수 있다.

이번 5나노 공정기술 확보는 전체 반도체 생태계 관점에서 세 가지 큰 의미가 있다고 하겠다. 첫째 반도체 칩 자체 경쟁력을 획기적으로 끌어올릴 수 있다는 점이다. 5나노 공정기술은 기존 7나노에 비해 칩의 로직 면적은 25%, 소비전력은 20% 각각 낮춰주는 동시에 성능은 10% 높여준다.

둘째, 이러한 강점에도 불구 반도체 업계 투자 비용의 효율성은 한층 높여준다. 5나노 공정 기반 반도체 칩 설계는 7나노 설계 기술과 매우 흡사하다. 반도체 기업들이 추가 투자비용을 최소화하면서 5나노 공정의 이점을 누릴 수 있다는 얘기. 이러한 기술적 진보와 경제적 이점의 조합은 전통적으로 반도체 산업이 공정기술 한계를 극복하는 동시에, 비용을 낮춰 온 역사와 궤를 함께 한다.

셋째, 위에서 언급한 이점들을 바탕으로 4차 산업혁명의 ‘씨앗’이라 할 수 있는 시스템반도체 개발과 생산에서 혁신을 꾀할 수 있다는 점이다. 인공지능(AI), 5세대(5G) 이동통신서비스, 커넥티드(connected) & 자율주행 자동차, 로봇 등 4차 산업혁명은 시스템반도체의 발전에서 출발한다고 해도 과언이 아니다. 각 산업을 구성하는 핵심 제품들이 초소형, 고성능 시스템반도체로 구현되기 때문이다.

7나노 이후 5나노 공정기술을 확보하기까지 6개월의 숨가쁜 여정은 모든 엔지니어들에게 고뇌와 환희가 뒤범벅된 과정이었다. 대규모 투자와 자원 투입, 풀리지 않는 난제와 씨름을 이어온 끝에 오늘의 성과에 이를 수 있었다. 이제 반도체 산업을 구성하는 협력사, 설계 전문 기업들과 함께 4차 산업혁명의 파고를 헤쳐나가기 위해 다시 한번 힘찬 걸음을 내딛고자 한다.