[디지털타임스 김민주 기자] 삼성전자는 업계 최초로 7나노 EUV(극자외선) 시스템반도체에 3차원 적층 패키지 기술인 'X-큐브(eXtended-Cube)'를 적용한 테스트칩 생산에 성공했다고 13일 밝혔다. 이로써 삼성전자는 최첨단 EUV 초미세 전공정뿐 아니라 후공정에서도 첨단 기술 경쟁력을 확보하면서 '시스템반도체 비전 2030' 달성에 한 걸음 더 가까워졌다.
X-큐브는 전공정을 마친 웨이퍼 상태의 복수의 칩을 위로 얇게 적층해 하나의 반도체로 만드는 기술이다. 시스템반도체는 일반적으로는 CPU(중앙처리장치)·GPU(그래픽처리장치)·NPU(신경망처리장치) 등 역할을 하는 로직 부분과 캐시 메모리(Cache memory) 역할을 하는 S램(SRAM·Static Random Access Memory) 부분을 하나의 칩에 평면(2차원)으로 나란히 배치·설계한다.
캐시메모리는 자주하는 작업이나 동작을 저장해두는 임시기억공간이다. 주기억장치인 D램을 통하지 않고서 빠른 작업을 가능하게 한다.
칩을 평면이 아닌 위로 여러층 적층하면 단위 면적당 저장 용량을 극대화할 수 있어, 반도체 업체들은 고성능 시스템반도체 수요 증가에 대응한 3차원 적층 기술 개발에 주력하고 있다.
X-큐브 기술은 로직과 S램을 단독으로 설계해서 위로 적층하면서 전체 칩 면적을 줄인다. 이에 따라 고용량 메모리 솔루션을 장착할 수 있어 고객의 설계 자유도를 높일 수 있다. 또한 실리콘관통전극(TSV) 기술을 통해 시스템반도체의 데이터 처리 속도를 향상시키고 전력 효율도 높일 수 있다. 이외에 위아래 칩의 데이터 통신 채널을 고객 설계에 따라 자유자재로 확장하고 데이터 처리 속도를 극대화할 수 있다는 장점도 있다.
이 기술은 슈퍼컴퓨터·인공지능·5세대 이동통신(5G) 등 고성능 시스템 반도체를 요구하는 분야는 물론 스마트폰과 웨어러블(wearable) 기기의 경쟁력을 높일 수 있는 핵심 기술로 활용될 것으로 기대된다.
글로벌 팹리스(반도체 설계회사) 고객은 삼성전자가 제공하는 X-큐브 설계 방법론을 활용해 EUV 기술 기반 5나노, 7나노 공정 칩 개발을 바로 시작할 수 있다. 특히 이미 검증된 삼성전자의 양산 인프라를 이용할 수 있기 때문에 칩 개발 기간을 줄일 수 있다.
강문수 파운드리사업부 전무는 "EUV 장비가 적용된 첨단 공정에서도 TSV 기술을 안정적으로 구현했다"며 "반도체 성능 한계를 극복하기 위한 기술 혁신을 이어가겠다"고 말했다.
삼성전자는 16일∼18일 온라인으로 열리는 고성능 반도체 관련 연례 학술 행사인 '핫 칩스(Hot Chips) 2020'에서 X-큐브 기술 성과를 공개한다.
김민주기자 stella2515@dt.co.kr
(왼쪽부터)기존 시스템 반도체의 평면 설계와 삼성전자의 3차원 적층 기술 'X-Cube'를 적용한 설계.. <삼성전자 제공>
