GlobalFoundries, 7nm급 FDX Fusion 노드 공개 — 사명(Firm)이 FinFET을 포기한 지 7년 만에 복귀

GlobalFoundries가 2018년에 최첨단 노드 개발을 포기했을 때, IBM과 공동 개발했던 7nm급 FinFET 공정 기술의 개발도 취소했습니다. 정확히 8년 만에 GlobalFoundries는 7nm급 제조 공정을 다시 선보이게 되었는데, 이번에는 평면 트랜지스터(planar transistors)와 Fully-Depleted Silicon-on-Insulator (FD-SOI)를 기반으로 합니다. 이 기술은 최대 성능보다는 저전력 소비, 높은 집적도, 비용 효율성을 우선시하는 자동차, 엣지 AI, 산업용 로봇 공학, 센서 및 기타 장치에 초점을 맞추고 있습니다.

CEA Leti의 최고경영자(CEO)인 Sébastien Dauvé는 "GlobalFoundries가 수십 년 동안 CEA-Leti가 발전시켜 온 기술을 바탕으로 차세대 '단일 자릿수 FD-SOI 노드'를 발표한 것에 매우 기쁘게 생각합니다"라고 말했습니다. 그는 또한 "CEA-Leti는 FAMES 파일럿 라인을 통해 FD-SOI의 유럽 로드맵 미래를 계속해서 형성하고 있으며, 광범위한 애플리케이션에서 채택을 촉진하기 위해 매일 노력하고 있습니다"라고 덧붙였습니다.

FDX Fusion의 등장

GlobalFoundries의 새로운 제조 기술은 FDX Fusion이라고 불리며, 약속하는 것은 7nm급 '디지털 성능'(모호한 주장이며 추후 해석이 필요함)과 2015년경에 도입된 기존 22FDX 공정 대비 두 배 이상의 트랜지스터 밀도입니다. 목표를 달성하기 위해 FDX Fusion의 첫 세대는 SOI 기판, 트랜지스터 구조, 백엔드 인터커넥트(back-end interconnects) 혁신을 결합할 것이지만, GF가 트랜지스터 치수, 접촉 게이트 피치(contacted gate pitch), 최소 금속 피치(minimum metal pitch), 또는 실제 트랜지스터 밀도를 공개하지 않았다는 점은 염두에 두어야 합니다. GF는 2028년 독일 드레스덴 시설에서 FDX Fusion 기반의 칩 생산을 시작할 계획이며, 이는 기존 22nm급 플랫폼을 개선하려는 수년간의 노력 끝에 훨씬 더 진보된 FD-SOI 제조 공정 개발로 복귀하는 것을 의미합니다.

향상된 '디지털 성능' 외에도, FDX Fusion은 최대 0.5 THz의 fT/fmax를 가진 RF 트랜지스터, 아날로그 및 혼성 신호 회로(mixed-signal circuitry), 임베디드 비휘발 메모리(nonvolatile memory), 그리고 인메모리 컴퓨팅(in-memory computing) 기능을 지원할 것입니다. 이러한 조합은 수많은 개별 IC 없이도 센서로부터 정보를 처리하고, AI 추론 워크로드(AI inference workloads)를 실행하며, 외부 장치를 제어하고, 무선으로 통신할 수 있는 고도로 통합된 칩을 구현하는 것을 목표로 합니다. GF는 또한 MIPS, ARC, 그리고 RISC-V 아키텍처 기반의 프로세서 IP를 제공하여 이러한 제품 개발을 가속화할 계획입니다.

그럼에도 불구하고, FDX Fusion의 주요 판매 포인트는 반드시 그 자체의 7nm급 '디지털 성능'과 고성능 프로세서 IP에 있는 것이 아니라, 상대적으로 강력한 디지털 로직과 RF, 아날로그 및 혼성 신호 회로, 임베디드 비휘발 메모리, 그리고 인메모리 컴퓨팅 기능을 단일 칩에 결합할 수 있다는 능력입니다. 바로 이 조합 때문에 GloFo는 이 공정 기술을 FDX Fusion이라고 부릅니다. 이는 그렇지 않았다면 서로 다른 공정 기술로 제조되어야 했을 여러 개의 칩이 필요했을 고도로 통합된 SoC(System-on-Chip)를 구현할 수 있게 하며, 이는 추가적인 테이프아웃 비용은 물론 전력 소비까지 의미합니다.

GlobalFoundries는 2027년 초에 고객 평가용 초기 데모 실리콘을 제공하고, 이어서 2027년 중반에 첫 번째 공정 설계 키트(PDK)를 제공할 계획이라고 밝혔습니다. 회사는 이미 여러 고객과 이 기술에 대해 협력하고 있지만, 구체적인 제품이나 생산 물량은 확정하지 않았습니다. 특히 GF는 보도 자료에서 BMW, Bosch, Infineon, NXP, Siemens, 그리고 Tesla가 FDX Fusion에 관심을 표명했다고 언급했지만, Infineon만이 레이더 및 무선 통신을 위한 향후 7nm급 기술 협력을 구체적으로 확인했습니다.

주요 개발 사항

GlobalFoundries의 이번 발표는 GF의 FD-SOI 로드맵에 있어 중요한 발전입니다. 회사는 2015년에 22FDX를 도입했고, 2016년에는 10nm FinFET과 유사한 성능, 전체 노드(full-node) 밀도 개선, 최대 50% 낮은 전력 소비를 약속하는 후속 기술인 12FDX를 발표했습니다. 초기 12FDX 고객 테이프아웃은 2019년으로 예상되었으나, 이 기술은 상업용 제품에 채택된 적이 없습니다. 대신 GF는 22FDX의 개선에 집중했고, 결국 RF(Radio Frequency), 임베디드 메모리(embedded memory), 저전력 애플리케이션을 위한 추가 기능을 가진 22FDX+를 도입했습니다 (삼성전자가 18FDS+를 공개했을 무렵). 흥미롭게도, 2022년에도 12FDX는 여전히 GF의 투자자 로드맵에 포함되어 있었습니다.

따라서 FDX Fusion은 FD-SOI를 22nm급을 넘어 확장하려 했던 GF의 원래 목표가 실현된 것일 수 있지만, 회사는 이 새로운 기술이 초기 12FDX 프로그램의 개발 내용을 통합했는지 여부는 설명하지 않았습니다. 한편, 수년간 첨단 FD-SOI 기술에 대한 연구를 수행해 온 CEA-Leti는 FDX Fusion을 단일 자릿수(single-digit) FD-SOI 노드로 설명합니다. 그럼에도 불구하고, GF가 주장하는 7nm급 '디지털 성능'이 반드시 유사한 트랜지스터 치수나 집적도를 의미하지는 않습니다.

산업적인 관점에서 볼 때, FDX Fusion은 고급 FinFET이나 심지어 게이트-올-어라운드(gate-all-around) 공정을 필요로 하는 애플리케이션에 대안을 제공할 수 있습니다. 이러한 애플리케이션은 RF, 아날로그 및 임베디드 메모리와 함께 합리적으로 강력한 디지털 로직을 요구합니다. 이러한 통합은 시스템 복잡성과 전력 소비를 줄일 수 있으며, 특히 에너지 효율성과 실시간 응답성이 중요한 엣지 AI(edge AI) 장치에서 그러합니다.

어쩌면 더 중요한 것은, 이 기술이 유럽의 반도체 개발사들에게 아시아나 미국에 있는 선두급 파운드리(foundry)에 의존하지 않고 보다 진보된 현지 제조 공정에 접근할 수 있게 해줄 수 있다는 점입니다.

질문들이 남아있다

하지만 FDX Fusion의 상업적 성공은 실제 성능, 집적도(density), 생산 비용, 그리고 경쟁력 있는 설계 생태계의 가용성에 달려 있을 것이며, 후자는 선도적인 전자 설계 자동화(EDA) 및 IP 개발사들로부터 어떠한 의견도 들을 수 없다는 점에서 가장 어려운 부분으로 여겨집니다.

GlobalFoundries가 7nm급 기술과 비교 가능한 2배의 '디지털 성능'을 주장할 때, 이것이 트랜지스터 스위칭 속도를 의미하는 것인지, 표준 셀(standard cell) 성능을 의미하는 것인지, 달성 가능한 동작 주파수를 의미하는 것인지, 아니면 다른 무언가를 의미하는지는 밝히지 않습니다. 게다가 이 회사는 1세대 FDX 기술보다 두 배 이상의 논리 집적도를 약속하지만, 구체적인 수치는 공개하지 않습니다. 결과적으로, 트랜지스터 밀도, 성능, 전력 소비, 생산 비용 측면에서 FDX Fusion이 성숙한 결함 밀도(defect density)와 수율(yield), 충분한 공급량, 확립된 설계 생태계, 예측 가능한 가격 등을 제공하는 기존의 7nm급 FinFET 기술과 어떻게 비교될지 불분명합니다. CEA-Leti의 언급은 유망해 보이지만, 실제 수치가 항상 더 좋습니다.

GF가 FDX Fusion을 2028년 도입할 계획이라는 사실 자체가 원래 예상되었던 첫 12FDX 테이프아웃(tape-out) 시점보다 약 9년이나 늦다는 것은, 22nm 세대 이상의 FD-SOI 개발과 관련된 상당한 기술적 및/또는 재정적 어려움을 보여줍니다. 따라서 GlobalFoundries의 FDX Fusion 이니셔티브가 분명히 유망해 보이지만, 이것이 계약 칩 제조사(contract chipmaker)와 그 고객들에게 어떻게 전개될지는 두고 봐야 할 문제입니다.

현재 자동차 및 산업 분야의 지지자 라인업 — BMW, Bosch, Infineon, NXP, Siemens, Tesla — 은 확실히 유망해 보입니다. 하지만 다른 응용 분야는 어떨까요? Infineon과 NXP와 같은 기존 반도체 기업들이 이미 광범위한 프로세서 IP 포트폴리오를 보유하고 있지만, 더 작은 fabless 개발사들은 GF의 MIPS 및 ARC 프로세서 코어, RISC-V 전문 지식, 그리고 맞춤형 칩 설계 역량으로부터 이점을 얻을 수 있습니다. 이러한 자원들은 특화된 SoC(System on Chip) 개발 비용과 복잡성을 크게 줄일 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 더 광범위한 범위의 칩 개발자들을 유치하기 위해서는 GlobalFoundries가 EDA 도구, 표준 셀 라이브러리(standard-cell libraries), 메모리 컴파일러(memory compilers), 인터페이스 IP 및 기타 실리콘 검증된 빌딩 블록(silicon-proven building blocks)으로 구성된 성숙한 생태계가 필요합니다. 이는 GlobalFoundries가 보도 자료에서 언급하지 않은 부분입니다.