ismedia - AI 시대의 반도체 혁명: ASML의 EUV 기술이 이끄는 미래

출처 : ismedia 12월 12일호 https://mall.ismedia.jp/

AI가 주도하는 세계 반도체 산업

• AI가 전자기기의 중심에 위치하게 되며, 2030년 세계 반도체 시장이 1조 달러를 초과할 것으로 예상됩니다. 이 중 40%가 AI 반도체 관련일 것으로 예측됩니다.

• 무어의 법칙은 "패키지당" 트랜지스터 수로 변경되어 계속될 것으로 보입니다. 2030년에는 1패키지당 1조 개의 트랜지스터가 집적될 것으로 예상됩니다.

• 계산 속도를 기준으로 한 새로운 무어의 법칙에서는 2년마다 16배의 속도 증가가 예측됩니다. 그러나 이는 에너지 소비와 발열 문제를 야기합니다.

• 이러한 문제 해결을 위해 광통신 기술이 필수적으로 도입될 것으로 보입니다. 현재 데이터센터 내 서버 간 통신에서 광통신이 사용되고 있으며, 향후 랙 내 칩 간 통신에도 광통신이 필요할 것으로 예상됩니다.

ASML의 EUV 리소그래피 기술

• ASML은 EUV 리소그래피 기술을 통해 반도체 미세화를 계속 진행할 수 있다고 주장합니다.

• 0.33NA EUV, High NA (0.55NA), Hyper NA (0.75NA) 순으로 기술이 발전할 예정입니다.

• 2025년부터 2030년까지 선단 로직에서는 EUV 층수가 19-21층에서 25-30층으로, DRAM에서는 5층에서 7-10층으로 증가할 것으로 예상됩니다.

EUV 장비의 발전

• 0.33NA EUV의 최신 모델 NXE:3800E는 시간당 220장의 처리량을 보이며, 향후 모델에서는 280장 이상을 목표로 합니다.

• High NA EUV는 2024년부터 ASML 연구소에서 평가가 시작되었으며, 2025년에 양산용 EXE:5200B가 출하될 예정입니다.

• ASML은 Low NA, High NA, Hyper NA에 걸쳐 공통 모듈화 설계를 통해 개발 효율을 높이고 있습니다.

EUV 기술의 장단점

• High NA EUV는 0.33NA EUV에 비해 더 미세한 패턴 해상도, 더 나은 균일성, 그리고 비용 우위성을 제공한다고 ASML은 주장합니다.

• 그러나 High NA EUV 장비의 높은 가격(대당 500억 엔 이상)과 운영에 필요한 많은 전문 기술자 수는 실제 비용 절감 효과에 의문을 제기합니다.

향후 전망 및 과제

• ASML은 EUV 기술을 통해 트랜지스터 생산량 증가, 비용 감소, CO2 배출량 감소를 주장하지만, 실제 효과는 지켜봐야 합니다.

• 최첨단 EUV 기술에 대한 기대는 크지만, 해결해야 할 과제도 많습니다. ASML의 계획대로 진행될지는 아직 불확실합니다.

슈퍼컴퓨터의 발전과 과제

• 생성 AI 개발 및 운영을 위한 슈퍼컴퓨터의 비용이 급증하고 있습니다. 예를 들어, 미국 에너지부가 후원하고 Intel과 Hewlett Packard가 개발한 Aurora 슈퍼컴퓨터의 개발 비용은 5억 달러에 달합니다.

• Aurora는 85,000개의 CPU와 GPU, 230PB의 메모리, 230PB의 스토리지를 갖추고 있으며, 2024년 5월 기준 1.012exaFLOPS의 계산 속도를 달성했습니다.

• 이러한 고성능 컴퓨터는 비용 증가, 전력 소비 증가, 발열 문제 등의 과제를 안고 있습니다.

EUV 기술의 세부 발전 계획

• 0.33NA EUV의 최신 모델인 NXE:3800E는 시간당 220장의 처리량을 보이며, 향후 모델에서는 280장 이상을 목표로 하고 있습니다.

• High NA EUV는 2024년부터 ASML 연구소에서 평가가 시작되었으며, 2025년에 양산용 EXE:5200B가 출하될 예정입니다. EXE:5200B의 처리량은 시간당 175장으로 예상됩니다.

• 2027년에는 시간당 185장 이상의 처리량을 가진 EXE:5200C, 2029년에는 시간당 195장 이상의 처리량을 가진 EXE:5400D가 계획되어 있습니다.

EUV 기술의 비용 효율성

• ASML은 High NA EUV가 0.33NA EUV에 비해 49% 비용 우위가 있다고 주장하지만, 구체적인 계산 방법은 명확하지 않습니다.

• High NA EUV 장비의 높은 가격(대당 500억 엔 이상)과 운영에 필요한 많은 전문 기술자 수는 실제 비용 절감 효과에 의문을 제기합니다.

EUV 장비의 성능 향상

• 0.33NA EUV의 최신 모델 NXE:3800E는 이전 모델 NXE:3600D의 160장/시간에서 크게 향상된 220장/시간의 처리량을 보입니다.

• 다음 세대 모델인 NXE:4000F에서는 250장/시간, NXE:4200G에서는 280장/시간 이상을 목표로 하고 있습니다.

High NA EUV의 개발 현황

• 2024년 11월 14일 기준으로 High NA로 노광된 횟수는 1만 장을 초과했습니다. 이 중 DRAM용 노광은 1300회를 넘었으며, 2024년 말에는 2000회에 도달할 것으로 예상됩니다.

• High NA EUV는 0.33NA EUV에 비해 더 미세한 패턴 해상도와 더 나은 균일성을 제공합니다. 예를 들어, 40nm 피치에서 High NA의 균일성(LCDU)은 1.4nm로, 0.33NA의 2.4nm보다 우수합니다.

결론

ASML의 EUV 기술은 반도체 산업의 미래를 좌우할 중요한 요소로 자리 잡고 있습니다. AI 시대에 맞춰 더욱 고성능의 반도체 생산을 가능하게 하지만, 동시에 비용, 에너지 소비, 발열 등의 문제를 해결해야 하는 과제도 안고 있습니다. ASML의 계획이 실현될지, 그리고 이를 통해 반도체 산업이 어떻게 변화할지 주목할 필요가 있습니다.