PC시장을 정복할 걸작 탄생, 인텔 아이비 브릿지.
2부 : 3D 트라이게이트 트랜지스터
인텔이 세계 최초로 22nm 공정의 3D 트라이게이트 트랜지스터 기술을 적용한 양산 프로세서를 발표했다. 이번에 출시된 아이비 브릿지가 3D 트라이게이트 트랜지스터 기술을 적용한 첫 번째 모델로 미세공정에 입체적인 설계를 도입해 한차원 높은 생산성을 경험할 수 있다.
아이비 브릿지는 2차원 평면 트랜지스터를 사용한 기존 모델들과 달리 3차원 구조의 트랜지스터를 사용했다. 트랜지스터 밀도를 높여 같은 공간 안에 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있어 보다 뛰어난 성능에 에너지 효율성 까지 기대할 수 있는 기술로 새로운 그래픽 아키텍쳐 까지 더해져 한층 진보된 모습을 보여주었다.
이번 시간에는 아이비 브릿지에 적용된 핵심적인 기술중 하나인 3D 트라이게이트 트랜지스터를 간단하게 알아볼 예정이다. 기존에 사용되던 기술과 비교해 어떤 부분이 달라졌는지 살펴보도록 하자.
주요 반도체 생산 업체들에서 평면형 트랜지스터의 한계를 체감하고 신기술을 개발하기 위해 노력했지만 결코 쉽게 구현할 수 있는 기술이 아니기 때문에 상용화 제품을 출시하지는 못했다. 이에 반해 인텔 에서는 3D 트라이게이트 트랜지스터 도입을 통해 경쟁 업체보다 1세대 이상 빠른 구조 변혁을 실행했으며 이 기술로 얻을 수 있는 장점을 1세대 이상 빠르게 적용할 수 있었다. @ 누설 전류를 줄이고 활성화 되는 전력의 감소효과가 있다. 또한 트랜지스터의 속도 향상 및 소형화가 가능해 졌다.
아이비 브릿지는 2년 마다 트랜지스터의 집적도는 두배가 되고 기능 및 성능은 증가하며 비용은 감소하는 무어의 법칙을 충실하게 이행한 모델인 것을 알 수 있다.
평면형 트랜지스터는 소스트래인 사이의 채널을 제어하는 형식이며 지금까지는 크기를 줄이는데 주력했던데 반해 3D 트라이게이트 트랜지스터 는 채널을 입체적으로 바꾸는 새로운 형식을 도입했다. (TDP를 95W에서 77W 로 끌어 내려 고성능 저전력을 구현하게 되었으며 전기절약은 물론 지구온난화 방지와 같은 환경보호 측면에서도 기여하는 바가 크다.)
트랜지스터의 구조도를 보면 이해가 빠르리라 생각한다. 샌디 브릿지에 적용된 평면형 트랜지스터는 사진과 같이 단순히 일직선 형태로 구성된 것에 비해 아이비브릿지에 적용된 3D 트라이게이트 트랜지스터 는 그물망 형태에 입체적인 구성을 적용해 동일한 공간에서 더욱 뛰어난 집적도를 보여준다. (핀이 수직으로 존재하므로 트랜지스터가 서로 가까이 집적될 수 있다.)
전기적 이동 통로가 2차원에서 3차원으로 바뀌게 되면 한번에 더 많은 신호를 주고받을 수 있으며 이로 인해 보다 뛰어난 성능을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 높은 에너지 효율을 제공할 수 있는 것이다.
22nm 공정의 3D 트라이게이트 트랜지스터는 32nm 공정의 평면형 트랜지스터에 비해 저전압에서 37% 향상된 성능을 제공하며 스위치 전환에 더 적은 전력을 사용해 소형 제품들에 적용하는데 유리하다. (32mn 트랜지스터가 동일한 성능을 보였을 때 22nm 공정의 3D 트라이게이트 트랜지스터가 절반 미만의 전력을 소비한다.)
32mm 평면형 트랜지스터와 3D 트라이게이트 트랜지스터 의 지연시간과 동작전압을 비교한 모습으로 저전압에서 37% 향상된 성능을 제공한다. (아이비 브릿지는 더 적은 전력으로도 샌디 브릿지와 동일한 성능을 구현할 수 있다는 뜻으로 이해해도 될 것이다.)
인텔에서 발표한 3D 트라이게이트 트랜지스터 는 PC 뿐만 아니라 디지털 디바이스 시장의 기술을 발전 시키는데 큰 역할을 하리라 예측되고 있다. 저전력, 저발열이 필수적인 소형 제품들의 경우 기존의 플랫폼은 적용하기 힘들어 모바일 전용으로 출시된 AP를 사용할 수밖에 없었는데 아이비 브릿지의 경우 샌디브릿지와 비교될 정도의 저전력을 실행해 많은 제조사 들이 아이비 브릿지에 눈독을 들일 것으로 보여진다.
아이비 브릿지는 22nm 공정과 3D 구조를 활용한 '트라이게이트' 반도체를 세계 최초로 적용한 모델로 전력소비 수준을 32nm 평면형에 비해 37% 감소 시켰다. 또한 누설 전류를 최소화 하는 고효율 제품으로 PC와 서버 제품에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 울트라북, 스마트폰, 스마트 패드 등 저전력을 필요로 하는 모델들에 적용해 사용할 수 있는 장점이 있다.
3D 트라이게이트 트랜지스터를 간단하게 살펴보았다. 인텔의 경우 경쟁업체 보다 항상 1-2걸음 앞서고 있기 때문에 32nm 공정을 적용한 샌디 브릿지 만으로도 시장을 이끌어 가기에 부족함이 없지만 또다시 새로운 기술을 적용해 경쟁이라는 단어 자체를 무의미 하게 만들어 버렸다. PC를 업그레이드 하려고 계획하고 있는 유저들에게는 3D 트라이게이트 트랜지스터 기술 지원 만으로도 분명한 선택의 기준을 제시하리라 보여진다.
3부에서는 실제 제품을 활용해 아이비 브릿지의 성능과 특징 등을 살펴볼 예정이다. 그럼 3부에서 다시 만나도록 하자.
김원영 기자 goora@noteforum.co.kr
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