28nm 공정 재개 ~

지난해 말 TSMC가 일본 공장에서 28나노를 양산했다고 발표한 데 이어 인도도 최근 자국 최초의 '메이드 인 인디아(Made in India)' 28나노 칩을 올해 공개한다고 밝혔다.

 

현재 전 세계적으로 부상하고 있는 팹 레이아웃을 고려합니다. 2011년에 탄생한 28nm 공정이 다시 돌아왔습니다.

 

 

28nm, 수명 노드

 

데이터에 따르면 2011년 TSMC는 28nm 일반 공정 기술을 제공하는 최초의 웨이퍼 파운드리가 되었습니다. 당시 데이터에 따르면 TSMC는 28nm에서 HP(High Performance), HPM(Hig Performance Mobile), HPL(High Performance Low Power) 및 LP(Low Power)의 4가지 공정 변형을 제공했습니다.

 

당시 TSMC 회장 장중머우(Chang Zhongmou)는 28nm가 역대 최대 규모의 노드가 될 것이며, 생산량이 65nm 노드를 초과하고 월 130,000개 이상의 웨이퍼가 생산될 것이라고 예측했습니다.

 

 

28nm 공정은 TSMC가 HKMG(high-k Metal Gate) 트랜지스터를 처음 사용한다는 점을 언급할 가치가 있습니다. HP 및 HPL 기술은 HKMG 트랜지스터를 사용하는 반면, LP는 ONO 게이트 유전체와 함께 기존 폴리실리콘 게이트를 사용합니다.

 

후속 개발에서 28nm의 인기는 Zhang Zhongmou가 독특한 비전을 가지고 있음을 증명합니다. 그림에서 볼 수 있듯이 2024년 현재 28nm 공정은 3nm, 5nm 및 7nm에 이어 회사의 매출 기여도에서 여전히 4위를 차지할 것이며 총 연간 매출은 63억 달러로 이 공정의 영원한 기반을 보기에 충분합니다.

 

유명 애널리스트 에이전시인 옴디아는 2020년 보고서를 내고 28나노가 수명이 긴 노드가 될 것이라고 직설적으로 밝혔는데, 구체적인 이유는 다음과 같다.

 

옴디아는 28nm 공정이 32nm와 22nm 사이에 위치하며, 45nm(HKMG) 및 32nm 노드에서 업계가 high-k/metal gate 공정을 도입하여 28nm의 점진적인 성숙을 위한 토대를 마련했다고 언급했습니다. 2013년은 28nm 공정이 대중화된 해였으며 2015년부터 2016년까지 28nm 공정이 휴대폰 애플리케이션 프로세서와 베이스밴드에 대규모로 적용되기 시작했습니다.

 

오미디아는 웨이퍼 평면 공정이 28nm에서 가장 비용 효율적이며, FinFET 공정이 필요한 후속 16/14nm의 경우 웨이퍼 제조 비용이 50% 이상 증가하고 휴대폰과 같은 대형 애플리케이션만 비용을 흡수할 수 있다고 분석했습니다. 이를 위해 Omiia는 28nm가 많은 관련 비소비자 응용 분야에서 신뢰성, 성능 및 비용 간의 균형으로 인해 우수한 가격 대비 성능 비율을 제공한다고 믿습니다.

 

2022년에 TSMC는 가장 오래된(그리고 가장 낮은 밀도의) 노드 고객에게 성숙한 설계 중 일부를 28nm 규모의 공정 기술로 마이그레이션하도록 권장하고 있습니다.

 

TSMC의 사업 개발 담당 수석 부사장인 케빈 장(Kevin Zhang)은 당시 "우리는 현재 40nm 노드의 용량을 확장하고 있지 않다. 팹을 지었지만 2-3년 후까지 가동할 수 없습니다. 따라서 실제로 생각해야 할 것은 제품의 현재 상태가 아니라 제품이 미래에 어디로 갈 것인가입니다. ”

 

"현재 많은 고객 제품이 40nm 또는 그 이전의 65nm 단계에 있습니다. 그들은 더 낮은 고급 노드로 이동하고 있습니다. 20/28 nm는 미래의 전문화를 지원하는 중요한 노드가 될 것입니다. 라고 장 교수는 덧붙였다.

 

 

28nm 웨이퍼 팹의 글로벌 확장

 

28nm는 미래가 유망하기 때문에 글로벌 팹은 28nm 팹을 확장하고 있습니다. TSMC는 의심할 여지 없이 그 중 가장 활발하게 활동하고 있으며, 일본, 유럽에서 28nm 건설 계획, 중국 본토에서 28nm 확장 계획을 발표하고 있습니다.

 

자료에 따르면 TSMC 구마모토 제1공장은 2021년 11월 공장 건설을 발표하고 2022년 4월 착공해 2년 만에 완공한 것으로 대만과 일본의 합작법인으로 TSMC가 50~70%, 일본 소니반도체(SSMC)가 약 20%, 도요타그룹의 덴소 덴소가 약 10%,

 

일본의 지원으로 TSMC의 새로운 구마모토 공장에 대한 자본 지원은 원래 계약인 약 70억 달러에서 86억 달러로 증가하여 22/28nm 및 12/16nm 공정 용량을 제공하고 월간 생산 능력도 초기 목표인 45,000개에서 12인치 웨이퍼 55,000개로 증가했습니다. 새로운 구마모토 공장의 양산은 2024년 12월에 시작됩니다.

 

이와 함께 TSMC가 계획하고 있는 독일 공장은 올해 말 착공해 2027년 말까지 양산할 예정이며, 양산을 위한 22/28nm 평면 상보형 금속산화물 반도체(COMS)와 12/16nm 핀 전계효과 트랜지스터(FinFET) 공정 기술을 사용할 예정이며, 초기 월 생산 능력은 약 40,000개의 12인치 웨이퍼를 생산할 것으로 예상된다.

 

중국 본토의 현지 웨이퍼 팹들도 대내외 요인의 영향을 고려하여 28nm 공정 건설에 막대한 투자를 하고 있습니다. Samsung, UMC, PSMC 및 GLOBALFOUNDRIES와 같은 다른 회사들도 28nm에 대해 많은 생각을 했습니다.

 

우선 선진 공정에서 차질을 빚었던 삼성도 성숙한 공정에 노력을 기울이기 시작했다. 지난해 11월 말 삼성전자 기기솔루션 사업부 파운드리 사업부 사장 겸 총괄 책임자로 승진한 한진만 사장은 직원들에게 보낸 내부 서한에서 삼성 파운드리 사업부가 첨단 공정과 성숙한 공정에 모두 집중해야 한다고 밝혔다. 한 대표는 성숙한 공정의 경쟁력도 마찬가지로 중요하다고 생각하며, 파운드리 부서는 성숙한 공정의 상업적 규모를 확대하기 위해 노력해야 하며, 더 많은 고객을 확보하는 데 주력해야 한다고 생각합니다. 인기 있는 28nm는 당연히 그들의 초점 중 하나입니다.

 

UMC와 관련해서는 2022년 싱가포르 Fab12i 공장에 새로운 첨단 웨이퍼 팹을 확장할 계획이라고 발표했으며, 새로운 팹의 첫 번째 단계에서 월 30,000개의 웨이퍼 생산 능력을 계획하고 22/28nm 공정을 제공하며 총 50억 달러(약 1,400억 대만 달러)의 투자를 유치하고 2024년에 양산할 것으로 예상됩니다.

 

UMC의 22/28nm 웨이퍼 매출은 2024년 4분기에 35-40%로 증가할 것이며, 이는 2023년 같은 기간 22/28nm 웨이퍼 매출의 34%에 불과할 것이라는 점을 언급할 가치가 있습니다.

 

또한 2024년 5월에는 3,000억 대만 달러가 투입되고 대만의 최신 12인치 웨이퍼 팹 P5인 새로운 코즈웨이 팹의 개공식이 5월 초에 열릴 예정이지만, 팹은 55, 40 및 28nm 공정으로 건설될 예정이며 월간 생산 능력은 50,000개로 예상됩니다.

 

2023년에는 일본 SBI Holdings, Inc.와의 합작 투자로 JSMC의 첫 번째 웨이퍼 공장을 설립하고, 일본 미야기현 구로카와 군 다이헝 마을에 두 번째 키타센다이 중앙 산업 단지를 선정할 예정이다. 이 공장은 28나노미터에서 55나노미터 공정을 양산할 예정이며 초기 월 생산 능력은 10,000개이며 최종 월간 생산 능력 목표는 40,000개에 달해 주로 자동차 칩 시장을 공략할 것으로 이해됩니다.

 

동시에 기사 시작 부분에서 언급했듯이 PSMC와 인도의 Tata Group이 공동으로 건설한 12인치 웨이퍼 팹의 기공식이 열렸습니다. PSMC 회장 황충런(Huang Chongren)은 이 공장이 2026년 말까지 28나노미터 반도체 칩을 양산할 것이라고 밝혔다. 월간 생산 능력은 50,000개의 웨이퍼에 이를 것으로 예상됩니다. 이 공장은 28nm, 40nm, 55nm, 90nm 및 110nm의 여러 성숙 노드를 커버할 것입니다.

 

 

끝에 쓰기

 

위에서 알 수 있듯이 세계 주요 칩 제조 기지가 28nm 공정을 적극적으로 제공하고 있는 것은 확실합니다. 그러나 동시에 성숙한 과정 주변에서 약간의 소음이 울리고 있습니다.

 

시장조사업체 트렌드포스(TrendForce)에 따르면 반도체 공정의 성숙도 전망은 1분기 정도에 머물러 있고, 2025년 전망은 여전히 가변적이어서 세계 10대 웨이퍼 파운드리의 내년 성숙기 반도체 공정 설비 가동률이 75% 이상일 것으로 예상된다.

 

아울러 TSMC가 앞서 28나노 공정 공장을 3나노 공장으로 전환한 점을 감안해 UMC의 싱가포르 공장도 시장 상황과 고객 발주를 고려하고 있어 시운전을 2026년 1월로 연기하고 하반기 양산에 돌입할 것으로 예상된다.

 

28nm를 포함한 성숙한 공정에 대한 새로운 녹아웃 경쟁이 곧 시작되고 있음을 알 수 있습니다.