1나노미터 이하 반도체의 기술적 과제와 기회
수십억 개의 트랜지스터가 인간 손톱 크기의 칩 위에 자리 잡는 세상, 과연 어디까지 가능할까요? 반도체 장치의 크기는 계속 줄어들어 왔고, 그 속도는 상상을 초월할 정도로 빨랐습니다. 하지만 이 흐름은 점점 한계에 부딪히고 있습니다.
기존의 공정을 통해 기술 발전을 이어가기 위한 여력은 이미 바닥을 드러냈습니다. 그러나 2026년 3월 10일, 반도체 업계에 새로운 가능성을 제시하는 발표가 전 세계의 주목을 받았습니다. IBM과 램 리서치(Lam Research)가 1나노미터(nm) 이하 로직 스케일링이라는 도전 과제를 해결하기 위해 손을 맞잡은 것입니다.
IBM과 램 리서치의 이번 협력은 단순한 협약 이상의 의미를 가집니다. 이들은 IBM의 로직 스케일링 로드맵을 발전시키기 위해 새로운 재료와 제조 공정을 개발하는 것을 목표로 5년간의 협력을 약속했습니다. 특히 'High-NA EUV 리소그래피'와 같은 첨단 기술이 연구의 중심에 자리 잡고 있습니다.
이 기술은 반도체의 미세화를 더욱 가속화하는 핵심 요소로 꼽히며, 글로벌 반도체 제조사들의 필수 개발 과제로 떠오르고 있습니다. 이번 협력은 두 회사의 10년 이상 지속된 성공적인 파트너십을 기반으로 합니다. IBM 반도체 부문 총괄 책임자이자 IBM 리서치 하이브리드 클라우드 부문 부사장인 무케시 카레(Mukesh Khare)는 "램 리서치는 지난 10년 이상 IBM의 중요한 파트너였으며, 나노시트와 세계 최초 2nm 노드 칩과 같은 로직 스케일링 및 소자 아키텍처의 주요 혁신에 기여했다"고 밝혔습니다.
그는 "High-NA EUV 리소그래피와 1나노미터 이하 노드를 가능하게 하는 다음 단계의 과제들을 해결하기 위해 협력을 확대하게 되어 기쁘다"고 덧붙였습니다. 이는 이번 협력이 1nm 이하 시대를 여는 결정적 계기가 될 것임을 시사합니다. 1nm 이하 기술 개발은 단순히 칩 크기를 줄이는 데 끝나지 않습니다.
더 나아가 속도와 효율성 면에서도 큰 진전을 가져올 수 있습니다. 이번 새로운 5년 계약에 따라, 양사는 1나노미터 이하 노드로 로직 스케일링을 확장할 계획입니다.
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연구 개발은 더욱 복잡한 소자 아키텍처를 위한 새로운 재료, 첨단 식각(etch) 및 증착(deposition) 능력, 그리고 차세대 상호 연결(interconnect) 및 소자 패터닝을 가능하게 하고 산업 채택을 가속화하기 위한 새로운 High-NA EUV 리소그래피 공정 개발에 초점을 맞출 것입니다.
IBM과 램 리서치 협력의 핵심은 무엇인가
그러나 이는 기술적으로 엄청난 도전 과제를 수반합니다. 전자 소자가 극도로 작아질수록 물리적 한계와 제조 공정의 복잡성이 기하급수적으로 증가합니다.
업계 전문가들은 나노 스케일에서 발생하는 양자 터널링 효과와 같은 물리적 현상이 주요 장애물이 될 것으로 예상하고 있습니다. 이는 전류가 원하는 방향으로만 흐르지 않고, 의도치 않게 다른 쪽으로 누전되는 현상을 말합니다. 이를 제어하기 위해, IBM과 램 리서치는 기존의 전자 소자 기술을 뛰어넘어 새로운 소자 아키텍처와 재료를 연구하고 있습니다.
램 리서치의 최고 기술 및 지속 가능성 책임자인 바히드 바헤디(Vahid Vahedi)는 "산업이 새로운 3D 스케일링 시대로 접어들면서, 재료, 공정, 패키징, 테스트 등 모든 측면에서 재고가 필요하다"고 언급했습니다. 다시 말해, 단순한 미세화 기술이 아니라 전방위적인 연구와 개발 없이는 1nm 기술에 도달하기 어렵다는 이야기입니다. 이 협력은 1나노미터 이하 로직 소자의 지속적인 스케일링, 성능 향상 및 실현 가능한 생산 경로를 가능하게 할 것으로 기대됩니다.
그렇다면 이런 기술적 도약은 우리 일상에 어떤 변화를 가져올까요? 궁극적으로 1nm 이하 공정은 차세대 인공지능(AI), 고성능 컴퓨팅(HPC), 그리고 클라우드 컴퓨팅의 성능을 대폭 향상시킬 수 있습니다.
더 작고 효율적인 트랜지스터는 같은 크기의 칩에 더 많은 기능을 집적할 수 있게 하며, 이는 데이터 집약적인 작업을 더욱 빠르게 처리하거나, 스마트폰과 같이 일상에서 사용하는 기기의 계산 능력과 배터리 효율성을 크게 개선할 수 있음을 의미합니다. 특히, 로직 스케일링의 발전은 복잡한 AI 모델의 처리 능력을 향상시키고 전력 효율성을 개선하여 기존의 한계를 극복할 가능성을 제공합니다.
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따라서 이 같은 선진 기술은 비단 반도체 제조사만의 관심사가 아니라 전 산업 분야가 주목해야 할 문제가 되었습니다. 한편, 반도체 산업 분석가들은 1nm 이하 기술 개발이 직면한 과제들을 주목하고 있습니다. 나노 스케일로 갈수록 제조 공정의 복잡성과 비용이 기하급수적으로 증가할 가능성이 있습니다.
또한 High-NA EUV 리소그래피와 같은 첨단 장비의 도입과 상용화에는 상당한 시간과 투자가 필요합니다. 그러나 업계는 이러한 도전에도 불구하고, 기술 혁신이 장기적으로 반도체 산업의 지속 가능한 성장을 가능하게 할 것으로 전망하고 있습니다.
혁신은 본질적으로 높은 위험을 동반하지만, 그 가치와 결과는 도전하는 자만이 가져갈 수 있기 때문입니다.
한국 반도체 산업에 주는 메시지
IBM과 램 리서치의 협력은 국내 반도체 산업에도 중요한 메시지를 던져줍니다. 삼성전자와 SK하이닉스 같은 한국의 대표 반도체 기업들에게도 1nm 기술은 현실적으로 넘어야 할 과제이자 곧 다가올 미래입니다.
이러한 시대적 흐름에 발맞추기 위해 국내 기업들 역시 글로벌 파트너십을 더욱 강화하고 자체 기술 개발에 더욱 힘써야 할 것입니다. 삼성전자는 이미 선단 공정 기술 개발에 집중하고 있으며, SK하이닉스 또한 차세대 메모리 반도체 기술 혁신을 통해 글로벌 경쟁력을 강화하고 있습니다.
IBM과 램 리서치가 보이는 이런 협력 모델은 국내 기업들에게도 기술 파트너십의 중요성을 일깨우는 사례가 될 수 있습니다. 결국 이번 협력은 단순한 기술적 이슈를 넘어 산업 전체를 변혁시킬 중대한 흐름으로 볼 수 있습니다.
반도체 미세화 기술은 무어의 법칙이 물리적 한계에 도달했다는 우려 속에서도 지속적으로 발전해 왔습니다. IBM과 램 리서치의 이번 5년 협력은 새로운 재료, 공정 기술, 그리고 High-NA EUV 리소그래피를 통해 이러한 한계를 극복하려는 구체적인 시도입니다.
한국 또한 한 발 앞서 미래 기술을 준비해야만 세계 시장에서의 입지를 강화할 수 있습니다. 이제 우리는 중요한 질문들을 던져야 합니다.
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IBM과 램 리서치가 그린 1nm 이하 반도체 기술의 청사진은 현실이 될 수 있을까요? 그리고 한국의 반도체 산업은 이에 어떻게 대응할 준비를 하고 있을까요? 이번 협력이 성공적으로 진행된다면, 향후 5년 내에 1나노미터 이하 로직 소자의 상용화 가능성이 크게 높아질 것입니다.
앞으로의 기술 선택과 투자 결정이 글로벌 반도체 산업의 미래 경쟁력을 좌우하는 열쇠가 될 것입니다.
김도현 기자
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[참고자료]
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