IBM, 0.7나노 반도체 기술 공개…성능 50% 높이고 전력 소비는 최대 70% 절감

IBM이 차세대 0.7나노미터(㎚) 반도체 기술을 공개하며 초미세 공정 경쟁에 새로운 이정표를 제시했다. 상용화까지는 시간이 필요하지만, 인공지능(AI) 확산으로 급증하는 데이터센터 전력 문제를 해결할 수 있는 차세대 기술로 주목받고 있다.

IBM은 25일(현지시간) 미국 뉴욕주 아몽크에서 차세대 반도체 기술을 발표하고, 새로운 공정을 적용한 칩이 기존 2나노 공정 대비 최대 50% 높은 성능 또는 최대 70% 향상된 전력 효율을 제공할 수 있다고 밝혔다. 회사는 향후 약 5년 안에 양산이 가능할 것으로 전망했다.

현재 세계 최대 파운드리 기업인 TSMC는 2나노 공정 양산을 시작했으며, 2028년경에는 1.4나노 공정 양산을 목표로 개발을 진행하고 있다. IBM이 공개한 0.7나노 기술은 연구 단계지만, 차세대 반도체 로드맵을 한 단계 앞당긴 기술로 평가된다.

반도체 업계에서 ‘나노’는 실제 회로의 크기보다 트랜지스터 집적도를 의미하는 마케팅 및 기술 세대 구분에 가깝다. 공정 숫자가 작아질수록 동일한 면적에 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있어 성능 향상과 전력 절감 효과를 동시에 기대할 수 있다.

IBM은 손톱 크기의 칩에 약 1,000억 개의 트랜지스터를 집적하는 데 성공했다고 밝혔다. 이는 현재 2나노 공정보다 약 두 배 높은 집적도로, 스마트폰과 노트북은 물론 AI 서버, 자율주행차, 클라우드 데이터센터 등 고성능 연산이 필요한 분야에서 처리 성능을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.

이번 기술의 핵심은 ‘나노스택(Nanostack)’으로 불리는 새로운 3차원(3D) 구조다. 기존처럼 트랜지스터를 평면에 배치하는 대신 여러 층으로 수직 적층해 동일 면적에서 훨씬 많은 트랜지스터를 구현할 수 있도록 설계했다.

제이 감베타 IBM 리서치 총괄은 “이번 성과는 나노미터 시대를 넘어 원자 수준의 반도체 기술로 나아가는 중요한 전환점”이라며 “단순히 트랜지스터를 더 작게 만드는 것이 아니라 반도체를 만드는 방식 자체를 새롭게 설계한 것”이라고 설명했다.

메모리 성능도 크게 향상됐다. IBM은 프로세서의 초고속 임시 저장장치 역할을 하는 SRAM의 성능을 기존 대비 약 40% 개선했다고 밝혔다. 회사는 이 정도의 SRAM 성능 향상은 수십 년 동안 보기 어려웠던 수준이라고 평가했다.

특히 이번 기술은 AI 시대의 가장 큰 과제로 꼽히는 전력 소비 문제 해결에 기여할 것으로 기대된다. 생성형 AI와 대규모 데이터센터 확산으로 전 세계 전력 사용량이 급증하면서, 반도체의 에너지 효율은 성능만큼 중요한 경쟁력으로 부상하고 있다.

다만 상용화까지는 상당한 시간이 필요하다. 초미세 공정 생산에는 극자외선(EUV) 장비를 비롯한 첨단 제조설비와 막대한 투자, 고도의 생산 기술이 요구된다.

IBM은 직접 반도체를 생산하지 않고 기술을 개발해 파트너사에 제공하는 사업 모델을 운영하고 있다. 현재 일본의 반도체 기업 라피더스(Rapidus)와 협력해 2나노 공정 양산 기술을 개발 중이며, 이번 0.7나노 기술 역시 향후 협력사를 통해 상용화가 추진될 전망이다.

업계에서는 AI 반도체 경쟁이 심화되는 가운데 미세 공정과 함께 새로운 3D 구조, 전력 효율 개선 기술이 차세대 반도체 경쟁의 핵심이 될 것으로 보고 있다.