CPU는 수십억 개의 미세한 트랜지스터로 구성되어 있으며, 이 트랜지스터들은 전기적 신호에 따라 켜지고 꺼지면서 연산을 수행합니다. 트랜지스터는 작동 과정에서 전력을 소모하며, 트랜지스터의 크기가 작을수록 더 적은 전력이 필요합니다. 흔히 언급되는 “7nm” 및 “10nm”는 이러한 트랜지스터의 크기를 나타내는 단위입니다. “nm”는 나노미터의 약자로, 매우 작은 길이를 의미하며, 특정 CPU의 성능을 가늠하는 중요한 지표로 활용됩니다.
참고로, “10nm” 공정은 Intel에서 2019년 4분기에 출시될 예정인 새로운 제조 기술이며, “7nm” 공정은 일반적으로 AMD의 최신 CPU와 Apple의 A12X 칩에 적용된 TSMC의 제조 기술을 지칭합니다.
최신 공정 기술이 중요한 이유
과거에는 칩에 탑재되는 트랜지스터 수가 매년 두 배로 증가하고 제조 비용은 절반으로 감소한다는 무어의 법칙이 오랫동안 유효했습니다. 그러나 최근에는 이러한 기술 발전 속도가 점차 느려지고 있습니다. 1990년대 후반부터 2000년대 초반까지는 트랜지스터 크기가 2년마다 절반으로 줄어들면서 괄목할 만한 성능 향상이 이루어졌습니다. 하지만 트랜지스터 크기를 더 줄이는 것은 더욱 복잡해졌고, Intel은 2014년 이후 트랜지스터 축소를 이루지 못했습니다. 이러한 새로운 공정 기술은 특히 Intel에게는 오랜 침묵을 깨고 이루어낸 주요 발전이며, 무어의 법칙이 다시 한번 발휘될 가능성을 보여줍니다.
Intel이 뒤처진 사이, Apple은 TSMC의 7nm 공정으로 제작된 A12X 칩을 선보였으며, Samsung 역시 자체 10nm 공정을 활용하여 모바일 기기 시장에서 경쟁력을 확보하려 노력하고 있습니다. 또한 TSMC의 7nm 공정을 기반으로 한 AMD의 차세대 CPU는 성능 면에서 Intel을 능가할 가능성을 보여주며, 시장에서 Intel의 독점에 대한 건전한 경쟁을 유도할 수 있을 것으로 기대됩니다. 물론 Intel의 10nm “Sunny Cove” 칩이 출시되기 전까지의 이야기입니다.
“nm” 수치가 의미하는 바
CPU는 포토리소그래피 기술을 사용하여 실리콘 웨이퍼 위에 회로 이미지를 새겨 제작됩니다. 이 과정에서 사용되는 기술을 일반적으로 프로세스 노드라고 부르며, 이는 제조사가 트랜지스터를 얼마나 작게 만들 수 있는지를 나타내는 척도입니다.
트랜지스터 크기가 작을수록 전력 효율성이 향상되며, 이는 CPU가 과열되지 않고 더 많은 연산을 수행할 수 있다는 것을 의미합니다. 이는 CPU 성능을 제한하는 요인 중 하나를 해결하는 데 기여합니다. 또한 칩 크기를 줄여 생산 비용을 절감하고, 동일한 크기의 칩에 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있게 됩니다. 즉, 칩당 더 많은 코어를 탑재할 수 있습니다. 7nm 공정은 이전 14nm 공정에 비해 밀도가 두 배 더 높기 때문에 AMD와 같은 기업은 64코어 서버 칩을 출시할 수 있게 되었습니다. 이는 이전 세대의 32코어 (및 Intel의 28코어)에 비해 상당한 발전입니다.
현재 Intel은 여전히 14nm 공정 기술에 머무르고 있고, AMD는 곧 7nm 프로세서를 출시할 예정이지만, 이것이 AMD가 Intel보다 두 배 더 빠르다는 것을 의미하지는 않습니다. 성능은 트랜지스터 크기에 정확하게 비례하지 않으며, 특히 미세 공정에서는 이러한 수치가 더 이상 정확하지 않습니다. 각 반도체 제조사의 측정 방식이 다를 수 있으므로, 실제 전력 소비나 칩 크기를 정확하게 나타내기보다는 제품을 차별화하기 위한 마케팅 용어로 활용되는 경우가 많습니다. 예를 들어, Intel의 곧 출시될 10nm 공정은 숫자가 일치하지 않더라도 TSMC의 7nm 공정과 충분히 경쟁할 수 있을 것으로 예상됩니다.
모바일 칩 성능 향상
미세 공정 기술의 발전은 성능 향상뿐만 아니라 저전력 모바일 및 노트북 칩에도 큰 영향을 미칩니다. 7nm 공정(14nm 공정과 비교 시)을 사용하면 동일한 전력으로 25% 더 높은 성능을 얻거나, 절반의 전력으로 동일한 성능을 낼 수 있습니다. 이는 제한된 전력 환경에서 두 배의 성능을 효과적으로 구현할 수 있다는 것을 의미하며, 배터리 수명이 더 길어지고 더 작은 크기의 기기에서도 강력한 성능을 발휘할 수 있게 해줍니다. Apple의 A12X 칩은 스마트폰 내부에 수동 냉각 장치와 함께 장착되었음에도 불구하고 일부 구형 Intel 칩을 능가하는 성능을 보여주었습니다. 이는 시장에 출시된 최초의 7nm 칩 중 하나일 뿐입니다.
더 빠르고 전력 효율적인 칩은 기술 세계의 거의 모든 측면에 영향을 미치기 때문에, 미세 공정 기술의 발전은 언제나 긍정적인 소식입니다. 2019년은 이러한 최신 공정 기술이 적용된 제품들이 시장에 등장하면서 더욱 흥미진진한 해가 될 것이며, 무어의 법칙이 여전히 유효하다는 것을 확인하게 될 것입니다.