최근 iPhone 6s/6s Plus의 AP(Apple A9 SoC)가 TSMC와 삼성, 두 곳에서 생산된다는 정보가 알려졌습니다. 정보에 따르면 A9은 FinFET(3D 트랜지스터) 설계의 새로운 SoC로, (지금까지와는 다르게) TSMC의 16nm FinFET 공정과 삼성의 14nm FinFET 공정 양쪽 모두에서 생산된다고 합니다.

여러 소비자 커뮤니티에서는 '삼성 제품이 성능이 좋다, 아니다 별 차이가 없다.'와 같은 논란이 계속되고 있는데, 사실 이것보다 놀라운 일은 A9이 두 가지 공정으로 생산된다는 사실 그 자체입니다. SoC를 최신 공정 기술을 지닌 2곳에서 생산하기 위한 설계는 엄청난 비용과 노력이 필요하기 때문이죠. A9과 같은 복잡하고 성능과 전력, 크기가 모두 요구되는 칩의 경우엔 더욱 그렇습니다. 뿐만 아니라 이러한 방식은 반도체 생산에 필요한 마스크(반도체 제조 공정 중 포토 공정에서 사용하는 미세한 전자회로가 그려진 유리판) 비용도 증가하게 됩니다. 그래서 오늘날의 칩 설계 회사들은 특별한 일이 없다면 한 파운드리에서만 칩을 생산하지, 이번처럼 여러 곳에서 생산하도록 하지 않습니다.

물론 초기와 후기의 생산 공정이 다른 경우도 있습니다. 예를 들어 초기엔 40nm 공정으로 칩을 생산했는데, 이후 28nm 공정으로 이전하는 것이 그러한 경우가 되겠죠. 그러나 이번 A9처럼 출시부터 두 가지 공정으로 생산되는 것은 매우 이례적인 일입니다. 


그렇다면 A9이 이렇게 이례적으로 생산되어 투입되는 이유는 무엇일까요?

그 이유는 아마도 애플이 원하는 수량을 한 파운드리에서는 확보할 수 없었기 때문일 것입니다. 혹은 확보할 수 없을 가능성이 있다고 판단한 것일 수도 있습니다. 아이폰 6s/6s Plus의 판매량이 첫 주에만 1천만 대를 초과한 것을 보면 더욱 그렇게 느껴집니다. 그러나 20nm 공정으로 생산된 A8은 TSMC에서만 생산되었다는 것을 고려하면 이 번 일은 전례 없는 일이라고 할 수 있습니다.

아마도 애플의 이러한 결정은 1년 이상 이전에 이뤄졌을 것으로 생각됩니다. 또한 A9을 2곳에서 생산하도록 분산하는 것은 어려운 일이기 때문에 어떤 절박한 이유가 있었을 것은 확실합니다.

만약 애플이 생산 수량 확보를 목적으로 A9의 생산을 분산한 것이라면, 그것은 초기 FinFET 공정의 수율이 떨어져 양산이 제한됐다는 것을 방증하는 것이라고 할 수 있습니다. 또한 TSMC에 생산을 위탁함으로써, 애플 이외 다른 고객사의 생산 용량을 압박하는 의미가 있을 수도 있습니다. 애플이 16nm FinFET 공정 라인의 대부분을 가져간다면, 타 고객사가 이 라인을 통해 칩을 생산하는 것은 제약이 발생하게 됩니다.

물론 차후 FinFET 수율이 좋아지고 양산 태세가 갖춰진다면 생산량 문제는 해결될 것입니다. 하지만 현재 상황을 보면 애플이 FinFET 공정 생산 용량 중 상당 부분을 차지하고 있을 것으로 보입니다.

추가로 삼성은 글로벌파운드리(GLOBALFOUNDRIES)와 14nm 공정을 협력하고 있습니다. 즉, 이것은 삼성에서 생산하던 A9은 거의 수정 없이 GLOBALFOUNDRIES에서 생산할 수 있다는 의미가 됩니다. 따라서 2016년 애플은 A9을 3곳에서 생산할 수도 있게 됩니다. 


[인텔과 TSMC, 삼성의 프로세스 노드 비교 (by Hiroshige Goto)]

현재 TSMC와 삼성은 FinFET을 양산할 수 있는 2대 업체입니다. TSMC는 16nm FinFET 공정을, 삼성은 14nm FinFET 공정을 가동하고 있습니다. 이 14/16nm라는 노드 숫자는 사실 상대적인 지표로 붙인 것이라고 할 수 있습니다. TSMC와 인텔의 14/16nm 공정은 모두 메탈 피치(배선층 사이의 거리)가 이전 세대인 20nm 공정과 동일하게 64nm로, 인텔 14nm 공정의 52nm처럼 최소 메탈 피치가 아닙니다. 하지만 TSMC와 다르게 삼성 공정은 게이트 피치가 78nm로 TSMC의 90nm보다 좁습니다. 따라서 같은 칩이라면 삼성의 공정에서 생산한 칩이 TSMC에서 생산한 칩보다 작게 됩니다.

Chipworks에 공개된 자료를 보면 A9의 삼성 버전은 96mm^2인데 TSMC 버전은 104.5mm^2라고 합니다. 즉, 삼성에서 생산된 칩이 8% 정도 작다는 것이죠. 삼성은 과거 자사의 14nm 공정이 TSMC의 16nm 공정보다 최고 14~15% 가량 다이가 작아질 수 있다고 발표한 바 있습니다. 이번에 실측된 자료를 보면 15%까지는 아니지만 삼성 공정이 스케일링에서 우위를 점한다는 것이 입증된 셈입니다.

공정의 차이는 당연히 성능과 소비 전력에도 영향을 줍니다만 이번의 차이는 그 정도까지로는 보이지 않습니다. 그러나 두 공정 모두 FinFET이므로 기존 공정보다 누설 전류가 크게 개선된 것은 확실합니다.

덧붙여 지금까지 생산된 애플 A 시리즈 SoC를 살펴보면, 다음과 같이 생산 공정이 변경되어 왔음을 알 수 있습니다.

- 애플 A4/A5: 삼성 45nm
- 애플 A6: 삼성 32nm
- 애플 A7: 삼성 28nm
- 애플 A8: TSMC 20nm
- 애플 A9: 삼성 14nm, TSMC 16nm


이번 아이폰 6s에서의 주요 개선점 중 하나는 메모리(RAM)입니다. 애플은 지금까지 사용되던 LPDDR3를 버리고 LPDDR4로 전환했습니다. 또한 용량도 기존의 1GB에서 2GB로 증가했습니다. 2GB라는 용량은 Android 계열의 최신 제품 수준에 간신히 접근한 것이며, 또한 Wide I/O 2 메모리의 적용은 또 다시 실패했음을 의미하고 있기도 합니다.

아이폰 6s/6s Plus가 Wide I/O 2 메모리를 사용하지 않은 것은 사실 Wide I/O 2 메모리의 양산이 되지 않고 있기 때문에 자명한 일이었습니다. Wide I/O 2는 LPDDR4보다 더욱 낮은 소비 전력으로 동작하지만, 생산 비용의 상승이라는 단점을 가지고 있습니다.

Wide I/O 2와 같은 새로운 메모리의 양산을 위해서는 대량 수요를 충족하는 애플과 같은 대형 고객이 필요합니다. 그 이후 양산에 추진력이 붙는다면 가격도 낮아집니다. 가격이 낮아지면 고객도 더욱 늘어나게 됩니다. 하지만 초기에 대량 수요를 필요로 하는 고객이 없다면, 양산도 되지 않고 비용 역시 낮아지지 않기 때문에 부정적인 순환에 빠져버리게 됩니다.

지금까지의 태도로 보아 애플은 메모리에 대해서는 상당히 보수적인 것으로 판단되며, LPDDR4가 아이폰 6s/6s Plus에서야 채택된 것도 생산량과 비용이라는 문제 때문일 것입니다.

어쨌든 FinFET 공정이 적용된 SoC와 함께 LPDDR4가 도입되었기 때문에, 아이폰 6s 세대는 저전력이라는 부분에서 한층 발전한 제품이라고 볼 수 있습니다.

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Source: http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/20151001_723559.html (by Hiroshige Goto)

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