[지식] 반도체의 법칙 - 무어의 법칙

[출처] 나무위키

 

무어의 법칙

인텔의 고든 무어가 1965년 발견한 것으로 반도체의 집적하는 트랜지스터 수가 2년마다 2배씩 증가한다는 법칙이다.

자연적인 법칙이 아니라 관찰을 통해 발견한 경험에 따른 법칙이다.

 

동일한 단위 면적에 두 배 이상의 회로를 구성하게 될 수 있어 더 세밀한 패턴의 구현이 가능해진다.

이 말인 즉, 더 많은 기능을 담을 수 있고, 생산성이 좋아진다는 뜻이다.

동일한 면적의 웨이퍼에 더 많은 내용을 집적시켜 성능을 향상시키고, 면적에 비례한다는 전력소모의 특성에 따라 같은 전력 소모로도 더 높은 성능을 낼 수 있어 전력 효율성이 증가한다.

[출처] 나무위키

무어의 법칙이 가지는 한계

 

1. 집적도의 한계

해당 법칙은 끝없이 적용될 수 없고, 집적도는 이제 거의 한계치에 도달했다.

5nm 정도의 미세 공정에서는 양자터널링 현상으로 인해 회로를 구성하는 원자의 전자가 다른 곳으로 워프하는 양자역학적인 문제가 발생해 근접 회로에 합성이 일어날 수 있다.

(현재 5nm의 공정이 적용되어 무어의 법칙이 깨지는 것이 늦춰졌지만 3nm 공정부터는 그 법칙이 깨질 것이라고 예상된다.)

 

어떻게 양자터널링 현상을 극복한 것일까?

 

2. 경제적 한계

 이전에는 기술이 발전할 수 록 그 집적도가 눈에 띄게 향상되어 원가 절감도 비례하여 이루어졌지만 이제는 그 증가율이 매우 미미해졌다. 뿐만아니라 28nm 이상의 공정에서는 집적도를 향상하는 것이 오히려 더 많은 제조비용이 드는 상황이다. 기술적 측면이 아닌 경제적 측면의 이유로 무어의 법칙이 깨질 수 있다는 것이다.

 

하지만 놀랍게도 2022년 TSMC는 4nm의 공정을 양산해 미디어텍에 납품하고, 3nm도 하반기에는 양산할 예정이라고 한다. 2050년에는 0.1nm의 공정을 개발할 것이라고 로드맵을 발표했으나 실현될지는 미지수.

 

가장 중요한 양자터널링 효과와 집적도의 증가로 인한 열 발생의 문제 등을 어떻게 해결했을까. 이미 이러한 문제들에 대한 해결책을 가지고 4nm의 공정이 양산된 것이라면 0.1nm 의 양산도 가능하지 않을까 생각해본다.