반도체 전쟁...더 작은 칩을 만들기 위한 노력

안녕하세요 마네 7입니다. 전세계적으로 반도체 품귀현상이 일어나고 있으면 반도체에 들어가는 재료들도 전쟁등으로 인해 더욱 폭등하고 있습니다. 차량 제조 회사들은 차량에 들어가는 반도체를 못구해서 차량의 출고가 늦어지고 있습니다. 현대 자동차의 경우에는 인기있는 차종은 1년 이상 기다려야 한다고 하네요.

 

글로벌 칩 부족 현상이 지속되면서 반도체가 어떻게 만들어지는지 내막을 들여다보는 시간을 가져 봤습니다. 

 

요즘 반도체들은 어떤 것들은 인간의 머리카락 너비보다 10,000배 작은 500억개 이상의 작은 트랜지스터들로 만들어집니다. 그것들은 7층 높이의 거대한 최첨단 공장에서 만들어졌고 그 공장들은 하나에 축구장 4개의 길이와 맞먹습니다.

 

삼성전자 평택공장

마이크로칩은 여러 면에서 현대 경제의 생명선입니다. 그들은 컴퓨터, 스마트폰, 자동차, 가전제품, 그리고 수십 개의 다른 전자제품에 전원을 공급합니다. 더군다나 코로나 전염병 이후 전 세계의 수요가 급증했고, 이는 공급망 파괴를 초래하여 세계적인 부족을 초래했습니다.

이는 결국 인플레이션을 부채질하고 있으며 미국이 해외에서 제조된 칩에 너무 의존하게 되고 있다는 경종을 울리고 있게됩니다. 미국은 세계 반도체 생산능력의 약 12%만을 차지하고 있으며, 가장 진보된 칩의 90% 이상이 대만에서 생산되고 있습니다.

 

인텔의 칩을 만들기 위한 실로콘 웨이퍼

 

칩 제조 기술에서 오랜 기간 선두를 회복하려는 실리콘 밸리의 거물 인텔은 칩 부족을 완화하기 위하여 200억 달러의투자를 하고 있습니다. 이 회사는 애리조나 주 챈들러에 있는 칩 제조 단지에 완공하는 데 3년이 걸릴 두 개의 공장을 짓고 있으며, 최근 오하이오 주 뉴올버니와 독일 마그데부르크에 새로운 부지를 건설하는 등 잠재적으로 더 큰 확장 계획을 발표했습니다.

왜 이런 작은 부품들을 수백만 개 만드데 그렇게 큰 건설과 지출을 해야 할까요? Chandler와 Hillsboro에 있는 인텔의 생산 공장 내부를 살펴보면 몇 가지 해답을 얻을 수 있습니다.

 

칩 또는 집적 회로는 1950년대 후반에 부피가 큰 개별 트랜지스터를 대체하기 시작했습니다. 그 작은 부품들 중 많은 것들이 실리콘 조각에서 생산되고 함께 작동하기 위해 연결됩니다. 인텔은 마이크로프로세서라고 불리는 다양한 종류의 컴퓨터 연산 기능을 수행하는 칩으로 유명하게 되었습니다.

 

인텔은 마이크로프로세서의 트랜지스터를 놀라운 크기로 축소하는데 성공했습니다. 그러나 경쟁사인 대만 반도체 제조회사는 더 작은 부품을 만들 수 있는데, 이것은 애플이 자사의 최신 아이폰용 칩을 만들기 위해 이 부품을 선택한 주된 이유기도 합니다.

중국이 자국의 섬이라고 주장하는 대만에 기반을 둔 한 회사의 이러한 승리는 컴퓨터, 소비자 장치, 군사 하드웨어의 발전을 중국의 야망과 지진과 가뭄과 같은 대만의 자연 위협으로부터 위험에 빠뜨릴 수 있는 증가하는 기술 격차의 징후를 더합니다. 그리고 그것은 기술 선두를 탈환하기 위한 인텔의 노력의 핵심입니다.

 

인텔의 오래곤주 힐스보로 반도체 공장

 

칩 제조사들은 점점 더 많은 트랜지스터를 실리콘 조각에 채워넣고 있는데, 이것이 바로 기술이 매년 더 많은 것을 하는 이유입니다. 그것은 또한 새로운 칩 공장들을 만드는데 수십억의 비용이 들고 그것들을 지을 수 있는 더 소수의 회사들이 그렇게 해야만 살아남을 수 있는 이유이기도 합니다.

건물과 기계에 대한 비용을 지불하는 것 외에도, 회사들은 플레이트 크기의 실리콘 웨이퍼로 칩을 만드는 데 사용되는 복잡한 가공 단계를 개발하기 위해 많은 돈을 써야 하는데, 이것이 그 공장들이 "팹"이라고 불리는 연유입니다.

거대한 기계들은 각각의 웨이퍼에 칩의 디자인을 투영한 다음, 트랜지스터를 만들고 그것들을 연결하기 위해 재료의 층을 쌓고 에칭합니다. 한 번에 최대 25개의 웨이퍼가 자동화된 오버헤드 트랙의 특수 포드에 있는 시스템 사이에서 이동합니다.

웨이퍼를 처리하는 데는 수천 개의 단계와 최대 두 달이 걸립니다. TSMC는 4개 이상의 생산 라인을 가진 사이트인 "기가밥"을 운영하면서 최근 몇 년 동안 생산 속도를 높여왔습니다. 시장조사업체 테크인사이트의 댄 허치슨 부회장은 사이트별로 한 달에 10만개 이상의 웨이퍼를 처리할 수 있는 것으로 추산했습니다. 그는 아리조나에 있는 인텔의 100억 달러 규모의 공장 두 곳의 용량을 각각 약 4만 개의 웨이퍼로 추산하고 있다.

 

가공 후 웨이퍼는 개별 칩으로 슬라이스됩니다. 회로 기판 또는 시스템 부품에 연결하기 위해 테스트하고 플라스틱 패키지로 포장합니다.

트랜지스터를 더 작게 만드는 것이 더 어렵기 때문에 그 단계는 새로운 전쟁터가 되었습니다. 기업들은 이제 여러 개의 칩을 쌓거나 한 패키지에 나란히 깔아 하나의 실리콘 조각처럼 연결시키고 있다.

소수의 칩을 함께 포장하는 것이 이제 일상화된 곳에서, 인텔은 TSMC와 다른 회사들에 의해 만들어진 것뿐만 아니라 인텔 팹에서 생산된 것을 포함하여, 주목할 만한 47개의 개별 칩을 묶기 위해 새로운 기술을 사용하는 하나의 고급 제품을 개발했다고 합니다.

 

인텔 칩은 일반적으로 개당 수백 달러에서 수천 달러에 팔립니다. 예를 들어 인텔은 3월에 데스크톱 컴퓨터용 가장 빠른 마이크로프로세서를 739달러의 초기 가격으로 출시했습니다. 사람의 눈에는 보이지 않는 먼지 조각이 사람을 망칠 수 있습니다. 그래서 팹은 병원 수술실보다 더 깨끗해야 하고 공기를 여과하고 온도와 습도를 조절하는 복잡한 시스템이 필요합니다. 엄청난 고도의 주의를 기울여야 반도체를 생산할 수 있는 것입니다.

또한 팹은 값비싼 장비의 오작동을 유발할 수 있는 거의 모든 진동에도 영향을 받지 않아야 합니다. 그래서 팹 클린룸은 특별한 충격 흡수제 위에 거대한 콘크리트 슬래브 위에 지어졌습니다.

또한 엄청난 양의 액체와 가스를 움직일 수 있는 능력도 중요합니다. 높이가 약 70피트인 인텔의 최고층 공장들은 바로 아래 클린룸으로 공기를 순환시키는 것을 돕기 위해 거대한 팬을 가지고 있습니다. 클린룸 아래에는 생산 기계와 연결되는 수천 개의 펌프, 변압기, 전원 캐비닛, 유틸리티 파이프, 냉각기가 있습니다.

팹은 물을 많이 사용하는 작업입니다. 생산 공정의 여러 단계에서 웨이퍼를 세척하기 위해 물이 필요하기 때문입니다.

챈들러에 있는 인텔의 두 공장지대는 지역 전력회사에서 하루에 약 1,100만 갤런의 물을 끌어옵니다. 인텔의 미래 확장은 상당히 더 많은 것을 요구하게 될 것인데, 농부들에게 물 배분을 줄인 애리조나 같은 가뭄에 시달리는 주에 있어 큰 도전입니다. 하지만 농업은 실제로 칩 공장보다 훨씬 더 많은 물을 소비합니다.

인텔은 3개의 강과 우물 시스템에 의존하는 챈들러 사업장이 여과 시스템, 침전 연못, 기타 장비를 통해 사용하는 담수의 약 82%를 재활용하고 있다고 밝혔습니다. 그 물은 다시 도시로 보내져 인텔이 자금을 지원한 처리 시설을 운영하고 관개 및 기타 비음용 용도로 재분배합니다.

인텔은 지역 사회를 위해 물을 절약하고 복원하는 프로젝트에 환경 단체와 다른 사람들과 함께 일함으로써 2030년까지 애리조나주와 다른 주들의 물 공급을 증진시키는 것을 돕기를 희망하고 있다고 합니다.

 

미래의 공장을 짓기 위해 인텔은 3년 동안 약 5,000명의 숙련된 건설 노동자를 필요로 할 것이라고 합니다.

그들은 할 일이 많습니다. 인텔의 건설 책임자인 댄 도론은 이 지반을 발굴하면 분당 1대의 덤프트럭으로 운반되는 89만 입방 야드의 흙을 제거할 수 있을 것으로 기대된다고 말했습니다.

이 회사는 세계 최고층 빌딩인 두바이의 부르즈 칼리파를 건설하는 것보다 44만 5천 입방 야드 이상의 콘크리트를 붓고 10만 톤의 철근을 기초에 사용할 것으로 예상하고 있습니다.

일부 크레인들은 너무 커서 조립하기 위해 100대 이상의 트럭이 필요하다고 도론 씨는 말했습니다. 이 크레인들은 무엇보다도 55톤의 냉각기를 들어올려 새로운 팹을 만들 것이다.

1년 전 인텔의 최고 경영자가 된 패트릭 겔싱어는 팹 건설에 대한 보조금과 장비 투자에 대한 세금 공제를 제공하기 위해 의회에 로비를 벌이고 있습니다. 그는 인텔의 지출 리스크 관리를 위해 시장 변화에 대응할 수 있는 장비를 장착할 수 있는 팹 '쉘' 구축을 강조할 계획입니다.

칩 부족을 해결하기 위해, 겔싱어 씨는 다른 회사들이 디자인한 칩을 생산하려는 계획을 잘 해나가야 할 것입니다. 그러나 한 회사가 할 수 있는 일은 그 정도밖에 되지 않습니다. 전화나 자동차와 같은 제품들은 오래된 칩뿐만 아니라 많은 공급자들의 부품을 필요로 합니다. 그리고 어떤 나라도 반도체에서 홀로 설 수 없습니다. 미국내 제조업의 활성화는 공급 위험을 다소 줄일 수 있지만 반도체 산업은 원자재, 생산 장비, 설계 소프트웨어, 인재, 전문 제조를 위해 복합적인 글로벌 웹에 계속 의존할 수 밖에 없기 때문입니다.