과학

반도체가 컴퓨터가 되는 과정 - overview

ㅎㅇ 원래 반도체가 컴퓨터가 되는 과정이라고 여기에 글쓰던게 있었는데

어느샌가 컴퓨터구조론글이 되어 버려서 ㅡㅡ

너무 오래 걸릴 것 같더라고 ㅎㅎ

그래서 그냥 어떤 분야들이 모이고모여서 실리콘이 컴퓨터가 되는가를 간단하게 알려주려고해! ㅎㅎ

 

반도체 분야는 워낙 만들 분야들이 모이기 때문에 서로 보는 단위도 달라!

그래서 보고 abstraction level이라고 추상화 단계라고 할 수 있는데 이걸로 나뉘어서 서로를 구분하고는 해

반도체나 회로 설계하는 사람들은 자기는 high level이니 low level이니 이런 단위를 쓸꺼야.

이거는 게임처럼 높은 레벨이라기 보다는 추상화하는 범위가 높은거야! high level일수도 거시적인 시점에서 본다고 할 수 있지

 

시작해볼께!!

ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ

1.jpg

 

먼저 반도체 공정의 시작 실리콘 웨이퍼야

이 원판에다가 레이저 같은 걸 이용해서 파고 전도성있는 물체나 다른 것들을 채움으로써 트랜지스터를 만들어

여기는 low level중에 low level이라고 할 수 있어

 

2.jpg

왼쪽 그림은 finfet이라는 기술로 만들어진 트랜지스터 그림이야, 오른쪽은 저걸 추상화 레벨을 한단계 올려서 회로 쪽의 트랜지스터 심볼이야

저런 트랜지스터를 모아서 CPU같은 걸 만들 수 있는데

웨이퍼에 얼마나 작은 트랜지스터들을 이용해서 만들수록 더 작은 칩이나 더 적은 전력소모를 낼 수 있는데

이런 기술력을 바탕으로 칩들을 만들어주는 회사가 우리나라의 삼성 DS부문의 파운드리 사업부나, 대만의 TSMC, 미국의 글로벌운드리 등등이 있지

아이폰이 삼성 파운드리 사업부의 14나노 공정으로 만들어졌다느니~ TSMC의 14+공정이니~ 이런 소리 하잖아? 

그건 애플에서 설계한 회로도면을 어느 회사의 반도체 제작 기술로 만들어졌냐, 뭐 이렇게 받아들이면 돼 ㅎㅎ

자 그럼 저 작은 트랜지스터로 어떻게 CPU를 만드냐?

 

 

3.jpg

먼저 논리 게이트를 알아야 해, 전기전자공학을 전공한 사람은 디지털 논리회로라는 과목에서 AND, OR, NOT 같은 논리 게이트를 배운적 있을꺼야

그 논리 회로는 트랜지스터들이 CPU가 되기위해 거쳐야하는 중요한 분야이지 ㅎㅎ

가장 왼쪽 회로도가 트랜지스터들을 이용해서 NAND라는 게이트를 만든거야. 가운데 그림은 저걸 실제 웨이퍼에 어떻게 그릴지에 대한 설계도고

오른쪽은 이걸 논리회로단계로 추상화단계를 올린 NAND 심볼이야 ㅎㅎ

아까 위에서 말한 파운더리 회사들이 자체적으로 우리 기술로 만들어지는 게이트들은 이런저런 특성을 가지고 있다~ 라고 메뉴얼? 같은 걸 만들어서

고객들한테 제공해 ㅎㅎ

 

4.jpg

논리 게이트들은 다시 모여서 특정 연산을 하는 하나의 연산기를 만들어

왼쪽 그림은 논리회로 레벨에서 1bit 덧셈기를 그린거고, 오른쪽은 레벨을 올려 논리 블록도 단계에서 1bit adder의 심볼이야.

이 때부터는 그냥 지도에서처럼 네모를 그리고 역할에 따른 이름을 그냥 써붙여 ㅋㅋ

위 그림에서 설명하는 1bit 덧셈기나, 입력 신호들중에 하나을 정해서 내보내는 MUX, 등등 다양한 역할을 하는 논리 회로들을

게이트들의 조합으로 만들어 내지. 이걸 만들어서 좁히는 이론은 디지털논리회로에서 논리식 AB = C 막 이런걸로 배우지.

근데 저기 1bit 연산기만 봐도 꽤 복잡한데, CPU같이 64bit 연산기 같은건 겁나 크고 복잡하겠지?

그래서 추상화단계를 올릴 필요가 있는거야.

 

5.jpg

자 그럼 이렇게 여러 역할을 논리 블록들을 이용한 CPU 설계도가 나왔네!

왼쪽은 intel cpu core의 논리블록도이고, 가운데는 이걸 실제 웨이퍼에 그렸을 때 칩하나를 찍은거야.

저게 패키징 작업을 끝내면 오른쪽같이 CPU칩이 돼 ㅎㅎ

캐시를 몇레벨까지 쓰고~ 쿼드 코어니~ 하는 얘기들은 다 이 단계에서 설계된다고 보면 돼

 

저렇게 각 레벨에서 설계하는 분야들은 다 따로따로고 쓰느 프래그램들도 다 다르지 ㅎㅎ 근데 그럼 프로그램들을 차차 거쳐서 결국엔 200억개나 되는 트랜지스터를 조합한 CPU를 만들 수 있는 거야 ㅎㅎ

이런걸 설계하는 회사가 인텔이나 퀄컴, AMD, 삼성 LSI사업부 등등이야.

 

 

 

6.jpg

추가로 다시 맨처음의 웨이퍼를 공정으로 통해서 칩을 그리고 나면 요렇게 나와.

이거 네모 하나가 위위 그림의 가운데꺼라고 보면 돼 ㅎㅎ 그럼 이거를 다 짤라서 네모하나를 패키징에서 CPU칩으로 내보내는거지.

 

7.jpg

 

그럼 이렇게 나온 칩들은 또 크게 한가기 역할을 하는 블록으로 간주돼. 그럼 이걸 블록들이 모아서 실제 main board PCB판에 어떻게 연결되고

동작할 것인지 설계하는 회사도 있지 ㅎㅎ asus같은 회사들이 이런걸 만드는 곳이지

 

자 여기까지 쭈욱 한번 훑어 봤어.

내가 이번글에서 설명해준 분야는 시스템반도체라고 불리는 분야야

보통 CPU나 모바일 칩 같은 연산기들을 설계하는 분야야.

 

삼성이나 하이닉스의 주력사업은 메모리반도체라고 불리는데.

CPU는 다양한 동작을 하기 위해서 여러 역할을 하는 논리 블록들이 다양하게 모여서.

다양한 동작을, 빠르게 하는게 목표였다면,

메모리는 같은 동작(데이터 저장)라는 회로를 같은 면적에 최대한 많이 넣어서

더 싸고, 큰 용량을 만드는게 목표라서

두 분야는 같은 반도체를 다루지만 성격이 많이 달라 ㅎㅎ. 사실 추상화 단계가 나뉘는건 오늘 알려준거랑 비슷한데

사진들은 다 완전히 다를꺼야 ㅎㅎ  기회되면 이쪽도 한번 소개 시켜줄께

 

좋은 밤되길 바래! 이거 쓰는거 생각보다 피곤하다!

 

 

94개의 댓글

24 일 전
@김쿠마

사실 반도체라기 보다는 대기환경, 공조/배기쪽 협력사야ㅋ 건설기획팀이랑 가까운 편이고ㅋ 장비 신설하고 유지보수쪽ㅋ

24 일 전
@2a9qo3vm3

아 그럼 아예몰겟다 ㅋㅋ 홧팅합시다

24 일 전
@김쿠마

하이닉스 고졸메인트 들가기 쉬움?

24 일 전
@펜스룰

메인트도 요즘은 다 초대졸 받는것같던데 잘모름

@김쿠마

초대졸로 메인트 들어가려면 스펙 최저 어느정도 되려나 전문대 반도체과 기준으로

23 일 전
@제꿈은부자백수입니다응원해주세요

몰겠음 그들의 채용스펙은..

22 일 전
@김쿠마

나도 협력사인데

하이닉스 특) 워런티 기간은 존나게 부른다 그냥 부른다

워런티 끝나면 절대 안 부른다

22 일 전
@리로이

워런티 끝나도 공짜로 해달라고 떼쓴다 아닌가? ㅋㅋ 개극혐

아 씨이발 과제해야하는데

 

실무에서 쿼터스 많이씀?

문들문들

24 일 전

인텔은 외계인을 데리고있는데 분명해

반도체 너무 힘들어 ㅠㅠ

24 일 전

5nm성공하고 3nm도전중이라 들었는데

또 3nm부턴 물리적으로 불가능하다던데

맞는말임??

24 일 전
@건전한닉네임1

지금은 불가능이 맞다

24 일 전
@구름참맑다

그게 양자역학 관련 문제 맞아? 너무 작아 양자영역 문제 생긴다는것같던데

24 일 전
@건전한닉네임1

그럴 줄 알았는데 걱정했던 양자역학문제는 조또 없고 누설전류가 제일 큰 문제일껄?

23 일 전
@건전한닉네임1

반도체구조적문제가생김 공간사이가 너무 작으면 반도체가되야할애가 도체가되버림

23 일 전
@구름참맑다

현재로는 가능한걸로 보임.

가능하니까 삼성 에서 3nm 비전나옴.

Finfet 대신 쓰일 gaa fet 하고 euv공정이 정확히 제시됨.

바로 내년에 내놓고. 21년에 생산시작함.

양자터널링 현상 문제는 소재 바꾸면 된다고 했는데 이미 대체 소재 찾았나봄.

 

글구보니 옛날에도 45nm밑으로는 절대로 불가능 하다고 했는데 이거 불가능론 깨부숨

22nm때도 그말했는데 그랬고.

14nm때도 에이 어케하냐 했는데 다음 공정 크기 때마다 이말 반복됨

23 일 전
@까악

그건 맞지 그래서 지금은 불가능이라고 써놓은거임 삼성에서 발표해야 가능해 지는거야 저쪽에서 뭔 지랄 하는지 쟤네밖에 몰라

23 일 전
@구름참맑다

그렇게 보는게 낫겠네.

7nm 내놓기 전 당시에도 대부분 몰랐으니까.

지금도 내놓기 전까진 아무도 모름.

24 일 전

전력반도체는 뭔지 전망이어떤지 설명해줄수있어??

24 일 전

그럼 원판에서 가장자리쪽에 남는 쪼가리는 다 버리는거야?

24 일 전
@알로에튀김

ㅇ 어차피 못씀 근데 살리려고 노력은 많이 함

23 일 전
@구름참맑다

그럼 애초에 왜 원판에다 하는겨

23 일 전
@불행인

범용성이 좋으니까

23 일 전
@불행인

애초에 실리콘 웨이퍼 만드는 방법이 원형으로밖에 안됨. 그리고 반도체 공정상 스핀코팅이니 뭐니 하면 어쩔수없이 원형이 제일 이상적임

23 일 전
@김쿠마

글고 가장자리 짤라버리는게 되게 생각보다 적음 밀리미터라단위라

24 일 전

컴구조론 배우고 오랫만에 보냉

 

래치 플립플롭도 다뤄주면 좋을것같음

@헬베티카

래치 플립플롭을 그냥 알려달라는거야? 아님 레지스터나 sram을 알려달라는거야?

열역학적 기줌으로 3nm가 현재 쓰는 재료로는 한계라는데 트루임?

23 일 전
@ㅁㄴㅇㄹㄴㅁㅇ

실리콘웨이퍼로 쓰먼 4nm 이하부터 양자터널링 현상 일어나서. 소재바꿔야 한다고 들음 

근데 이미 소재는 찾았는지 삼성 로드맵에 이미 공개됨 하긴 벌써 5nm에서 euv까지 내놓았던데.. 엄청 빠른 발전속도임.

3nm 는 gaa fet하고 euv로 내놓는다고함. 3nm부터 결국 Finfet은 버린다는거임

Tsmc는 현재 arifi로 7nm까지 갔다네

23 일 전

우와 수업에서 layed,myspice,mycad로 만드는거네... 저거 인강같은건없나?ㅠㅠ 수업때넘 힘들다

23 일 전

전자회로 논리회로 공부안했으면 봐도 뭔소린지 모를거같다

웨이퍼에 찍혀 나왔을때 가장자리 짤린부분들은 다 로쓰야?

23 일 전
@으라차차고모부

ㅇㅇ 넷다이가 아니라 해서 버리는부분인데 그 가장자리가 생각보다 되게 작음

23 일 전

삼성은 왜 CPU 안만들어?

23 일 전
@닉네임변경72

x86_amd64 라이센스 로열티 지불하고 쓸 권한이 딱히 없음. 덤으로 새로운 x86시장에 끼기에도 이미 암드 하고 인텔 둘이 자리잡으니 낄데도 없고 현재 암드64 로열티 를 쓰고있는 회사는 우리가 잘아는 인텔임.

회사가 못만드는건 아닌데 amd64 대체제 새로운 아키텍쳐 만드는거보다 , 모바일시장 뛰어들고 , 파운더리 하는게 효율적임. 데탑용 암드의 amd64가 워낙 우수할더러

인텔 ia 64는 특히 프레스캇 때 시원하게 망함.

원레 원조 인덕션 이미지는 인텔 인데.

암드가 한때 불도저 내놓고 뻘짓을 하는바람에 인텔이 한동안 자리잡음. 덕에 데탑용 cpu시장에선 일반cpu가 발전이 한때제자리 걸음함 4코어 우려먹기 14nm만 깎는 행위..

 

위 잡소리 치우고 다시 삼성얘기 들어가면 완전히 안 만드는건 아니고. 모바일용 arm 프로세서 cpu Apu정도는 만듦 설계하고 만들고 산업용 장치 임베디드에고 팔아먹고. 폰에도 사용하고.

컴퓨터용 cpu는 자체 생산 대신 tscm,글로벌파운더리 처럼 파운더리를 함. 암드 64 계열 라이젠 라던가 슈퍼컴퓨터에 많이쓰이는ibm power 계열 프로세서 주로 이걸 많이생산함.

별거아니네 완벽히 이해했어

23 일 전

저 실리콘 웨이퍼는 둥근데 네모나게 자르는거면 테두리의 제대로 안잘리는부분은 버리는거야?

@폴라리스

버림

22 일 전

반도체 공정에 쓰는 약품 만드는데 도움될거같다. 식각공정이나 디테일이 있음 좋겠다 ㅠ

22 일 전

일하다보면 관심은 가는데.. 어렵네ㅡ어려으ㅓ

18 일 전

신박하넹, 근데 웨이퍼는 왜 동그랗게 만들어? 네모나면 한판에 수량이 더 많이 나오는거 아닌가

16 일 전
@14060M

녹아있는 실리콘에서 위로 천천히 당기면서 잉곳을 만드는 거라 어쩔수 없이 원기둥 모양으로 생겨

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