2나노미터(nm) 공정 기술은 반도체 제조에서 가장 진보된 기술 중 하나로, 매우 미세한 트랜지스터를 칩에 구현하는 것을 의미합니다. 이는 기술적으로 도전적이지만, 효율성과 성능 측면에서 중요한 진전을 제공합니다.

1. 2나노 공정 기술의 특징

– 트랜지스터 밀도

2나노 공정에서는 이전 세대(예: 3나노)에 비해 칩당 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있습니다. 이는 성능 향상과 전력 효율 개선에 기여합니다.

– 게이트 올 어라운드(GAA) 기술
2나노 공정에서는 GAA 기술이 주로 사용됩니다. 기존의 핀펫(FinFET) 구조 대신 채널을 여러 방향으로 감싸는 구조를 사용하여 전류 누설을 줄이고, 더 높은 전류 제어를 가능하게 합니다.

– 전력 효율성

낮은 전력 소비로 더 높은 성능을 제공하며, 모바일 기기와 데이터 센터와 같은 전력 민감 애플리케이션에서 중요합니다.

2. 생산 과정의 도전 과제

– 공정 복잡성: 트랜지스터 크기가 작아지면서 제조 공정이 더 정교하고 복잡해졌습니다. 이를 위해 극자외선(EUV) 리소그래피 기술이 필수적입니다.

– 소재 혁신: 기존 실리콘 기반의 한계를 극복하기 위해 새로운 소재(예: 나노시트 기술, 2D 소재 등)를 사용하는 연구가 활발합니다.

– 열 관리: 트랜지스터 크기가 작아질수록 열 발생과 관리가 더 어려워집니다.

– 비용: 2나노 공정에 필요한 제조 설비와 기술 개발 비용이 매우 높아, 소수의 선도 기업만이 이를 실행할 수 있습니다.

3. 주요 제조 기업

1)  TSMC

TSMC는 2나노미터(2nm) 공정 개발에 박차를 가하며, 2025년 4월부터 2나노 공정 시험 생산에 들어갈 것으로 알려져 있습니다.

애플이 TSMC의 2nm 공정의 주요 고객으로 예상되며, 차세대 아이폰과 맥, 아이패드 모델에 적용될 것으로 보입니다. 또한 AMD, 엔비디아 등도 TSMC의 공급을 기다리고 있습니다.

2) 삼성전자

삼성전자는 2025년 모바일용 반도체를 시작으로 2nm 공정 양산을 계획하고 있으며, 2026년에는 고성능 컴퓨팅(HPC), 2027년에는 자동차용 반도체로 적용 범위를 확대할 예정입니다.

시놉시스, Arm 등 반도체 설계자산(IP) 업체들과 협력을 강화하여 2nm 공정 기술 개발을 추진하고 있습니다

일본의 AI 유니콘 기업인 프리퍼드 네트웍스(PFN)로부터 2nm 기반 AI 가속기 반도체 수주에 성공하였으며, 이를 2.5차원 패키지 기술(I-Cube S)을 통해 양산할 계획입니다.

4. 응용 분야

– 고성능 컴퓨팅 (HPC): 인공지능, 머신러닝, 데이터 분석 등 대규모 연산이 필요한 분야에서 활용됩니다.

– 모바일 디바이스: 전력 효율이 중요한 스마트폰, 태블릿 등에 사용되어 배터리 수명을 연장하고 성능을 높입니다.

– 자동차: 자율주행 및 전기차용 칩에서 더 높은 연산 성능과 전력 효율을 제공합니다.

– IoT (사물인터넷): 소형 디바이스에서 효율적인 데이터 처리와 저전력 운영을 가능하게 합니다.

5. 미래 전망

2나노 공정 기술은 칩 제조업체 간 경쟁을 더욱 심화시키고, 반도체 산업의 패러다임을 변화시킬 것입니다. 향후 1.4나노 공정과 같은 더 미세한 기술로의 전환도 계획되고 있어, 반도체 산업의 혁신은 계속될 전망입니다.