칩렛의 대중화...인텔의 최신 기술 집합체 ‘메테오레이크’
EUV 활용한 인텔 4 공정으로 CPU 타일 양산
GPU, SoC, I/O 타일 등은 외부 파운드리 활용
AI 전용칩 VPU 메테오레이크 전 제품군 탑재
2023-07-06 노태민 기자
인텔 차세대 노트북 프로세서 '메테오레이크'(개발코드명)가 하반기 모습을 드러낸다. 인텔이 새롭게 적용하는 공정 기술에 업계 관심이 쏠린다. 메테오레이크에는 인텔 4(7나노) 공정, 포베로스를 활용한 칩렛 패키징, 비전프로세싱유닛(VPU) 등 인텔 최신 기술들이 대거 적용되는 제품이다.
메테오레이크는 타일(칩렛) 기반의 생산 기법이 적용된 첫 소비자 제품이다. 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 시스템온칩(SoC), 입출력(I/O) 등을 담당하는 개별 칩이 타일(칩렛) 형태로 패키징된다. 연산을 담당하는 CPU는 극자외선(EUV)를 활용한 인텔 4 공정에서 생산된다. 인텔 4는 EUV 공정이 적용되는 첫 선단 공정이다.
인텔 4는 EUV 공정이 적용되는 만큼 이전 대비 높은 성능 개선폭을 보였다. 인텔은 지난해 'IEEE VLSI 심포지엄'에서 인텔 4 공정이 이전 인텔 7 대비 트랜지스터 집적도는 최대 2배, 클럭은 최대 21.5% 향상 가능하다고 설명했다. 인텔은 메테오레이크 양산을 통해 인텔 4 공정 상용화가 시작될 것이라고 강조했다.
GPU는 TSMC의 5나노 공정, I/O와 SoC 타일은 TSMC 6나노 공정을 통해 양산한다. 이는 인텔의 IDM 2.0 전략의 주축이다. 팻 겔싱어 인텔 최고경영자(CEO)는 IDM 2.0 전략을 발표하면서 TSMC 등 외부 파운드리 활용 확대 계획을 밝힌 바 있다.
개별 칩 다이는 베이스 타일 위에 '포베로스' 방식 3D 패키징을 활용해 적층된다. 베이스 타일은 인텔 16(22nm) 공정으로 생산된다. 포베로스는 2018년 말에 인텔이 공개한 차세대 패키징 기술이다. 메테오레이크에는 2세대 포베로스 기술이 적용된다. 범프 피치를 36µm까지 축소해 개별 타일 간 신호 전송 속도를 개선했다.
인텔은 추후 범프 피치를 25µm 수준까지 줄일 계획이다. 인텔이 범프 피치 축소에 집중하고 있는 이유는 신호 전송 속도 개선을 위해서다. 칩렛과 같은 개별 다이를 이어붙이는 패키징 기술에서는 개별 다이 간 간격이 신호 전송 속도를 결정한다. 일반적으로 칩렛 기술을 적용한 반도체는 모놀리식 반도체에 비해 신호 전송 속도가 느리다는 인식이 있는데 이를 최소화하는 것이다. 개별 칩 다이의 발열 정도, 연산 속도의 차이 등을 유연하게 잘 조절해서 문제 없이 작동하게 하는 것이 핵심 기술이다.
인텔은 메테오레이크가 칩렛간 연결 기술인 개방형 UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express) 사양을 따른다고 설명했다. UCIe는 인텔, ARM, AMD, 구글 클라우드, 메타, MS, TSMC, 퀄컴, 삼성전자 등이 참여한 컨소시엄이다. 칩간 연결 표준을 수립하고 개방형 칩렛 생태계 조성을 위해 출범했다.
메테오레이크에는 인공지능(AI) 연산 전용 비전프로세싱유닛(VPU)이 탑재된다. VPU 탑재는 인텔 소비자용 제품 중 최초다. 메테오레이크 전 제품군에 적용된다. VPU는 문서 작업이나 화상회의 등 일상적으로 사용되는 프로그램 연산 처리에 활용된다. VPU에는 인텔이 인수한 모비디우스의 3세대 설계자산(IP)이 사용된다. 인텔은 VPU 상용화를 위해 마이크로소프트(MS)와도 협력한다. MS 다이렉트 ML, 인텔 오픈VINO, 개방형신경망교환(ONNX) 등에 개발자 도구를 제공한다. 소프트웨어 개발을 독려해 VPU 생태계를 확장하려는 의도로 읽힌다.
존 레이필드 인텔 부사장은 "AI 기술이 실생활에 적용되면서 컴퓨터에 많은 자원이 요구되고 있는 상황"이라며 "최근 몇 년 동안 오디오 노이즈 억제, 백그라운드 세분화 등 작업에 최대 50배 자원이 사용된다”며 VPU 탑재 배경에 대해 설명했다.
메테오레이크는 이외에도 새로운 전력 관리 방식을 도입해 전력 효율성과 배터리 수명을 늘리는데 초점을 맞췄다고 인텔은 소개했다.
업계에선 메테오레이크가 인텔 IDM 2.0 전략의 테스트베드라고 평가하고 있다. 인텔 4 공정, 포베로스, 외부 파운드리 확대 등 새로운 기술, 전략이 가미됐기 때문이다. 인텔은 하반기 양산 일정에 문제가 없다고 밝혔다. 향후 수억 개 이상의 제품 판매가 예상된다고 자신감을 내비치기도 했다.
디일렉=노태민 기자 tmnoh@bestwatersport.com
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