TSMC, A16에서 기존 설계 유지한 후면 전력 공급 검증

좁은 골목에 전선과 차량을 동시에 밀어 넣는 것처럼, 미세한 칩의 앞면에는 전력 배선과 신호 배선이 함께 놓인다. TSMC는 이 충돌을 피하기 위해 옹스트롬급 CMOS 플랫폼 A16에서 전력 공급 경로를 칩 뒷면으로 옮기는 기술을 개발·검증했다고 전자신문이 18일 보도했다.

핵심은 전력망을 옮기고도 설계의 앞면은 크게 흔들지 않았다는 데 있다. TSMC는 ‘슈퍼 파워 레일’ 방식을 적용해 칩 뒷면의 전용 접촉부로 각 트랜지스터의 소스와 드레인에 전력을 연결했다. 앞면의 게이트 구조와 셀 크기, 레이아웃 면적을 거의 바꾸지 않아 N2P 공정의 게이트 밀도와 설계 유연성인 나노플렉스를 유지했다는 설명이다.

기존 후면 전력 기술은 전력 배선을 분리하는 대신 셀 라이브러리와 셀 아키텍처를 다시 설계해야 하는 부담이 따랐다. 전자신문은 후면 전력 공급을 먼저 상용화한 인텔이 테스트 과정에서 핀 수와 금속 피치, 셀 구성을 조정했다고 전했다. TSMC의 접근은 전력 공급 방식을 바꾸면서 기존 설계 자산을 더 많이 이어가는 쪽에 가깝다.

수치로 보면 N2P 대비 같은 전력에서 속도를 8~10% 높이거나, 같은 속도에서 전력을 15~20% 줄일 수 있다. 칩 밀도도 8~10% 높아질 수 있다. 신호 경로가 복잡하고 전력 소모가 큰 AI 가속기와 고성능 컴퓨팅 칩에서 설계 변경 부담을 줄이면서 성능과 전력 효율을 함께 노릴 수 있다는 의미다. 이 수치는 TSMC의 개발·검증 결과이며, A16 양산은 올해 4분기부터 시작될 예정이다.

그래서 달라지는 것은 설계팀의 시간과 선택지다. 전력망을 뒷면으로 보내면서도 기존 셀과 설계 노하우를 활용할 수 있다면, AI와 고성능 컴퓨팅용 칩은 전력 효율을 높이는 과정에서 설계를 처음부터 다시 짜야 하는 부담을 덜 수 있다.