“2040년 0.3나노 상용화” 반도체공학회 전망

로직 소자에 대한 소자 구조 및 공정 기술 핵심변수

반도체 미세공정 기술이 발전을 거듭해 2040년 0.3나노미터(㎚) 시대가 열릴 것이란 전망이 나왔다. 현재 3㎚에서 기술력이 10배 발전한 것으로 이론상 동일 면적 내 트랜지스터 집적량이 100배 이상 많아져 전력, 성능에서 큰 폭의 개선이 기대된다.

반도체공학회는 30일 '반도체 기술 로드맵 2025'을 발표했다. 지난 11일 열린 '반도체 기술 로드맵 포럼' 이후 로드맵 전문을 이날 공개했다.

로드맵은 지난 1월 신설된 비전전략위원회가 1년간 작업을 통해 향후 15년간의 기술 발전 방향을 예측하고 제시했다. 구체적으로 △반도체 소자 및 공정 기술 △인공지능 반도체 기술 △광연결 반도체 기술 △무선연결 반도체 기술의 네 가지 기술 분야를 다뤘다.

반도체 소자 및 공정기술은 내년 2㎚ 상용화를 시작으로 2028년 1.5㎚, 2031년 1.0㎚, 2034년 0.7㎚, 2037년 0.5㎚, 2040년 0.3㎚로 발전될 것으로 예측됐다.

소자 구조는 2㎚부터 게이트 올 어라운드(GAA)가 주류로 떠오르고 2028년 FCFET(Fork-Sheet Field Effect Transistor), 2034년 CFET(Complementary FET)이 도입된다고 봤다.

하지만 반도체 위탁생산(파운드리) 업체들이 기술적 한계에 부딪힐 것으로 예상했다. 3차원 게이트 구조 및 피치, 금속배선 피치, 게이트 길이 및 3D 적층 기능 등이 중요한 데 2030년 이후에는 이들의 미세화가 한계에 다다를 것이라는 분석이다.

인공지능 반도체는 전력사용량 대비 성능이 2025년 10TOPS/W에서 2040년 학습용 프로세세가 1000TOPS, 추론용 프로세서가 100TOPS/W로 발전한다고 전망했다.

광연결 반도체 기술은 2025년 100Gbps/lane이지만 2040년까지 PAM4 변조 방식을 채택해 800Gbps/lane까지 빨라진다고 예상했다. 시스템 간 연결을 위해서는 8레인 통합을 통해 6400Gbps 수준의 데이터 전송율이 달성될 것으로 분석됐다.

무선연결 반도체 기술은 2025년 현재 7Gbps 수준의 데이터 전송률이 밀리미터파 빔포밍 안테나 기술 등의 적용을 통해 1000Gbps까지 개선될 것으로 예측됐다.

반도체공학회는 한국 반도체 산업 발전 전략 수립에 기여하고자 매년 로드맵을 일부 개정해 발표하고, 3년 주기로 전면 개정할 계획이라고 강조했다.

박진형 기자 jin@etnews.com

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