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IBM은 오늘 0.7nm(7 옹스트롬) 노드의 혁신적인 트랜스포머 아키텍처를 특징으로 하는 세계 최초의 1나노미터(nm) 미만 반도체 기술을 선보이며 중대한 반도체 돌파구를 발표했습니다. 이번 성과는 전통적인 칩 미세화의 물리적 한계에 직면한 업계에 기념비적인 순간을 기록했습니다. 반도체는 컴퓨팅에서부터 가전제품, 통신 장비, 운송 시스템, 주요 인프라에 이르기까지 모든 분야에서 중요한 역할을 담당하고 있습니다.

IBM의 새로운 1나노 미만 칩은 손톱만 한 크기의 칩에 거의 1,000억 개의 트랜지스터를 집적하며, 이는 2021년에 공개된 IBM의 2nm 칩보다 거의 두 배에 달하는 밀도입니다. IBM의 획기적인 3차원 나노스택(nanostack) 아키텍처를 포함한 일련의 구조적 및 재료적 혁신을 통해 가능해진 이 기술은, 칩의 기능이 원자 크기에 가까워짐에 따라 성능과 효율성의 지속적인 향상이 어떻게 여전히 가능한지를 입증해 보여줍니다.

발표된 기술 결과에 따르면, 이 새로운 칩은 IBM의 2nm 노드 칩보다 최대 50% 더 높은 성능 또는 70% 더 뛰어난 에너지 효율성을 제공하여 상당한 성능 도약을 이뤄낼 것으로 예상됩니다. 이를 통해 생성형 AI와 클라우드 인프라에서부터 차세대 전자 기기에 이르는 다양한 애플리케이션의 컴퓨팅 성능을 한층 강화할 것입니다.

IBM 리서치 디렉터이자 IBM 펠로우인 제이 가베타(Jay Gambetta)는 다음과 같이 언급했습니다. "IBM의 최신 칩 돌파구는 컴퓨팅 역사에 한 획을 긋는 순간으로, 기술을 나노미터 시대를 넘어 원자 규모의 영역으로 밀어붙였습니다. 우리의 새로운 나노스택 아키텍처를 통해 우리는 단순히 더 작은 트랜지스터를 만드는 데 그치지 않고, 극적인 성능 향상과 에너지 효율을 제공하기 위해 칩이 제조되는 방식을 재발명하고 있습니다. 업계 최초의 이 혁신은 차세대 기술을 선도해 온 IBM의 유산을 이어가며 다음 컴퓨팅 시대를 위한 기반을 마련합니다."

칩 디자인의 업계 돌파구, '나노스택'

이 칩을 생산하기 위해 IBM 연구원들은 업계에 최초로 알려진 3차원 나노시트(nanosheet) 기반 디자인인 '나노스택'이라는 완전히 새로운 트랜지스터 아키텍처를 개발했습니다. 나노스택은 IBM이 발명하여 현재 업계 최첨단 아키텍처로 자리 잡은 나노시트 기술을 넘어서는 중대한 진보를 나타냅니다. 나노스택 디자인은 3차원 순차적 통합(3D sequential integration)을 활용하여 트랜지스터를 수직으로 쌓고 교차 배치함으로써 하나의 칩에 더 많은 트랜지스터를 집적합니다. 또한 이 디자인은 적층된 각 레이어 내부에서 서로 다른 재료 조합을 사용할 수 있도록 하여, 각 트랜지스터의 성능과 전력 효율을 다른 트랜지스터와 독립적으로 최적화합니다.

IBM의 나노스택 아키텍처는 CMOS 통합 과정에서의 초박막 유전체 본딩(dielectric bonding), 듀얼 채널 엔지니어링 성능 시연, 그리고 예상된 스위칭 성능을 갖춘 기능적 CMOS 인버터 동작을 통해 실험적으로 검증되었습니다. 이러한 결과들은 나노스택 기술이 물리적으로 구현 가능하며 실제 연산을 지원할 수 있음을 확인해 줍니다.

추가적으로, VLSI 2026 심포지엄에서 발표된 새로운 연구에서 IBM 연구원들은 나노스택 아키텍처가 SRAM에서 40%의 미세화(scaling)를 제공함을 입증했습니다. 이는 칩 설계자들이 훨씬 더 효율적인 칩을 제작할 수 있는 길을 열어주는 동시에, 첨단 AI 워크로드의 고대역폭 데이터 요구를 지원할 수 있게 합니다.

이 획기적인 구조를 통해 로직 기술은 사상 처음으로 1nm 노드 아래로 확장되어, 크기가 개별 원자의 크기에 가까워지는 옹스트롬(angstrom) 수준 미세화 시대를 앞당기게 되었습니다. 현재 트랜지스터 노드는 정확한 물리적 치수보다는 제조 기술의 세대를 지칭하지만, IBM의 0.7nm 기술(7 옹스트롬으로도 불림)은 지속적인 미세화가 어떻게 계속 가능한지를 보여줍니다. 새로운 나노스택 아키텍처를 통해 IBM의 반도체 로드맵은 향후 최소 10년 동안의 미래 미세화 플랜을 투영하고 있습니다.

반도체 혁신에서 수십 년간 이어온 리더십 구축

이 돌파구는 반도체 R&D 분야의 리더로서 IBM을 증명하는 최신 지표입니다. IBM은 1960년대 초기 반도체부터 세계 최초의 2nm 노드 칩에 이르기까지 수십 년 동안 컴퓨팅 시스템을 구동하는 칩 개발을 전 세계적으로 선도해 왔습니다. IBM은 미래의 컴퓨팅을 구동하기 위해 개발된 실리콘, AI 하드웨어, 로직, 그리고 양자 프로세서의 최첨단에서 혁신을 지속하고 있습니다.

IBM과 파트너들은 뉴욕주 올버니에 위치한 첨단 반도체 연구 시설에서 이 작업을 수행하고 있으며, 이 시설에는 조만간 로직 미세화의 미래에 필수적인 고개구율 극자외선(High NA EUV) 노광 장비가 도입될 예정입니다. ASML이 개발한 이 기술은 초정밀 회로 프린팅을 가능하게 하여 더 작고 강력한 칩 제작을 지원합니다. 램 리서치(Lam Research), 도쿄 일렉트론(TEL), 스크린 반도체 솔루션(SCREEN Semiconductor Solutions)을 포함한 파트너들과 IBM은 새로운 High NA EUV 프로세스와 장비를 개발하기 위해 협력해 왔으며, 이미 작동 가능한 장치를 생산하는 성과를 거두었습니다.

IBM은 또한 최근 세계 최초의 순수 양자 파운드리인 '앤더런(Anderon)'을 설립할 계획이라고 발표했습니다. IBM의 독립 법인으로 출범할 앤더런은 업계를 선도하는 IBM의 양자 컴퓨팅 및 반도체 전문 지식을 활용하여, 미국이 전 세계 양자 웨이퍼의 대부분을 제조할 수 있도록 포지셔닝하는 데 기여할 것입니다.

1nm 미만 노드에서 나노스택 기술이 가장 빠르게 채택될 것으로 기대함에 따라, IBM은 빠르면 향후 5년 내에 양산에 들어갈 수 있는 경로를 내다보고 있습니다.