폭증하는 반도체 제조 데이터…'CPU→GPU' 전환 시도

(자료:엔비디아)

대용량 데이터 처리에 그래픽처리장치(GPU)가 각광을 받고 있는 가운데 반도체 노광공정에도 GPU를 접목하려는 시도가 일고 있다.

4일 업계에 따르면 엔비디아는 최근 반도체 연구소 아이멕(IMEC)과 진행한 GPU 기반 가속 플랫폼 '쿠리소(cuLitho)' 연구 성과를 공개했다.

쿠리소는 엔비디아가 2023년 선보인 플랫폼으로 노광공정을 위해 이뤄지는 '광 근접 보정(OPC) 연산' 개선에 성능을 발휘하는 것으로 나타났다.

엔비디아는 기존 CPU 방식 대비 최대 35배 빠르게 OPC 연산을 수행이 가능했고, 인공지능(AI)까지 접목하자 이를 58배까지 가속할 수 있었다고 발표했다. 또 투자 비용은 7분의 1, 공간은 13분의 1, 전력 소모량은 15분의 1로 줄일 수 있다고 강조했다.

OPC는 노광공정에서 반도체 회로 패턴이 포토마스크에 그려진 대로 웨이퍼에 정확히 전사되도록 광학적 왜곡을 보정하는 작업이다. 'OPC 연산→보정된 패턴 데이터 생성→포토마스크 제조→노광공정에 투입' 순으로 이뤄진다.

문제는 공정 미세화가 진행될수록 OPC 작업에 필요한 연산량이 기하급수적으로 증가한다는 점이다. CPU만으로 이를 감당하려면, 반도체 제조사가 하이퍼스케일 데이터센터 수준 설비 투자가 필요한 것으로 전해졌다.

구체적으로 엔비디아는 5나노미터(㎚) OPC 연산을 CPU로 처리하려면 15메가와트(㎿)급 데이터센터 3개가 필요하다면서, 1㎚에서는 100개의 데이터센터로 급증한다고 지적했다. 이를 운용하려면 약 290만 가구가 1년간 사용할 수 있는 막대한 전기가 필요하며, 구축을 위한 부지 확보에도 어려움이 동반된다.

이에 엔비디아는 GPU 기반 가속 플랫폼을 해결 방안으로 꼽았다. 아이멕뿐 아니라 노광장비 업체 ASML, 반도체 설계 자동화(EDA) 업체 시높시스와 OPC 가속 연구를 이어가고 반도체 위탁생산(파운드리) 업체 TSMC를 통해 산업 현장에서 적용하고 있다.

회사 관계자는 “연산 수요는 기하급수적으로 증가하고 있고, GPU 기반 기존 연산 플랫폼은 이를 따라가지 못하고 있다”며 “엔비디아는 GPU 기반 가속 컴퓨팅이라는 해법을 만들어가고 있다”고 말했다.

박진형 기자 jin@etnews.com