얼마전에 반도체의 수율 이야기가 언급된 글이 있었는데, 예전부터 느꼈지만 수율이란 단어를 너무 광범위하게 쓰더군요.
몇 명한테나 도움이 될지는 모르겠지만 한번 써봅니다.
1. 사전적 정의
input 대비 output 입니다. 1매의 wafer 에 500개의 die 를 찍어낼 수 있을 때 450개의 good die를 확보했다면 수율은 90% 가 되죠.
2. Good die 의 정의
위에서 언급된 good die의 정의는 test 시 정해진 spec을 만족하는가? 입니다. 우리(?)가 생각하는 성능과는 약간의 거리가 있습니다.
정해진 spec 이란 건 defect에 의해 chip 이 동작하지 하냐 아니냐?를 떠나서 leakage (배터리와 관계), 속도(bench 등의 성능?점수등) 등의 최소한의 spec이 있어 상품화되었다면 당연히 chip이 동작하면서, leakge 나 속도(GHz)도 만족해야 합니다.
단.. 요즘에는 multi core가 대세이기 때문에 예를 들어 10개의 core 중 8개가 동작한다면 2개를 동작 못하도록 만들고, 나머지 8개만 활성화 시켜 싼 가격에 파는 경우가 있습니다. 이건 요구 spec이 낮아진 경우겠죠.
아니면, 생산하다 보면 속도가 느린 놈, 빠른 놈등의 편차가 있기 마련인데, 인텔의 경우 빠른 놈은 비싸게 팔아먹고 있죠.
어쨌거나, 시장에 나온 놈들은 상품화를 위한 spec은 모두 만족하는 놈들이죠.
3. Hardware 커뮤니티에서의 수율의 의미
일단 시장에 나온 놈들은 상품화 spec을 만족하는 good chip들인데, 소비자들은 이 놈들 중에서도 또 수율을 따지는 경우가 있습니다.
overclock이라는 것 때문에 그런데.. 커뮤니티에서는 overclock 효율을 '수율' 로 표현하는 경우가 있더군요.
상품화 spec이란 건 최소 spec 이라서 더 좋은 놈들이 끼어 있을 수 있거든요.
상품화 spec이 3Ghz 라고 했을 때 생산품의 산포는 3.3Ghz도 있을 수 있겠죠.
그런 경우 overclock를 시도했을 때 성공할 가능성이 높을 텐데.. 이런 경우 수율이 높다고 표현합니다.
4. 품질
품질은 수율과 다르게 양품으로 출하된 상품이 문제없이 제품 수명동안 동작할 수 있느냐를 따집니다.
제조 업체 입장에서는 수율만큼이나 중요한 문제인데, 일반적인 경우 문제가 안 될 수준까지 보증할 수 있게 만들어서 상품화 하죠.
가끔 문제가 되는 경우가 있는데.. 이건 공정에 예측하지 못한 문제가 발생했거나, 수명 모델이 맞지 않아서 예측대비 낮은 이슈입니다.
수율이 좋으면 보통 품질도 좋지만, 절대적으로 상관관계가 있다고 이야기 할 수는 없죠.
번외 : 성능이란..
성능에 포함되는 범주가 너무 많아서 코에 걸면 코걸이, 귀에 걸면 귀걸이인 경우가 많습니다.
하지만, 몇가지의 척도가 있습니다.
1. Tr 성능
보통 반도체 세대별로 따질 때 쓰는데, transistor 의 Ids 를 말합니다. off current(leakage) 대비 on current를 말할 때도 있습니다.
2. leakge
요샌 모바일 기기가 많아서 전성비(전력 대비 성능비)를 따질 때가 많은데, 이럴 때는 off current 를 많이 따지죠.
stand by leakage, dynamic leakage 둘 다 중요합니다.
3. Speed
흔히 benckmark 점수랑 관계있는데, 그 칩의 한계성능과 관련되어 있습니다.
빠를수록 전력을 무지막지하게 빨아먹는데, 전력을 무한정 공급한다고 한계속도를 극복하는게 쉽지는 않습니다.
보통 전력에 free한 PC 환경에서의 overclock 과 밀접한 관계가 있죠.
이보다 조금 더 자세하게 쓸 수는 있지만, 그런 경우 써도 되느냐? 의 문제로 옮겨갈 수 있어서 이쯤에서 마칩니다.
TSMC가 짱입니다. 삼성이 TSMC를 조금이나마 따라잡을까 말까 하다가 3, 4나노 공정을 완전히 망쳐버린 덕에 TSMC를 견제할 파운드리회사가 없어졌습니다. 그래서 향후 몇년간은 엔비디아가 잘나가도 TSMC가 잘나가고, AMD가 잘나가도 TSMC가 잘나가고, 애플이 잘나가도 TSMC가 잘나가게 됩니다.
공정기술이 뛰어난 회사와 돈 잘 멀어서 주가가 높은 회사가 일치하진 않죠.
현재 종합 반도체는 intel 이 1등이고, 메모리는 삼성이 1등, foundry는 TSMC가 1등입니다.
intel의 1등은 가끔 삼성이 뒤집고 있으니 빛이 바래긴 했는데, 메모리와 TSMC는 분야가 달라서 누가 더 잘하냐? 이런 건 성립하지 않죠.
반도체 분야만 한정한다면, 개인적인 미래전망으로는.. 가까운 거리에 추격자가 있는 메모리의 삼전보다는, 추격자가 있긴 한데 꽤 차이가 있어서 당분간 압도적인 1위를 유지할 수 있는 TSMC가 좀 더 밝은 미래가 있을 것 같긴 한데, 하루 아침에 바뀔 수도 있는게 반도체 판이라...
같은 품번의 동일 제품인데 싼게 있고 비싼게 있다는 의미죠.
위에 언급한 성능은 모두 analog 영역이예요. 이야기하신 '랭킹' 은 good chip 들을 어떻게 상품화 할 것인지? 에 대한 문제라 수율과 약간의 거리가 있습니다.
spec을 어떻게 잡느냐에 따라 같은 wafer의 수율은 달라질 수 있습니다.
3ghz로 작동하는 반도체를 만드는게 목적이면 500개를 찍었을때
2.8ghz로 동작하는거 50개 , 2.9로 동작하는거 100개, 3ghz 200, 3.1ghz 100, 3.2ghz 50개 이렇게 나온다고 치면
대략 30%가 정상 작동 한다고 보면 되는거죠
그리고 3ghz에 못미치는 놈들도 만약 코어를 몇개 죽인다던가 아님 캐시를 죽이면 동작 클럭이 오르는 경우도 있구요
오버클럭 할때는 3ghz를 통과한 놈을 뽑느냐 아님 3.2ghz를 통과한놈을 뽑느냐에 따라서 최종 오버클럭 한계가 달라지겠죠
원래 수율은 반도체가 상품화 spec을 만족하느냐 아니냐의 이분법으로 구분해서 이야기하는 건데, 본문에 언급한 것처럼 확장해서 쓰는 경우가 있는 경우가 있는 겁니다.
예를 든 경우에 수율은 3Ghz 이상이 (200+100+50)/500 = 0.7 이니 70% 의 수율입니다. 최소 spec만 만족하면 good chip이죠.
굳이 정정하자면 공정 쪽이죠. 위에 언급한 내용는 Memory 와 LSI 를 모두 포함한다고 생각합니다.
그런데.. 공정하고 디자인은 남자/여자 차이만큼이나 거리가 있어서 겉핥기 수준이 아닌 둘 다 아는 사람이 있기나 하는지 모르겠네요. 공정과 설계, 그 중간 쯤에 있다고 생각되는 Test eng'r 들도 공정 이해도가 높은 사람은 극히 드물거든요. 반대로 마찬가지고요.
공정관련 공부를 하려면 어떤 방법이 있을까요?
학생인지? 아니면 신입사원인지 모르겠지만, Integration 을 이해하기 위해서라도 8대 공정에 대한 기본 지식은 있어야 하죠.