화웨이 메이트60 '국산 칩' 이면: 중신인터내셔널 위탁생산, 채굴기 칩 실전 훈련이 성과의 공신
글: TechFlow 수리공
어제 가장 충격적인 시장 소식은 화웨이에서 나왔다. 여가 시간에 위챗 그룹을 살펴보니 암호화폐, 주식, 부동산 관련 위챗 커뮤니티에서도 한목소리로 화웨이의 Mate60을 논하고 있었다. 예고도 없이, 공지조차 없이, 아무런 마케팅 활동도 없이 화웨이는 갑작스럽게 '선봉 계획(Frontier Program)'이라는 이름으로 자사 공식 온라인 몰에 차세대 플래그십 스마트폰 Mate 60 Pro를 조기 출시했다.
모두가 가장 궁금해하는 것은 바로 그 칩—칩은 대체 어디서 왔는가?
2019년 5월 16일 미국 정부가 화웨이를 엔티티 리스트(Entity List)에 등재한 이후 화웨이는 전방위적인 기술 봉쇄를 당했고, 2020년 9월 14일에는 TSMC가 화웨이에 대한 칩 공급을 완전히 중단하면서 화웨이는 더 이상 사용할 수 있는 칩이 없게 되었다. 이로부터 지금까지 무려 1081일이 지났다.
현재 확인된 바로는 화웨이 Mate 60 Pro는 화웨이 하이실(HiSilicon)이 자체 개발한 키린(Kirin) 9000s 칩을 탑재했으며, 총 8개의 코어(4개 대핵 + 4개 소핵)를 갖추고 있고 최대 주파수는 2150MHz이며 GPU는 말룬(Maleoon) 910이다.
이 칩은 도대체 누가 생산했을까? 화강북(華强北)이 즉각 나섰고, 스마트폰 수리 유튜버들이 생방송으로 단말기를 분해한 결과 Mate 60 Pro CPU 칩 상의 번호가 2035-CN임을 발견했다. CN은 중국 본토를 의미하며, 이전 TSMC가 생산한 칩은 TW로 표기되어 있었다.
정답이 드러났다. Mate 60 Pro의 키린 9000s 칩은 SMIC(중芯국제)가 생산했다.
네티즌들이 공유한 휴대폰 스크린샷에 따르면 키린 칩은 5nm 공정이라고 표시되지만, 기술 전문가들의 일반적인 분석에 의하면 9000S는 진짜 5nm 공정이 아니라 SMIC의 N+2 공정이라고 한다.
SMIC는 중국에서 유일하게 14나노 FinFET 공정을 양산할 수 있는 기업이다. N+1 및 N+2 공정은 모두 14나노 FinFET 공정을 기반으로 개선된 것이며 DUV 리소그래피 장비를 사용하여 구현된 것으로, 미국의 제재를 우회한 것이다. (현재 가장 첨단 공정은 EUV 리소그래피 장비를 필요로 한다)
SMIC는 N+1과 N+2가 7nm 공정이라고 공식적으로 밝힌 적은 없다. 하지만 반도체 업계에서는 일반적으로 N+1 공정이 7나노 LPE(저전력) 공정에 해당하고, N+2 공정이 7나노 LPP(고성능) 공정에 해당한다고 평가한다.
Mate 60 Pro의 출하량은 또한 SMIC의 N+2 공정이 성숙한 양산 단계에 접어들었음을 알리는 신호이기도 하다. 그러나 많은 업계 관계자들은 크게 놀라지 않았다. 이미 2년 전부터 SMIC는 이미 N+1 기반 7nm 칩을 대신 생산하기 시작했으며, 당시의 고객은 바로 비트코인 채굴기 기업이었다.
2022년 7월, 해외 유명 역공학 분석 회사 TechInsights는 보고서를 발표하며 비트코인 채굴기업 MinerVa Semiconductor의 채굴 전용 칩을 분해·분석한 결과 이 칩이 SMIC가 생산한 것으로 밝혀졌으며 공정은 7nm라고 확인했다.
MinerVa Semiconductor 웹사이트에 따르면 이 IC는 이미 2021년 7월부터 출하되었으며, 이를 통해 추정컨대 SMIC는 2021년 초부터 7nm 공정의 양산 능력을 확보했다고 볼 수 있다.
업계 관계자가 TechFlow에 전한 바에 따르면, 중국 IP 및 반도체 맞춤 설계 분야의 선도 기업이자 동시에 채굴기 칩 설계업체인 심동테크(Sinodragon Technology)는 SMIC의 N+1 공정 최초 고객 중 하나였으며 2020년 말에 시험 생산에 성공했고, MinerVa Semiconductor의 이 채굴용 IC는 거의 확실히 심동테크가 설계한 것이라고 한다.
신규 공정 초기에는 일반적으로 수율(yield)이 낮기 마련이며, 파운드리 기업 입장에서는 수율을 지속적으로 향상시켜야 하고 이를 통해 다수의 고객을 확보해야 하지만, 그러기 위해서는 먼저 주문을 통한 시행착오가 필요한데, 이는 쉽게 악순환에 빠질 수 있다.
애플은 TSMC가 5nm 공정을 개발하는 과정에서 상당한 지원과 협조를 제공했고, 그 대가로 TSMC의 5nm 생산 능력의 50%를 독점했다.
SMIC는 TSMC처럼 강력한 영향력을 갖고 있지는 않지만 운 좋게도 "초저사양 버전의 애플"—캔란테크놀로지(Canaan Creative), 심동테크 등 채굴기 칩 설계 기업들과 만났다.
채굴기 칩은 SMIC에게 주문(돈)을 제공했을 뿐만 아니라, 수율을 향상시키는 연습의 기회도 제공했다.
채굴기 기업 캔란테크놀로지의 2021년 전화 회의 요약에 따르면, 캔란은 2019년부터 이미 SMIC와 협력해 왔으며 14nm 채굴기 칩을 공동 개발했고, SMIC는 일시적으로 N+1 공정 생산 능력의 95%를 캔란테크놀로지에 할당하기도 했다.
캔란테크놀로지 전화 회의 요약 20210301
채굴기 기업은 본질적으로 첨단 공정에 대한 수요가 크지만, 그렇다고 해서 웨이퍼 파운드리 기업들이 반드시 채굴기 기업에 첨단 공정 생산 능력을 배정해 줄 것이라는 보장은 없다.
예를 들어 TSMC는 구매 수요가 넘쳐나고 각종 스마트폰 기업들이 줄지어 돈을 내며 생산을 의뢰하므로 채굴기 기업을 꼭 우선시하지 않을 수 있다. 채굴업계 거물인 비트메인(Bitmain)은 과거 TSMC의 생산 능력을 확보하기 위해 한번에 모든 비용을 선불로 지불한 사례도 있다.
삼성은 엔비디아, 퀄컴 등으로부터 막대한 주문을 받았으며, 2020년 말 블록체인 관련 주문은 접수하지 않겠다고 공지하기도 했다.
채굴기 기업은 첨단 공정 생산처를 필요로 하고, SMIC의 신규 공정은 고객을 필요로 하며, 양측은 서로 손을 잡게 된 것이다.
수율 문제는 다른 칩 기업에게는 큰 문제가 될 수 있지만, 채굴기 기업에게는 그리 큰 문제가 아니다.
업계 관계자의 설명에 따르면 채굴 전용 IC는 구조가 비교적 단순하고 RAM 용량도 작아 새로운 공정으로 투입했을 때 수율이 다른 IC보다 훨씬 높은 편이다.
일반적으로 채굴 칩 하나 안에는 수십 개에서 수백 개에 달하는 코어(core)를 집적한다. 이러한 코어들은 병렬 처리를 수행하며 서로 간섭하지 않는다. 따라서 일반적인 칩은 한 단위가 고장나면 폐기될 수 있지만, 채굴 칩은 단지 한 코어만 영향을 받고 나머지 코어들은 계속 정상적으로 연산을 수행할 수 있다.
다른 칩들 사이에서 어떤 칩은 고장난 코어가 많고 어떤 칩은 적은데, 이로 인해 칩의 연산 능력에 차이가 발생한다. 이는 일반적으로 선별(sieving)을 통해 해결된다. 연산 능력이 뛰어난 칩은 고급형 채굴기에, 능력이 낮은 칩은 저급형 채굴기에 조립하는 방식이다.
한 대의 채굴기에는 수백 개의 칩이 집적되며, 일부 칩이 완전히 고장나더라도 전체 시스템에 큰 영향을 미치지 않기 때문에 채굴기 칩은 수율에 대해 높은 허용도를 가진다.
결론적으로 SMIC가 N+1/N+2 최신 공정을 시험하고 정착시키는 데 가장 절실히 고객이 필요했던 시기에 채굴기 칩이 앞장섰고, 이는 오늘날 화웨이 Mate 60 Pro 출시의 기반을 마련해주었다.
어떤 지도자가 채굴기 기업을 시찰하면서 말한 것처럼, ASIC 칩도 역시 칩이다.
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