3억 5천만 달러짜리 기계가 빛으로 AI 칩을 찍는 법

한 회사만 만들 수 있는 극자외선(EUV) 노광 장비를 중심으로 AI 칩의 설계와 제조 구조를 정리한다. 칩은 트랜지스터의 집합이며, Nvidia 같은 팹리스 기업이 설계하고 ASML 장비로 웨이퍼에 회로를 새긴다. 설계 검증, 공정 장비, 국가 간 기술 경쟁의 맥락까지 함께 다룬다.

⏱ 00:00영상은 한 회사만 만들 수 있는 기계를 소개하며 시작한다. 이번 편은 AI 스택의 2계층인 칩 설계와 그것을 만드는 장비를 다룬다. 앞선 편에서 전력, 냉각, 케이블을 다뤘다는 점을 짚고 넘어간다.

⏱ 00:39칩은 실리콘 위에 올린 수많은 스위치, 즉 트랜지스터의 집합이다. 각 트랜지스터는 켜짐과 꺼짐, 1과 0으로 동작하며 이를 복잡하게 연결하면 더하기, 비교, 기억, 판단이 가능해진다. Nvidia Blackwell AI 칩은 하나의 패키지에 약 2080억 개의 트랜지스터를 담은 것으로 소개된다. 무어의 법칙은 칩 위 트랜지스터 수가 꾸준히 늘어 온 흐름을 설명하는 말로 제시된다.

⏱ 01:53Nvidia는 가장 유명한 AI 칩 기업이지만 칩을 직접 만들지 않고 설계만 한다. 공장을 갖지 않는다는 뜻의 팹리스 방식으로, AMD, Apple, Qualcomm도 같은 구조다. 설계도를 그리는 건축가와 건물을 짓는 시공사에 비유된다.

ARM은 칩을 직접 팔지 않고 프로세서의 기본 설계를 라이선스한다. Google, Amazon, Microsoft, Meta도 데이터센터용 자체 AI 칩 설계에 나서고 있으며, 비용 절감과 특정 공급사 의존도를 낮추는 것이 이유로 꼽힌다.

⏱ 03:18칩 설계는 연필이 아니라 EDA라는 전자설계자동화 소프트웨어로 이뤄진다. 엔지니어는 칩이 할 일을 코드에 가까운 언어로 기술하고, 소프트웨어가 수십억 개의 스위치와 배선의 물리적 배치로 바꾼다. 제조 후에 발견된 오류는 수개월과 큰 비용을 치르게 하므로 반복 검증이 필수다.

최종 설계를 공장에 넘기는 순간을 테이프아웃이라 부르며, 이 작업은 캘리포니아, 케임브리지, 하이파, 신주, 벵갈루루 등 여러 지역에 걸쳐 이뤄진다.

⏱ 04:12설계도를 실리콘에 찍으려면 모래에서 시작해 고순도 결정을 키우고, 이를 얇은 웨이퍼로 자른다. 핵심 공정은 리소그래피로, 빛을 패턴에 통과시켜 감광액이 발린 웨이퍼에 회로를 새기는 방식이다. 더 미세한 패턴을 찍으려면 파장이 짧은 빛이 필요하며, 현재 최첨단은 파장 13.5나노미터의 극자외선 EUV다. 이 빛을 만드는 장비는 네덜란드의 ASML만 생산한다고 설명된다.

⏱ 05:09EUV 빛은 용융 주석 방울에 강한 레이저를 쏘아 만든 플라즈마에서 나온다. 플라즈마는 태양 표면보다 뜨겁고, 초당 최대 5만 번 빛을 방출한다고 소개된다. 공기도 이 빛을 흡수하기 때문에 광경로 전체는 진공에서 움직이며, 독일 Zeiss의 거울로 빛을 유도한다.

최신 High NA EUV는 2층 버스 크기에 무게가 약 150톤이며, 대당 약 3억 5천만에서 4억 달러로 언급된다. 대체 수단이 없어 업계의 병목 지점이라 불린다.

⏱ 06:11이 장비는 국가 간 기술 경쟁의 중심에도 있다. 네덜란드는 미국과 함께 ASML의 EUV 장비를 중국에 판매하지 않도록 제한하고 있다. 노광 외에도 증착, 식각, 검사 장비를 만드는 Applied Materials, Lam Research, Tokyo Electron, KLA 같은 기업들이 공정 전체를 떠받친다. 영상은 교육 목적임을 밝히고 있다.