휘어지는 스마트폰 나올까…플라스틱 CPU 상용화 '성큼' [임주형의 테크토크]

ARM, 코어텍스 M0 플라스틱화한 '플라스틱ARM' 공개
실리콘 반도체보다 공정 비용 저렴하고 '휘는 성질' 가져
실리콘에 비해 떨어지는 효율성은 단점
옷·식품·바코드 종이 등 '무궁한 잠재력' 기대

휘거나 접히는 성질을 가진 플라스틱 반도체 / 사진=프래그머틱

[아시아경제 임주형 기자] 오늘날 대부분의 반도체는 실리콘을 기반으로 만들어집니다. 실리콘은 모래를 원료로 삼기 때문에 원자재 가격이 저렴하고, 열에 강하기 때문에 대량 생산용 반도체 소재로 쓰이기에 안성맞춤이었습니다. 하지만, 반도체 수요가 급속도로 팽창하는 오늘날에는 실리콘이 아닌 다른 물질로 만들어진 반도체도 크게 주목 받고 있습니다. 일각에서는 플라스틱으로 만든 컴퓨터 칩이 등장할 가능성도 점쳐지고 있습니다.

◆플라스틱으로 만든 CPU, 대량 생산 임박

전세계에 반도체 설계도를 공급하는 글로벌 팹리스(fabless·생산시설 없이 설계만 하는 반도체 기업) 업체 'ARM 홀딩스'는 지난 7월 세계적 과학 저널 '네이처'에 화합물 반도체 관련 연구 결과를 발표했습니다.

ARM이 이 논문을 통해 발표한 새로운 반도체 기술은 '플라스틱ARM(plasticARM)'이라 불리는 완전히 새로운 유형의 컴퓨터 칩입니다. ARM이 기존에 개발했던 중앙처리장치(CPU)인 ARM 코어텍스 M0을 '플라스틱화'한 겁니다.

ARM이 발표한 이 플라스틱 CPU는 지금껏 발표된 비실리콘 소재 CPU 중 가장 진보한 형태입니다. 이와 관련, ARM 측은 논문에서 "이전에 발표된 플라스틱 기반 컴퓨터 칩보다 12배나 더 많은 1만8000개의 로직 게이트를 가진 칩"이라고 강조했습니다.

팹리스 기업 ARM 홀딩스가 공개한 '플라스틱ARM' 코어텍스 M0 중앙 처리 장치 / 사진=ARM

플라스틱 반도체는 현재까지 상용화된 적이 없습니다. ARM은 세계 최초로 이 칩을 대량 생산 단계로 옮기고자 합니다. 이를 위해 ARM은 지난 19일(현지시간) 공동 투자자들과 함께 영국 케임브리지에 본사를 두고 있는 화합물 반도체 파운드리 업체 '프래그머틱(pragmatIC)'에 약 8000만달러(943억원)의 자금을 투여했습니다. 화합물 반도체 생산에 특화된 이 업체는 자신들이 개발한 공정 기술을 이용, 코어텍스 M0에 기반한 플라스틱 컴퓨터 칩을 만들어낼 예정입니다.

◆휘는 성질, 저렴한 공정 비용…플라스틱 반도체 장점들

오늘날 CPU나 그래픽처리장치(GPU) 등, 복잡한 시스템 반도체들은 대부분 실리콘 같은 단원소 물질을 기반으로 만들어집니다. 두 가지 이상의 원소를 섞는 화합물 반도체는 전기차 파워 칩, 통신용 칩 등 제한적인 영역에 머물러 있었습니다.

하지만 플라스틱을 이용한 시스템 반도체 대량 생산이 가능해지면, 그 가능성은 무궁무진합니다. 우선 플라스틱은 실리콘과 달리 탄성이 있어 휘어질 수 있습니다. 즉, 플라스틱 CPU는 폴더블 스마트폰, 롤러블 디스플레이, 사물인터넷(IoT) 기기 등 접히거나 휘는 성질을 가진 전자기기를 만드는 데 필수적인 부품이라는 뜻입니다.

또 다른 중요한 장점은 바로 가격입니다. 실리콘 반도체를 제조하려면 우선 고순도의 실리콘을 만들어내야 하는데, 이 공정 과정에 막대한 비용이 소모됐습니다. 하지만 플라스틱 기반 반도체는 실리콘에 비해 상대적으로 공정에 드는 시간과 비용이 매우 적은 편입니다.

플라스틱을 소재로 한 반도체는 기존 실리콘 반도체처럼 빠르거나 효율적이지는 않지만, 좀 더 유연한 성질을 가졌다. / 사진=프래그머틱

ARM제 플라스틱 반도체 생산을 맡은 프래그머틱의 경우, 자신들이 직접 개발한 금속-산화물 필름 반도체의 공정에 드는 설비 투자 비용이 기존 실리콘 반도체 대비 무려 100배 이상 저렴하다고 주장합니다.

◆종이 옷 바코드 등 '다용도성' 기대

그러나 플라스틱 CPU가 상용화되려면 여전히 많은 난관을 극복해야 합니다. 우선, 가장 큰 문제는 이 기술이 실리콘 반도체에 비해 여전히 걸음마 단계에 불과하다는 겁니다.

ARM이 플라스틱화하는데 성공한 코어텍스 M0은 지난 2009년에 개발된 컴퓨터 칩으로, 오늘날 제작되는 실리콘 칩과의 성능 격차는 어마어마합니다. 설령 플라스틱 CPU의 상용화에 성공한다고 해도, 본격적으로 최신 전자제품에 탑재되려면 여전히 많은 연구개발 단계를 거쳐야 한다는 뜻입니다.

또 ARM은 플라스틱 칩의 소형화에도 애를 먹고 있습니다. 테크 전문 매체 '아난드테크' 분석에 따르면, 코어텍스 M0은 같은 성능의 실리콘 컴퓨터 칩보다 훨씬 거대합니다. IoT 같은 소형 전자기기에 쓰이기엔 아직 한계가 명확하다는 뜻입니다.

이런 한계에 대해 ARM 측은 플라스틱 칩의 '다용도성'을 강조합니다. 플라스틱ARM 연구를 이끈 ARM 소속 연구원 제임스 마이어스는 "(플라스틱 CPU는 실리콘 칩보다) 더 빠르거나, 더 효율적이지는 않다"면서도 종이, 옷, 식품용 바코드 등 온갖 제품에 탑재될 수 있다고 설명했습니다.

임주형 기자 skepped@asiae.co.kr