집적 회로(IC) 비용 계산 방식

 

 

안녕하세요,

반도체 칩(IC)의 제조 비용을 계산하는 공식을 쉽게 알아보도록 하겠습니다.

 

그 전에 공식에 들어가는 용어에 대해 알아보겠습니다. 

웨이퍼(Wafer)란? 

웨이퍼는 반도체 칩을 만들기 위한 기본 재료인 원판입니다. 주로 실리콘(Silicon) 재료로 만들어져 있으며, 반도체 소자의 기초가 되는 재료입니다. 웨이퍼는 크기가 꽤 큰 원판으로, 각 칩을 자르기 전에 여러 공정이 진행되는 곳이에요.웨이퍼의 크기는 보통 200mm, 300mm 정도인데, 큰 웨이퍼일수록 한 장에서 만들 수 있는 칩의 수가 많아집니다. 

 

AI 생성 칩 이미지

 

칩(Chip) : 칩은 웨이퍼에서 잘라낸 개별적인 작은 반도체 소자입니다.

각 칩은 마이크로프로세서나 메모리 등 다양한 기능을 할 수 있는 반도체 소자로 변환됩니다.

 

다이(Die) : "다이"는 사실 칩과 거의 같은 의미인데요. 위의 그림처럼 다이는 웨이퍼에서 실제로 잘라낸 개별적인 반도체 소자를 뜻합니다. 간단히 말해서, 다이는 칩을 만들기 위해 웨이퍼에서 잘라낸 작은 조각이에요. 이 다이가 잘 만들어지면, 그 안에 컴퓨터나 스마트폰 같은 전자기기에서 중요한 역할을 하는 반도체 회로가 들어갑니다.

1. 칩(Die) 당 비용 공식

 

즉, 웨이퍼(반도체 원판) 한 장의 비용을 칩(Die) 개수와 수율로 나누어 한 개의 칩 비용을 계산합니다.

용어 정리

• Cost per wafer → 웨이퍼 한 장을 생산하는 데 드는 비용 (고정됨)
• Dies per wafer → 한 장의 웨이퍼에서 얻을 수 있는 칩(Die)의 개수
• Yield (수율) → 정상적으로 작동하는 칩의 비율 (불량률과 반비례)

 

이 공식은 반도체 제조에서 칩 한 개당 가격을 계산하는 방식입니다.

쉽게 설명하자면, 웨이퍼라는 큰 원판에서 여러 개의 작은 칩(Die)을 잘라내는데, 이 칩들이 모두 정상적으로 작동하지는 않아요. 그 중 일부는 불량일 수 있죠. 이 때, 수율(Yield)이 중요한 역할을 합니다.

왜 이렇게 계산할까요?

1. 웨이퍼의 총 비용 (Cost per wafer)
   웨이퍼를 한 장 만드는 데 드는 총 비용은 고정되어 있어요. 즉, 웨이퍼 한 장의 가격은 변하지 않죠. 예를 들어, 한 장의 웨이퍼가 100달러라고 가정해 봅시다.
2. 한 웨이퍼에서 나오는 칩의 개수 (Dies per wafer)
   한 장의 웨이퍼에서 얼마나 많은 칩을 잘라낼 수 있는지에 따라, 각 칩의 가격이 달라집니다. 예를 들어, 한 웨이퍼에서 100개의 칩을 뽑을 수 있다고 할 때, 웨이퍼의 총 비용을 100개의 칩으로 나누면 칩당 가격이 나옵니다.
3. 수율 (Yield)
   하지만 모든 칩이 정상적으로 작동하는 것은 아니죠. 웨이퍼에서 나온 칩 중 일부는 불량일 수 있습니다. 수율은 정상적으로 작동하는 칩의 비율을 말합니다. 예를 들어, 수율이 80%라면 100개의 칩 중 80개가 정상이고, 나머지 20개는 불량인 셈입니다.

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수치 예시로 계산해볼게요

1) 수율 100%일 경우

수율이 100%라면, 웨이퍼에서 나온 모든 칩이 정상적이므로, 100개의 칩을 모두 정상적으로 사용할 수 있습니다.

• 웨이퍼에서 나오는 칩의 개수 = 100개
• 정상 칩 = 100개
• 칩 당 가격:

따라서 수율이 100%일 때는 칩 하나당 가격이 1달러입니다.

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2) 수율 80%일 경우

수율이 80%일 경우, 웨이퍼에서 나온 100개의 칩 중 80개만 정상적으로 작동하고, 나머지 20개는 불량입니다.

• 웨이퍼에서 나오는 칩의 개수 = 100개
• 정상 칩 = 80개 (수율 80% 적용)
• 칩 당 가격:

 

따라서 수율이 80%일 때는 칩 하나당 가격이 1.25달러입니다.

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3) 수율 50%일 경우

수율이 50%일 경우, 웨이퍼에서 나온 100개의 칩 중 50개만 정상적으로 작동하고, 나머지 50개는 불량입니다.

• 웨이퍼에서 나오는 칩의 개수 = 100개
• 정상 칩 = 50개 (수율 50% 적용)
• 칩 당 가격:

따라서 수율이 50%일 때는 칩 하나당 가격이 2달러입니다.

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결론은 수율이 낮아지면 칩 당 가격이 더 비싸진다

• 수율 100%: 칩 하나당 1달러
• 수율 80%: 칩 하나당 1.25달러
• 수율 50%: 칩 하나당 2달러

✔ 수율이 낮을수록 불량 칩이 많아져 정상적으로 작동하는 칩의 수가 적어지고, 그로 인해 칩 하나의 가격이 상대적으로 비싸지게 됩니다.

이렇게 수율이 가격에 미치는 영향을 쉽게 이해할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

2. 웨이퍼에서 칩 개수 계산

웨이퍼에서 칩 개수를 결정하는 요소

• Wafer area (웨이퍼 면적) → 일정함 (크기를 쉽게 바꿀 수 없음)
• Die area (칩 하나의 면적) → 칩이 클수록 웨이퍼에 들어가는 개수가 줄어듦
• 칩을 작게 설계할수록 웨이퍼 하나에서 더 많은 칩을 얻을 수 있음.

예를 들어,

• 작은 칩 (Die area 작음) → 웨이퍼에서 많은 칩을 생산 가능 → 비용 절감
• 큰 칩 (Die area 큼) → 웨이퍼에서 적은 칩만 생산 가능 → 비용 증가

3. 수율(Yield) 공식

✅ 수율을 결정하는 요소

1. Defects per area (결함 밀도) → 제조 공정의 품질에 따라 결정됨 (불량이 적을수록 좋음)
2. Die area (칩 면적) → 칩이 클수록 불량이 발생할 확률 증가
3. 제곱(²) 관계 → 결함이 많거나 칩 크기가 커지면 수율이 급격히 떨어짐

즉, 제조 공정이 정밀할수록 결함이 적고 수율이 증가하며, 칩 크기가 작을수록 불량률이 낮아져 생산성이 좋아짐.

 

4. 결론 (반도체 비용을 낮추려면?)

✔ 웨이퍼 비용은 고정이므로, 칩을 작게 만들고, 결함률을 낮추고, 수율을 높이는 것이 중요
✔ 최신 공정(예: 3nm 공정)은 결함률을 줄이는 기술이 핵심이며, 수율을 높이면 반도체 가격이 낮아짐
✔ 반대로 칩 크기가 크고 수율이 낮으면 반도체 가격이 급격히 비싸짐 (예: 고성능 GPU, 서버용 CPU 등)

✅ 요약

• 칩 크기가 작고, 제조 공정이 정밀할수록 비용 절감 가능
• 결함률이 높아지면 수율이 낮아지고, 비용이 증가
• 첨단 공정의 목표는 수율을 높이고 칩을 작게 만드는 것

이렇게 이해하면 반도체 제조 비용과 수율의 관계를 쉽게 알 수 있습니다!