IC 설계(VLSI)와 팹 업무는 무엇이 다를까?

한마디로 채용 공고에서 말하는 VLSI는 대개 ‘칩을 설계하는 일’이고, 팹은 ‘칩을 제조하는 곳’이다. 설계하는 사람은 컴퓨터로 회로를 작성하고 검증하고 배치한다. 팹은 그 설계를 실리콘 웨이퍼 위에 한 층씩 만들어 낸다. 한쪽은 매일 화면과 시뮬레이션 결과를 마주하고, 다른 한쪽은 매일 장비와 계측 데이터, 멈추지 않는 생산 라인을 마주한다.

VLSI란? 채용 공고는 왜 다 이 말을 쓸까?

VLSI는 Very Large Scale Integration의 약자로, 우리말로는 ‘초대규모 집적 회로’라고 하며, 칩 하나에 아주 많은 트랜지스터를 넣는다는 뜻이다. 지금은 휴대폰 칩 하나에만 100억 개가 넘게 들어 있다. 이 말은 나중에 한 분야 전체의 이름이 되었다. 대학의 ‘VLSI 설계’ 과목이나 채용 공고의 ‘VLSI 엔지니어’는 대부분 이렇게 많은 트랜지스터를 실제로 동작하는 칩으로 설계하는 방법을 다룬다.

디지털 칩 하나를 설계할 때는 대략 다음 단계를 거친다.

1. 사양: 이 칩이 무엇을 해야 하는지, 얼마나 빨라야 하는지, 전력을 얼마나 아껴야 하는지 정한다.
2. 회로 작성: 하드웨어 기술 언어(HDL)로 회로의 동작을 작성한다. 프로그램을 짜는 것과 조금 비슷하다.
3. 검증: 시뮬레이션을 반복해 회로가 올바르게 동작하는지 확인한다. 일반적으로 이 단계가 설계 업무에서 큰 비중을 차지하는 경우가 많다고 한다.
4. 합성과 물리 설계: 작성한 회로를 논리 게이트로 바꾼 다음, 각 게이트를 칩의 어디에 둘지, 배선을 어떻게 연결할지 정한다.
5. 사인오프와 테이프아웃: 팹의 설계 규칙을 어기지 않았는지, 레이아웃이 회로도와 일치하는지 확인하고, 문제가 없으면 최종 설계를 팹에 넘긴다. 이를 테이프아웃(tape-out)이라 한다.

팹은 무엇을 할까?

테이프아웃이 끝나면 설계는 먼저 포토마스크 한 세트가 된다. 패턴의 층마다 적어도 한 장씩으로, 사진의 필름과 같다. 이어서 웨이퍼가 팹 안에서 수백 개 공정을 거친다. 빛으로 포토마스크의 패턴을 찍고, 필요 없는 부분을 깎아 내고, 박막을 한 층씩 키우고, 평탄화하고, 세정하고, 계측한다. 흔히 몇 주에서 몇 달이 걸린다. 팹 엔지니어가 맡는 것은 이 공정들이 안정적으로 진행되는지다. 장비, 레시피, 계측 데이터, 그리고 한밤중에 멈춰 선 장비까지. 일곱 개 공정 구역이 각각 무엇을 하는지는 ‘반도체 공장의 7개 공정 구역은 각각 무슨 일을 할까?’에서 읽을 수 있다.

두 분야는 무엇이 다를까?

	IC 설계(VLSI)	팹
근무 장소	사무실, 컴퓨터 앞	클린룸과 사무실 사이, 클린룸에 자주 들어간다
매일 쓰는 도구	설계 소프트웨어(EDA), 시뮬레이션, 프로그래밍 언어	장비, 계측 장비, 관리도와 방대한 데이터
흔한 전공	전기공학, 전자공학, 컴퓨터공학	화학공학, 재료공학, 물리학, 화학, 기계공학, 전기공학
업무 리듬	프로젝트와 테이프아웃 일정을 따른다	장비가 24시간 멈추지 않아 교대 근무나 당직(온콜)이 흔하다
실수의 대가	테이프아웃 뒤에 설계 오류를 발견하면 포토마스크를 고쳐 한 차례 다시 해야 할 수 있어, 비용과 함께 몇 달이 든다	한 공정을 잘못하면 로트 전체를 리워크하거나 스크랩해야 할 수 있고, 뒤에서 기다리는 로트까지 막힌다

이것은 흔한 모습일 뿐 규칙은 아니다. 설계 회사에도 팹을 자주 오가는 사람이 있고, 팹에도 하루 종일 프로그램을 짜서 데이터를 분석하는 사람이 많다. 각 전공이 팹에서 무엇을 하는지는 ‘어떤 전공이면 반도체 팹에 갈 수 있을까?’에서 읽을 수 있다.

두 분야는 어디에서 만날까?

설계와 제조는 각자 따로 일하지 않는다. 적어도 네 곳에서는 반드시 만난다.

• 설계 규칙: 팹은 먼저 설계자에게 선을 얼마나 가늘게 그릴 수 있는지, 두 선을 얼마나 가깝게 둘 수 있는지 알려 준다. 설계가 이 규칙을 따라야 팹이 만들 수 있다.
• 테이프아웃: 설계를 넘기는 그 순간이 두 분야가 인계하는 경계선이다.
• 시생산: 새 칩의 처음 몇 로트는 시생산이다(게임에서는 R&D 라인에서 한다). 설계자는 테스트 결과를 보고, 팹 엔지니어는 어느 공정의 문제인지 본다.
• 수율: 만들어진 칩 가운데 양품이 얼마나 되는지다. 수율이 나쁠 때는 설계가 한계에 너무 가까운지, 공정이 안정적이지 않은지를 함께 판단해야 한다.

채용 공고에 VLSI라고 쓰여 있으면 반드시 설계일까?

꼭 그렇지는 않다. 테스트나 패키징, 심지어 팹 업무까지 VLSI나 ‘반도체’로 적는 공고도 있다. 지원하기 전에 공고 설명에서 매일 하는 일을 살펴보는 것이 좋다. 하드웨어 기술 언어로 회로를 작성하고 시뮬레이션을 돌린다면 설계, 레시피를 조정하고 장비를 관리하고 계측값을 본다면 팹, 테스트 프로그램을 작성하고 칩 하나하나의 결과를 본다면 테스트다.

어떻게 고를까?

• 프로그램을 짜고, 컴퓨터로 시뮬레이션하고, 큰 문제를 여러 작은 블록으로 나누는 것을 좋아한다면 설계 쪽에 가깝다.
• 눈에 보이고 손에 잡히는 것을 좋아하고, 현장에서 문제를 풀고, 데이터에서 원인을 찾는 것을 좋아한다면 팹 쪽에 가깝다.
• 둘 다 좋아한다면 테스트, 제품 엔지니어링, 공정 통합처럼 중간에 있는 자리가 있다. 매일 양쪽을 조금씩 알아야 하는 자리다.

fab24hr에서는

fab24hr의 메인 스토리 ‘칩의 일생’은 설계가 넘어간 뒤부터 시작한다. 보청기를 만드는 작은 회사가 처음으로 직접 칩을 설계해 테이프아웃하고 포토마스크로 만들었다. 챕터 1~5에서는 R&D 라인에서 그 칩을 처음으로 만들어 내고, 테스트 결과를 보며 어느 공정의 문제인지 판단한다. 그 뒤 칩은 양산 팹과 후공정 공장을 거쳐 마침내 사용하는 사람의 손에 닿는다. ‘직장인의 하루’에서는 R&D 라인, 양산 팹, 후공정 공장에서 35개 역할 가운데 하나를 맡을 수 있다. 게임 속 회사, 칩, 인물은 모두 가상이다. 설계와 제조의 분업은 공개된 일반 자료를 바탕으로 썼으며, 회사마다 방식은 다르다.