전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 재계·경영

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 반도체 설계에서 배우는 상생 원리

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

반도체, '0'과 '1'이 공존해야 작동

실리콘 반도체 위에 프로세서나 메모리를 구현하기 위해서는 먼저 디지털 스위칭 기능을 담당하는 트랜지스터가 필요하다. 디지털 신호는 ‘1’과 ‘0’으로 표현하는데, 실제 반도체 내에서는 전자가 채워지거나 전자가 빠져 나간 상태를 의미한다. 그 상태를 만들려면 전류를 공급하기도 하고 전류를 빼 내기도 해야 한다. 이때 전류 스위치가 필요한데 그 역할을 하는 반도체 구조가 트랜지스터(Transistor)이다.

      김정호 카이스트 교수

실리콘 반도체는 대표적으로 CMOS(Complementary metal–oxide–semiconductor) 트랜지스터를 기반으로 설계되고 생산된다. CMOS는 '상보성 금속 산화막 반도체'라는 용어로도 통용된다. CMOS 트랜지스터 구조는 전력 소모가 적고, 단위 면적당 생산량이 높으면서, 신뢰성과, 수율이 높다. 인공지능 서버와 데이터 센터에 쓰이는 들어가는 반도체는 대부분 실리콘 기반 CMOS 트랜지스터 구조라고 보면 된다.

CMOS 구조에는 전류를 공급하는 스위치로 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터 종류인 PMOS(P-type MOS field-effect transistor) 트랜지스터가 사용되고 전류를 빼는 역할을 하는 스위치로 NMOS(N-type MOS field-effect transistor) 트랜지스터가 사용된다. PMOS, NMOS 트랜지스터가 합쳐져서 CMOS 스위치 구조가 된다. 그런데 PMOS 트랜지스터에는 전공(hole, 전자가 비는 상태)을 이용해 전류를 흐르게 하고, NMOS 트랜지스터는 전자 자체가 전류를 흐르는 특성을 이용한다.

이 두 가지의 상반된 PMOS, NMOS 트랜지스터가 같이 연결되고 협력해서 디지털 신호 ‘1’과 ‘0’을 주고 받고 저장한다. 이러한 소자들을 연결해서 회로를 만들고, 이 회로들을 연결하고, 시간에 맞추어 동작시키면 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈도 하고 궁극적으로 딥러닝 인공지능 알고리즘도 수행한다.

이처럼 실리콘 CMOS 기반 반도체에는 PMOS, NMOS 라는 서로 다른 성질의 트랜지스터가 공존하면서 조화롭게 협력해서 활동한다. 특히 각자 조화를 위해서 크기, 전류 구동능력, 스위칭에 걸리는 시간도, 균형 있게 조절하여 조화롭게 동작하도록 설계한다. 두 가지가 서로 공존함으로써 가치를 가진다. 디지털에는 ‘1’ 만 존재하지 않고 ‘0’ 만 존재할 수 없기 때문이다.

PMOS, NMOS 트랜지스터로 구성된 CMOS 인버터 회로도와 단면 구조, [출처 : 정보통신용어 해설]

반도체 송수신, 전기적 성질 맞춰야 이뤄져

인공지능 서버나 데이터센터 서버에는 빠른 속도의 데이터 처리를 위해 GPU(Graphic Processor Unit) 와 디램(DRAM)으로 구성된 컴퓨터 기판(PCB, Printed Circuit Board)이 필요하게 된다. 그 기판이 수백 장 수 천장 쌓이면 데이터 센터가 된다.

그런데 이 ‘1’과 ‘0’을 실은 데이터 전자파가 빛의 속도로 날아가는 기판 위의 회로 구조를 전송선이라고 한다. 이 전송선 위에는 전자파가 2가지 종류가 존재한다. 입사파(+z 방향으로 전진하는 전자파)와 반사파(-z 방향으로 꺼꾸로 전파하는 전자파) 2개가 공존한다. 그런데 데이터를 예를 들어 GPU 송신 회로에서 DRAM 수신회로로 보내기 위해서는 입사파만 존재해야 한다. 신호파가 반사해서 돌아오면 곤란하기 때문이다.

그러기 위해서는 전송선 뿐만 아니라 디램의 수신 회로가 서로 협조해야 한다. 그렇지 않으면 데이터가 수신되지 못하고 되돌아 간다. 데이터를 빛의 속도로 보내고 반사를 없애기 위해서는 컴퓨터의 기판 위의 전송선 뿐만 아니라 수신 반도체 회로의 임피던스(Impedance, Z)를 모두 동일하게 맞춰야 한다. 임피던스는 구조나 전송선, 회로, 소자의 전기적 성질을 나타내는 변수로, 컴퓨터나 반도체 설계 시에 항상 맞추어져야 한다.

이 과정을 임피던스 매칭이라고 한다. 우리가 생활 속에서 일상적으로 쓰는 용어로 ‘화합’, 또는 ‘협동’이리고 부를 수 있다. 혼자 성능이 좋다고 되는 것이 아니고 서로 전기적 성질을 조절해서 맞추어야 한다.

고주파 임피던스 매칭을 구현한 인공지능 AI 서버용 HBM(High Bandwidth Memory) 컴퓨터 기판 설계 패턴, [출처: KAIST]

한국 사회도 조화와 상생의 정신 필요

우리 사회는 현재 여러 가지 갈등 문제를 갖고 있다. 그것은 인간과 인류 역사의 본질이기도 하다.

정치적인 관점에서 보면 여야의 대립, 좌우의 대립, 그리고 진보와 보수의 대립이 첨예하다. 경제적인 관점에서 보면 빈부 격차의 확대, 대기업과 중소기업의 차이, 수도권과 지방의 불균형, 서울 강남과 강북의 환경차이가 있다. 그리고 대학 입시의 혼란 문제와 일부 지역의 아파트 값의 급상승이 큰 사회적인 문제를 일으키고 있다. 이 모두 나만 혹은 우리만 잘살고, 돈 벌고, 이익을 보자는 각 개인과 집단의 이익 지상주의에 뿌리를 둔다고 본다.

반도체에서 CMOS 소자의 균형과 상생의 원리를 배울 필요가 있다. 그리고 컴퓨터 신호 전송선에서 실현하는 임피던스 매칭 원리에서 협력와 상생의 원리를 배울 필요가 있다. 특히 일자리 문제와 양극화가 더욱 심해질 수 있는 4차 산업혁명 시대에 이러한 지혜가 더욱 요구된다.

 

joungho@kaist.ac.kr 

  

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]  

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
'내란 가담' 이상민 2심 징역 15년 구형 [서울=뉴스핌] 홍석희 기자 = 조은석 특별검사팀이 22일 12·3 비상계엄 당시 특정 언론사 단전·단수를 지시한 혐의를 받는 이상민 전 행정안전부 장관의 항소심에서도 징역 15년을 구형했다. 서울고법 형사1부(재판장 윤성식)는 이날 오후 이 전 장관의 내란 중요임무 종사 등 혐의 항소심 결심 공판을 진행했다. 조은석 특별검사팀이 22일 12·3 비상계엄 당시 특정 언론사 단전·단수를 지시한 혐의를 받는 이상민 전 행정안전부 장관의 항소심에서도 징역 15년을 구형했다. 이상민 전 행정안전부 장관. [사진=뉴스핌 DB] 특검은 "피고인은 특정 언론사의 기능을 완전히 마비시킴으로써 계엄에 비판적인 언론을 봉쇄해 위헌적 계엄에 우호적인 여론을 형성하려 했다"며 이 전 장관에게 징역 15년을 선고해 달라고 재판부에 요청했다. 또한 "본 사건은 대한민국이 수립한 민주주의에 대한 테러"라며 "미완성 이라는 이유와 사상자가 발생하지 않았다는 점은 이 사건의 양형 고려 사항이 아니다"라고 강조했다. 이 전 장관은 계엄법상 주무부처 장관임에도 윤 전 대통령의 위헌·위법적 계엄 선포를 방조하고, 특정 언론사 단전·단수 지시를 전달하는 등 내란에 순차적으로 공모한 혐의로 1심에서 징역 7년을 선고받았다. 특검은 1심 결심에서 징역 15년을 구형한 바 있다. 1심 재판부는 언론사 단전·단수 지시 혐의에 대해 "피고인이 법조인으로서 장기간 근무했고 비상계엄의 의미와 그 요건을 잘 알 수 있는 지위에 있었던 점과 피고인이 언론사 단전·단수에 대한 협조 지시를 하기 직전 경찰청장과의 통화를 통해 국회 상황에 대해 인식하고 있었던 점을 종합해볼 때, 피고인에게 내란 중요임무 종사의 고의 및 국헌문란의 목적이 있었다"며 유죄로 판단했다. hong90@newspim.com 2026-04-22 14:57
사진
한강, 노벨상 수상후 첫 독자 앞에 [서울=뉴스핌] 김용석 선임기자 = 한강 작가가 2024년 노벨문학상 수상 이후 처음으로 일반 독자와 만나는 공식 행사의 무대로 스페인을 택했다. 주스페인한국문화원은 21일 스페인 바르셀로나 현대문화센터(CCCB)에서 한강 작가의 소설 '바람이 분다, 가라' 스페인어판 출간 기념 독자 간담회를 열었다. 한강 작가가 노벨문학상 수상 이후 처음으로 일반 독자와 만났다. 바르셀로나 현대문화센터(CCCB)에서 열린 독자 간담회. [사진= 주스페인한국문화원] 한강과 스페인의 인연은 깊다. '채식주의자'는 2019년 스페인 고등학생들이 수여하는 문학상을 받은 바 있으며, 한강은 2023년에도 '희랍어 시간' 스페인어판 출간 기념으로 마드리드·바르셀로나를 방문해 독자들과 직접 만났다. 이번 행사의 직접적 계기가 된 '바람이 분다, 가라'는 올해 3월 스페인에서 출간된 한강의 여덟 번째 스페인어판 작품이다. 주인공 정희가 친구 인주의 죽음이 자살이 아니었다는 믿음을 온몸으로 증명하려 세상에 맞서는 내용이다. 이번 행사에서 한강 작가는 스페인 주요 문학상 수상 경력의 마르 가르시아 푸이그와 나란히 앉아 '극단적인 공감'을 주제로 대담을 나눴다. 집단적 트라우마, 애도, 침묵, 우정 등 한강 작품 세계를 관통하는 키워드들이 오갔다. "문학이 망각에 저항하고 집단적 상처를 돌보는 역할을 할 수 있는가"라는 질문과 대답이 오갔다. 스페인 바르셀로나 600석 규모의 현장 입장권은 판매 개시 1분 만에 매진됐으며, 추가로 마련된 온라인 중계 관람권 200석도 10분 만에 소진됐다. [사진= 주스페인한국문화원] 2016년 '채식주의자'로 국제 부커상을 수상한 한강은 2024년 대한민국 작가 최초로 노벨문학상을 수상했다. 스웨덴 한림원은 '채식주의자', '소년이 온다', '작별하지 않는다' 등 작품 세계 전반을 아우르며 "역사적 트라우마에 맞서고 인간의 삶의 연약함을 드러낸 강렬한 시적 산문" 을 수상 이유로 밝혔다. 노벨상 수상 후 첫 공식 행사는 2024년 포니정 혁신상 시상식이지만 독자와의 만남은 이번이 처음이다. 지난해 스페인에서는 정보라, 윤고은, 최진영 등 약 20명의 한국 작가가 독자와의 만남 행사를 진행했다. 신재광 문화원장은 "노벨문학상 수상 이후 처음으로 일반 독자와 만나는 자리가 스페인에서 열린 것은 한국문학에 대한 현지의 높은 관심을 방증한다"고 밝혔다. fineview@newspim.com 2026-04-22 12:51
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동