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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 반도체 메모리도 휴식 필요한 이유

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반도체 메모리 디램, 전원 끄면 데이터 사라진다

4차 산업혁명 시대를 맞아 데이터의 중요성이 그 어느 때 보다 높다. 특히 데이터는 인공지능 학습에 필요하다. 그래서 데이터가 힘의 원친이 된다. 그런데 인공지능 프로세서가 데이터로 학습하거나 판단할 때, 꼭 메모리로부터 데이터를 받아 와야 한다. 그리고 계산 후에 다시 저장해야 한다.

      김정호 교수

여기에서 시간이 걸리고 전력이 많이 소모된다. 그래서 빠르게 읽고 저장할 수 있는 빨리 반응하는 반도체 메모리의 수요가 증가하고 있다. 반도체 메모리 중에 빠른 동작 속도를 나타내면서 아울러 가장 많은 수요를 차지하는 반도체 메모리가 바로 디램(DRAM, Dynamic Random-Access Memory)이다. 저장 밀도도 높고 나노 초 (10억분의 1초) 단위의 동작 속도를 보인다. 디램은 데이터를 유지하려면 지속적인 전기 공급이 필요하기 때문에 DRAM은 휘발성 기억 장치(Volatile Memory)에 속한다. 현재 삼성전자와 SK 하이닉스가 세계 디램 시장의 1, 2 위를 차지하고 있다.

디램은 가장 간단한 구조를 가지면서 경제성이 높은 반도체 메모리 기억장치이다. 디램에는 한 개의 트랜지스터(Transistor)와 한 개의 캐패시터(Capacitor)로 이루어져 있다. 이 다른 말로 축전기라고 부르는 이 캐패시터에 전자를 저장한다. 전자가 충분히 저장된 상태이면 디지털로 ‘1’ 이고 전자가 비어 있으면 디지털로 ‘0’ 인 상태가 된다. 그래서 디램 제작 공정 시에 최대한 작은 면적에 디램 셀(Cell)을 만들려고 좁은 면적에 3차원 구조의 캐패시터를 만든다. 거의 나노 미터(10억 분의 1 미터)급 크기에 100층 짜리 고층 빌딩을 건축하는 공사와 비슷하다.

그리고 이 캐패시터에 전자를 담았다 다시 꺼내기 위한 스위치 동작을 하는 것이 트랜지스터이다. 1개의 셀 트랜지스터와 1개의 스위치가 1 비트를 저장하는 장치가 된다. 그리고 이를 연결하기 위한 데이터용 비트라인(Bit Line), 주소를 알리기 위한 워드라인(Word Line)의 금속이 디램 내부에 격자로 배치된다. 그리고 이러한 셀들이 2차원으로 격자를 이루고, 그 주위로 센서회로, 쓰기 회로, 읽기 회로, 주소 생성 회로 등이 배치된다.

다만 디램의 단점은 전기를 끄면 데이터가 사라진다는 사실이다. 그래서 영원히 데이터를 기록하기는 불가능하다. 그래서 장기간 저장하기 위해서는 데이터를 지워지지 않은 낸드 플래쉬(NAND Flash) 메모리로 이동해야 한다. 그래서 컴퓨팅 서버에는 디램이 주로 사용되고, 데이터 센터에는 낸드플래쉬 메모리가 주로 사용된다.

반도체 메모리의 대표적 기술인 디램과 낸드플래쉬 메모리의 구조, [출처=네이버 블로그]
컴퓨터 프로세서 주변에 설치되는 SK Hynix 디램의 단면 전자현미경 사진, [출처=maltiel]

 

디램도 휴식이 필요해


그런데 디램에도 태생적인 문제가 있다. 캐패시터에 저장된 전자가 새어 나가는 전자 누설(Leakage) 문제이다. 오래 시간이 지나면 디지털 ‘1’ 로 저장된 전자가 거의 다 새어나가 디지털 ‘0’으로 변한다. 저장된 데이터 값이 변화하는 것이다. 특히 반도체 메모리의 소자의 온도가 올라가면, 전자의 활동 열 에너지가 높아져서, 전자가 셀에서 빠져나가 누설될 확률이 더욱 커진다. 또한 공정이 발달하여 캐패시터 유전체의 두께가 점점 얇아 진다. 그러면 더욱 전자가 유전체를 뚫고 나가 누설될 확률이 점점 더 높아진다.

이러한 디램의 근본적인 문제를 극복하려고 일정한 시간이 지나면 디램 셀에 가두어준 전자를 읽고 다시 데이터를 쓴다. 다시 말해서 새어 나간 전자를 다시 채우는 작업이다. 이러한 디램 동작을 ‘리프레쉬(Refresh)’라고 부른다. 이 리프레쉬 시간 동안 디램은 휴식을 취하고, 그 대신 데이터를 읽고 쓰기 동작을 하지 못한다. 프로세서와 데이터의 교환도 없다. 일종의 메모리의 ‘휴식’ 기간이 된다.

컴퓨터 시스템을 사용하는 모든 장치에서 디램은 저장장치로서 가장 많이 쓰이고 있다. 디램을 사용하는 동안 데이터를 계속 저장시켜 놓기 위해서는 지속적인 리프레쉬(Refresh)가 필요하다. 그러므로, 사용하지 않을 때에도 리프레쉬를 위해서 전력을 계속 소모하게 된다. 따라서 이 리프레쉬 동작이 반복적으로 지속되면 전력 소모는 증가하지만, 컴퓨팅 계산효율은 매우 떨어지게 된다. 이 리프레쉬 동작으로 디램의 데이터는 다시 복원되지만, 일은 잠시 멈추게 된다. 이처럼 어쩔 수 없이 디램도 휴식이 필요하다.

이렇게 전자가 누설되는 문제를 줄이는 또 다른 방법이 반도체를 냉각시키는 방법이 있다. 디램을 냉각하면 전자의 운동성이 느려져 디램 셀에서 전자가 새어 나갈 가능성이 줄어든다. 그래서 인공지능 서버나 데이터센터 서버 전체를 물속에 넣는 방법이 있을 수 있다. 그러면 온도가 0 도로 유지할 수 있다. 더욱 적극적인 방법은 컴퓨터를 아예 액체 질소에 넣고 냉각하는 방법이다. 디램을 포함하는 컴퓨터와 반도체 전체를 '액화질소(Liquified Nitrogen)’로 냉각하는 방법이다.

대부분의 질소가 기체 상태이며 자연상의 액체질소는 존재하지 않기 때문에 항상 기체 질소를 액화해서 제작하며, 액체 질소의 온도는 영하 - 196°C(77K) 이다. 매우 차가운 물질 가운데는 그나마 공기 중에서 근처에서 쉽게 구할 수 있다. 더 차가운 액체헬륨은 -269°C(4K)이다. 거의 전자의 열 운동 에너지가 정지한 상태이다. 그러면 이 온도에서 디램의 리프레쉬를 아주 드물게 하여, 컴퓨터 성능과 효율을 획기적으로 높일 수 있다. 그래서 미래의 인공지능 컴퓨터와 저장장치는 액체 질소 냉각통 안에 설치될 수도 있다.

영하 -196도 액체인 액체 질소와 그 기화 증기 사진, [출처= Thoughtco]

 

◆ 인간도 휴식 필요하다 

우리도 날씨나 일로 인해서 열을 받고 더우면 에어컨을 켠다. 찬 물에 샤워를 하기도 한다. 그래서 보통 휴가는 시원한 날씨와, 바다가 있는 휴양지로 간다. 경험에 따르면 유가지로 하와이 와이키키 해변이나 빅아일랜드(Big Island)가 최고의 장소이다. 머리를 식히는데 최적의 장소이다. 머리를 리프레쉬하는 장소이다. 이렇게 휴가를 가면 사물을 바라보는 시각이 긍정적으로 바뀌고, 생각이 낙관적으로 바뀌고, 에너지와 아이디어를 다시 충전하고 일터로 돌아온다. 더 나아가 창의적 발상을 하게 되고, 일을 하거나 해결할 신기한 방법도 얻게 되는 경우가 많다. 그래서 휴식과 휴가는 꼭 필요하다. 여름에 한달 씩 휴가를 간다면 일의 효율이 두 배는 더 늘 것 같다.

KAIST 에 프랑스 학생들이 교환학생으로 온다. 교수들에 의하면 아주 우수한 학생들로 평가 받는다. 특히 일의 집중도가 매우 높다고 한다. 정해진 시간에만 일을 하지만 창의적이고, 독창적이면서, 일의 완결도가 높다고 한다. 아마 프랑스에서 여름 3개월을 휴가를 가기 때문일 수도 있다. 4차 산업혁명 시대에 꼭 필요한 소자인 디램에서 배우는 삶의 지혜이다.

최고의 휴가지로 추천하는 하와이 와이키키 해변 전경. [출처=네이버 블로그 ]

 

 joungho@kaist.ac.kr

 

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]

 

[뉴스핌 베스트 기사]

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'젠슨 황 스캔들' 불똥 튄 백악관? [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 젠슨 황 엔비디아 전 최고경영자(CEO)와 중국 정보요원 의혹 여성 간의 불륜 스캔들 파장이 백악관에 번지며, 도널드 트럼프 대통령의 핵심 참모들이 이번 정치적 난맥상의 책임을 하워드 러트닉 상무장관에게 돌리기 시작했다. 12일(현지시간) 밤 월스트리트저널(WSJ)은 사안에 정통한 복수의 소식통을 인용해 러트닉 장관이 반도체 수출 통제를 지연시킨 행보, 퇴임하는 황 전 CEO와의 오랜 친분, 그리고 기존 행정부 인사들과의 불화 등을 이유로 행정부 내부의 집중 포화를 맞고 있다고 보도했다. 2026년 9월 2일(현지시간) 미국 노스캐롤라이나주 채플힐에서 열린 주요 20개국(G20) 혁신 장관 회의에서 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)(좌)와 악수하는 하워드 러트닉 미국 상무부 장관의 모습. [사진=로이터 뉴스핌] 러트닉 장관을 향한 압박은 황 전 CEO의 스캔들이 대통령 내각으로까지 번지고 있음을 보여준다. 소식통들에 따르면 이날 트럼프 대통령의 일부 참모들은 러트닉 장관을 둘러싼 내부의 거센 비판을 어떻게 수습할지 논의했다. 트럼프 대통령의 일부 정치적 측근들은 이미 대통령에게 러트닉 장관의 경질 방안을 건의한 것으로 전해졌다. 백악관은 성명을 통해 트럼프 대통령이 "상무장관과 그가 현대 역사상 가장 혁신적인 상무장관으로서 직무를 수행할 능력에 대해 전폭적인 신뢰를 유지하고 있다"고 밝혔으나, 추가 논평 요청에는 응하지 않았다. 상무부와 재무부 대변인 역시 논평을 거부했다. 비판론자들은 상무부가 미국산 인공지능(AI) 반도체의 동남아시아 수출 단속을 가로막으면서, 중국 정보원으로 의심받는 앨리스 황 같은 인물이 엔비디아와 사업할 수 있는 틈을 열어줬다고 지적한다. 실제로 상무부는 2024년부터 앨리스 황이 임원으로 있던 메가스피드 인터내셔널(이하 '메가스피드')의 반도체 수출통제 규정 위반 여부를 조사해 왔지만 블랙리스트(수출통제 명단) 등재까지는 나아가지 않아 국무부와 국가안보회의(NSC) 관계자들의 불만을 샀다. 현재 법무부는 앨리스 황과 연관된 다수의 수사를 주도하고 있다. 러트닉 장관은 트럼프 행정부 내에서 황 전 CEO와 가장 가까운 인사 중 한 명으로, AI 정책 결정 시 수시로 그에게 자문하고 그를 미국의 위대한 경영자 중 한 명으로 치켜세웠다. 황 전 CEO 역시 지난해 "러트닉은 행정부에서 내가 가장 자주 대화하는 인물"이라고 밝혔으며, 상무부는 이 발언 영상을 공식 소셜미디어에 게시하기도 했다. 트럼프 대통령의 일부 측근들은 러트닉 장관이 수출 통제에 소극적으로 대응함으로써 엔비디아와 황 전 CEO에게 방패막이 역할을 해줬다고 대통령과 고위 참모들에게 호소해 왔다. 정작 트럼프 대통령 본인도 중국 기업들이 미국산 반도체에 계속 의존하도록 만드는 것이 더 중요하다는 황 전 CEO의 논리에 동조하며 고강도 수출 제한에 반대해 왔고, 황 전 CEO의 불륜 사실을 보고받고도 조치를 취하지 않았다. 그럼에도 참모들은 지난해 관세 정책 혼선 등에 대한 기존 불만까지 더해 러트닉 장관에게 이번 사태의 책임을 집중시키는 모양새다. 행정부의 갈등은 최근 백악관 집무실 회의에서 폭발했다. 소식통들에 따르면 이 자리에서 스콧 베선트 재무장관과 고위 관리들은 상무부가 중국 및 안보 우려국으로의 엔비디아 칩 판매를 막지 못한 점을 놓고 러트닉 장관을 강하게 추궁했다. 2024년 대선 승리 후 정권 인수기 당시 재무장관 자리를 놓고 경쟁했던 두 장관은 그동안 산발적으로 충돌해 왔다. 황 전 CEO 스캔들로 행정부와 엔비디아의 유착 의혹이 불거지자 베선트 장관 등은 러트닉 장관에게 책임을 돌리려 했으나, 행정부 내 다른 인사들은 재무부 역시 앨리스 황이나 메가스피드를 제재하지 않았다며 베선트 장관에게 역공을 가했단 전언이다. 의회의 초당적 압박도 거세지고 있다. 수출 통제를 관할하는 상원 은행위원회의 팀 스콧 위원장(공화·사우스캐롤라이나)은 12일 밤 황 전 CEO와 러트닉 장관에게 다음 달 3일 청문회 출석을 요구하는 서한을 발송했다. 내년 민주당이 다수당이 돼 차기 상원 은행위원장으로 유력시되는 엘리자베스 워런 상원 은행위 민주당 간사(매사추세츠)도 조사를 예고한 상태다. wonjc6@newspim.com   2026-11-13 11:02
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"KB캐피탈도 뚫렸다" 1811명 개인정보 유출 [서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = KB캐피탈이 해킹 공격으로 고객과 협력사, 임직원 등 총 1811명의 개인정보가 유출됐다. 회사는 관련 시스템과 서버를 중지하고 보안 조치를 강화했으며 정보 유출로 손해가 발생하면 전액 배상하겠다는 방침이다. 13일 금융권에 따르면 KB캐피탈은 지난 10일 악의적인 공격으로 자동차 임대자산 관리시스템에 저장된 고객과 협력사, 임직원의 개인정보가 유출된 사실을 확인했다. 현재까지 파악된 유출 인원은 총 1811명이다. KB캐피탈은 이날 홈페이지에 '개인정보 유출 관련 안내'를 게시하고 유출 항목과 대응 조치 등을 설명했다. [서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = KB캐피탈 홈페이지에 올라온 '개인정보 유출 관련 안내' 2026.11.13 yunyun@newspim.com 자동차 임대자산 관리시스템은 차량 임대자산을 관리하기 위한 내부 시스템으로, 주로 KB캐피탈 임직원과 협력사 직원들이 이용한다. KB캐피탈은 해당 시스템이 금융거래와는 무관하다고 밝혔다. 유출 대상자 가운데 일반 고객은 차량 임대 및 탁송 업무 등과 관련해 개인정보가 저장됐던 20명이다. 유출된 고객 정보는 이름과 생년월일, 휴대전화번호, 주소, 차량번호다. 협력사 및 임직원 정보는 사용자계정과 이름, 휴대전화번호, 전화번호, 부서명, 회사명, 직함 등이 포함됐다. 개인별 유출 항목은 서로 다르며, 홈페이지에서 구체적인 유출 항목을 확인할 수 있다. KB캐피탈은 유출 사실을 인지한 뒤 대상 시스템과 서버를 중지해 접근 경로를 차단하고, 비정상 접근 모니터링 등 보안 조치를 강화했다고 밝혔다. 유출된 개인정보를 이용한 웹사이트 명의도용과 보이스피싱, 파밍 등 2차 피해에도 주의를 당부했다. 본인 확인을 빙자한 출처 불명의 문자메시지나 메일에 담긴 링크를 클릭하지 말고, 회사나 택배사를 사칭한 전화·문자를 통한 개인정보 및 금융정보 입력 요구에 응하지 않도록 안내했다. 정보 유출 관련 문의는 상담센터를 통해 접수한다. 피해자는 손해배상을 청구하거나 개인정보분쟁조정위원회에 신청해 구제받을 수 있다. KB캐피탈 측은 "정보유출로 인한 손해가 발생한 경우 전액 배상토록 할 예정"이라며 "심려를 끼쳐 드리게 된 점 다시 한번 진심으로 사과드린다"고 말했다. yunyun@newspim.com 2026-11-13 09:52
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  • 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.
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