전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 반도체 메모리도 휴식 필요한 이유

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

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

※ 번역할 언어 선택

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]

사진
李지지율 40.2% 취임후 최저 [리얼미터] [서울=뉴스핌] 박찬제 기자 = 이재명 대통령의 국정 지지율이 6주 연속 하락하며 취임 후 최저치를 기록했다는 여론조사 결과가 24일 나왔다. 리얼미터가 에너지경제신문 의뢰로 지난 18~21일 전국 18세 이상 유권자 2026명을 대상으로 조사한 결과, 이 대통령의 국정수행 긍정 평가는 40.2%로 집계됐다. 지난주보다 2.8%포인트(p) 떨어졌다.  부정 평가는 전주보다 2.8%p 오른 56.9%였다. 긍정과 부정 평가의 격차는 16.7%p다. 잘 모름은 3.0%였다. [서울=뉴스핌] 이재명 대통령이 18일 청와대에서 을지국가안전보장회의(NSC)를 주재하고 있다. 2026.0818 [사진=청와대] 권역별로는 전남광주·전북(8.8%p↓), 대구·경북(3.1%p↓), 대전·세종·충청(2.7%p↓), 인천·경기(2.3%p↓)에서 하락세가 두드러졌다. 또 50대(4.7%p↓), 30대(4.4%p↓), 20대(2.4%p↓) 등에서도 지지율이 떨어졌으나, 60대(3.2%p↑)와 중도층(1.2%p↑)에선 지지율이 올랐다. 리얼미터는 "용산공원 주택 공급 논란으로 부동산 정책에 대한 불신이 커졌다"며 "조희대 대법원장 서면 제청과 헌법 개정 추진을 둘러싼 여야 갈등, 한·미 연합훈련 축소에 따른 안보 불안까지 겹치면서 보수층과 70세 이상 고령층의 이탈이 확대된 것이 하락 요인으로 보인다"고 진단했다. 지난 20일부터 21일까지 전국 18세 이상 1009명을 대상으로 진행된 정당 지지도는 더불어민주당 41.9%, 국민의힘 37.6%로 조사됐다. 민주당 지지율은 전주보다 6.0%p 하락했고, 국민의힘 지지율은 4.5%p 올랐다. 두 당의 지지율 차이는 4.3%p로 오차범위(±3.1%p) 안이다. 조국혁신당은 3.9%, 진보당 2.3%, 개혁신당 2.0%로 나타났다. 무당층은 9.7%로 집계됐다. 리얼미터는 민주당에 대해 "전당대회 종료에 따른 컨벤션 효과가 소멸했다"며 "용산공원 주택공급을 둘러싼 부동산 정책 갈등과 김민석 지도부의 지명직 최고위원 인선을 둘러싼 당내 갈등 노출이 겹치며 지지율이 하락한 것으로 보인다"고 진단했다. 국민의힘 지지율에 대해선 "여권의 부동산·정국 운영 논란과 한·미 연합훈련 축소에 따른 안보 불안을 집중 부각하면서 보수층 결집과 민주당 이탈층을 흡수했다"며 "30대·70대 이상 및 대구·경북 등에서 지지세를 확대해 상승한 것으로 풀이된다"고 해석했다. 대통령 국정 수행과 정당 지지도 조사 모두 무선 자동응답 방식으로 이뤄졌다. 대통령 국정 수행 지지도 조사의 표본오차는 95% 신뢰수준에 ±2.0%포인트, 응답률은 3.2%였다. 정당 지지도 조사의 표본오차는 95% 신뢰수준에 ±3.1%포인트, 응답률은 2.9%였다. 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다. pcjay@newspim.com 2026-08-24 08:56
사진
단 49분...안세영, 세계선수권 우승 [서울=뉴스핌] 남정훈 기자 = '배드민턴 여제' 안세영(삼성생명)이 부상을 털어내고 돌아온 세계선수권에서 단 한 게임도 내주지 않는 완벽한 경기력으로 3년 만에 정상에 복귀했다. 여자 단식 세계랭킹 1위 안세영은 23일(한국시간) 인도 뉴델리에서 열린 2026 세계배드민턴연맹(BWF) 세계선수권대회 여자단식 결승에서 세계 2위 야마구치 아카네(일본)를 49분 만에 2-0(21-17 21-14)으로 제압했다. [뉴델리 로이터=뉴스핌] 안세영이 2026 배드민턴 세계선수권 여자 단식 결승전에서 일본의 야마구치를 꺾고 우승을 차지했다. 2026.08.23 wcn05002@newspim.com 이로써 안세영은 한국 선수 최초로 세계선수권 단식 정상에 올랐던 2023년 코펜하겐 대회 이후 3년 만이자 개인 통산 두 번째 금메달을 목에 걸었다. 반면 2021·2022·2025년 챔피언 야마구치는 대회 사상 최초 여자단식 4회 우승 도전을 다음으로 미뤘다. 이번 우승은 부상을 딛고 일궈낸 결과라는 점에서 의미가 더 컸다. 안세영은 지난달 일본오픈에서 왼발 통증으로 기권한 뒤 중국오픈에도 출전하지 않고 재활에 집중했다. 약 한 달의 실전 공백을 안고 세계선수권을 복귀 무대로 선택했지만 우려는 기우였다. 대회 내내 압도적이었다. 안세영은 64강부터 결승까지 6경기를 치르면서 단 한 게임도 내주지 않았다. 8강에서는 세계 5위 한웨, 준결승에서는 세계 3위 왕즈이(이상 중국)를 연달아 2-0으로 돌려세웠고 마지막에는 디펜딩 챔피언 야마구치까지 완파했다. 결승에서는 세계 1, 2위의 맞대결답게 초반부터 빠른 랠리가 이어졌다. 안세영은 1게임 7-7에서 연속 득점으로 주도권을 가져왔지만 야마구치의 반격도 거셌다. 15-15 이후 팽팽한 승부가 이어졌고 17-17까지 좀처럼 승부가 갈리지 않았다. [뉴델리 로이터=뉴스핌] 안세영이 2026 배드민턴 세계선수권 여자 단식 결승전에서 일본의 야마구치를 꺾고 우승을 차지했다. 2026.08.23 wcn05002@newspim.com 승부처에서 안세영의 집중력이 빛났다. 끈질긴 수비로 야마구치의 공격을 받아낸 뒤 날카로운 대각 공격을 앞세워 4점을 연속으로 쓸어 담으며 21-17로 첫 게임을 가져왔다. 2게임에서는 야마구치가 먼저 3-0으로 치고 나갔다. 하지만 안세영은 서두르지 않았다. 차근차근 격차를 좁힌 뒤 7-7에서 내리 4점을 뽑아 11-7로 인터벌을 맞았다. 야마구치가 11-10까지 따라붙었지만 안세영은 다시 기어를 올렸다. 탄탄한 수비를 바탕으로 상대 범실을 끌어냈고, 코트 구석을 찌르는 공격으로 16-11까지 달아났다. 긴 랠리에서도 안세영이 한 수 위였다. 30차례 넘게 셔틀콕이 오가는 상황에서도 끝까지 집중력을 유지한 뒤 절묘한 드롭샷으로 득점을 만들어내며 야마구치의 추격 의지를 꺾었다. 결국 20-14로 매치포인트를 만든 안세영은 상대 범실로 마지막 점수를 따내며 두 팔을 번쩍 들었다. [뉴델리 로이터=뉴스핌] 안세영이 2026 배드민턴 세계선수권 여자 단식 결승전에서 일본의 야마구치를 꺾고 우승을 차지했다. 2026.08.23 wcn05002@newspim.com 이번 승리로 안세영은 야마구치와 통산 상대 전적에서도 20승 15패로 우위를 이어갔다. 특히 최근 맞대결에서는 6연승을 질주했다. 올해 싱가포르오픈과 인도네시아오픈에 이어 세계선수권 결승에서도 야마구치를 꺾으며 확실한 천적 관계를 구축했다. 한국 배드민턴에는 겹경사였다. 앞서 열린 여자복식 결승에서는 이소희-백하나(이상 인천국제공항)가 세계 1위 류성수-탄닝(중국)을 2-0(21-15 21-15)으로 제압하며 1995년 길영아-장혜옥 이후 31년 만에 한국에 여자복식 세계선수권 금메달을 안겼다. 이소희-백하나가 31년의 숙원을 풀고, 안세영이 세계 최강의 자리를 되찾으면서 한국 배드민턴은 뉴델리에서 금메달 2개를 수확하는 최고의 하루를 완성했다. wcn05002@newspim.com 2026-08-23 22:05
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