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
장 끝났다고?…KRX 애프터마켓 오늘 개장 [서울=뉴스핌] 김가희 기자 = 한국거래소가 14일부터 정규장 종료 후 주식을 실시간으로 거래할 수 있는 애프터마켓을 운영한다. 기존 시간외단일가 매매를 폐지하고 오후 8시까지 실시간 거래를 확대하면서 대체거래소 넥스트레이드(NXT)와 장후 거래시장을 놓고 경쟁하게 됐다. 한국거래소에 따르면 이날부터 정규장 종료 후 오후 4시부터 8시까지 4시간 동안 애프터마켓이 열린다. 정규장은 기존과 같은 오후 3시 30분에 종료되며, 오후 3시 40분부터 4시까지는 시간외종가매매가 진행된다. 이후 오후 4시부터 애프터마켓에서 실시간 접속매매가 이뤄진다. [자료=한국거래소] 기존 오후 4~6시 운영되던 시간외단일가 매매는 폐지된다. 10분 단위로 주문을 모아 하나의 가격으로 체결하는 방식에서 벗어나 정규장과 같은 실시간 체결 방식으로 바뀌는 것이다. 거래소는 장 마감 이후 발생한 공시나 해외시장 움직임 등에 투자자들이 신속하게 대응할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 개장으로 가장 크게 달라지는 부분은 장후 거래의 선택지가 넓어진다는 점이다. NXT도 이미 장후 거래를 운영하고 있지만 거래 대상이 약 600개 종목으로 제한돼 있다. 반면 KRX 애프터마켓은 코넥스를 제외한 코스피·코스닥 상장주식과 주식예탁증서(DR) 등 대부분의 종목을 대상으로 한다. 단, 투자경고·투자위험·관리·정리매매 등 일부 시장관리 종목은 제외되며 상장지수펀드(ETF)와 상장지수증권(ETN)도 거래 대상에서 빠진다. 거래시간도 일부 차이가 있다. NXT 애프터마켓은 오후 3시 40분부터 8시까지 운영돼 KRX보다 20분 먼저 시작한다. 오후 4시부터 8시까지는 두 시장이 동시에 운영되면서 거래 가능한 종목의 경우 투자자가 어느 시장을 통해 주문을 체결할지 선택할 수 있는 구간이 된다. 이때 증권사의 스마트주문전송(SOR)이 시장 간 주문 경쟁의 핵심 역할을 맡는다. SOR은 동일 종목에 대해 각 시장의 가격과 거래비용, 체결 가능성 등을 비교해 투자자에게 유리한 시장으로 주문을 배분한다. KRX는 거래 종목의 폭을 앞세우고, NXT는 기존 장후 거래 인프라와 상대적으로 낮은 거래비용 등을 기반으로 맞서는 구조다. 주문 방식에도 변화가 생긴다. 애프터마켓에서는 시장가 주문을 허용하지 않고 지정가·최우선지정가·최유리지정가 등 제한된 호가만 이용할 수 있다. 장후 시간대 상대적으로 낮을 수 있는 유동성과 가격 변동성을 고려한 조치다. 가격제한폭은 기존 시간외단일가의 전일 종가 대비 ±10%에서 ±30%로 확대된다. 급격한 가격 움직임에 대응하기 위해 변동성완화장치(VI) 등 가격안정화 장치도 적용된다. 관건은 거래시간 확대에 걸맞은 유동성이 확보될 수 있느냐다. 자본시장연구원은 거래량이 충분히 늘지 않을 경우 장후 시간대에 유동성이 분산되고 호가 스프레드가 확대될 수 있다고 지적했다. 참여자가 적은 상황에서는 소수 주문만으로 가격이 크게 움직이면서 정규장 종가와 애프터마켓 가격 간 괴리가 커질 가능성도 있다. 여밀림 자본시장연구원 선임연구원은 "애프터마켓 도입 이후 시장 품질과 운영 안정성을 체계적으로 점검하고 그 결과를 프리마켓의 세부 운영방식과 도입 범위에 반영할 필요가 있다"며 "거래소·대체거래소·증권사와 청산 결제기관을 포괄하는 통합 시장운영 및 비상대응체계를 구축해야 한다"고 말했다. rkgml925@newspim.com 2026-09-14 12:00
사진
못말리는 트럼프?…골프장서 시상식 후 정책 발표 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 도널드 트럼프 미국 대통령은 대형 스포츠 무대에 자주 모습을 드러낸다. 스포츠 무대를 자신의 정치적 존재감과 개인 브랜드를 동시에 키우는 공간으로 활용한다. 이번에는 자신의 골프장이다. 트럼프 대통령은 13일(현지시간) 아일랜드 서부 둔베그의 트럼프 인터내셔널 골프 링크에서 열린 DP 월드투어 아이리시 오픈 시상식에 직접 등장했다. 우승자 셰인 라우리에게 트로피를 전달하고 함께 기념사진을 찍었다. 'USA'가 새겨진 모자를 쓴 트럼프 대통령의 모습은 대회 우승 장면 못지않은 관심을 끌었다. 시상식 연설에서는 미국으로 수입되는 아일랜드 위스키 관세를 폐지하겠다는 발표까지 내놨다. [산세바스티안 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=도널드 트럼프 대통령이 14일(한국시간) 아이리시 오픈 시상식에서 우승자 셰인 라우리에게 트로피를 전달하고 기념사진을 찍고 있다. 2026.9.14 psoq1337@newspim.com 경기가 치러진 골프장은 트럼프 일가가 소유하고 있다. 트럼프그룹은 2014년 파산 절차를 밟던 골프장과 호텔을 약 1700만달러에 인수했다. 이후 트럼프 인터내셔널 골프 링크로 이름을 바꿨다. 이번 아이리시 오픈은 이 골프장에서 처음 열린 DP월드투어 대회다. 트럼프 대통령의 직접 참석까지 더해지면서 골프장 자체가 세계적인 뉴스의 중심에 섰다. 개인 사업장의 인지도와 브랜드 가치를 높이는 효과를 노렸다. 아일랜드 현지의 반발은 거셌다. 더블린에서는 12일 '트럼프는 환영받지 못한다'는 구호를 내건 대규모 시위가 열렸다. 둔베그에서도 반대 집회가 이어졌다. 아일랜드 정부는 대통령의 이동 동선에 군경 4000여명을 배치하는 대규모 경호 작전을 가동했다. 트럼프 대통령의 스포츠 행보는 이번이 처음이 아니다. 2025년 2월에는 미국 현직 대통령으로는 처음으로 슈퍼볼을 직접 관람했다. 일주일 뒤에는 데이토나500을 찾았다. NASCAR의 상징적인 레이스에서 대통령 전용 차량이 트랙을 돌며 퍼레이드에 참여했다. [뉴올리언스 로이터 =뉴스핌] 박상욱 기자 = 도널드 트럼프 미국 대통령이 2025년 2월 미국 루이지애나주 뉴올리언스의 시저스 슈퍼돔에서 열리는 미국미식축구리그(NFL) 제59회 슈퍼볼 필라델피아와 캔자스시티의 경기 시작 전 국기에 대한 경례를 하고 있다. 2025.2.10 psoq1337@newspim.com [이스트 러더퍼드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=도널드 트럼프 미국 대통령이 20일(한국시간) 아르헨티나를 꺾고 우승한 스페인의 로드리에게 월드컵 우승 트로피를 건네주고 있다. 2026.7.20 psoq1337@newspim.com 대학 레슬링 챔피언십과 UFC 경기장에도 모습을 드러냈다. LIV 골프 대회가 열린 자신의 플로리다 도럴 골프장도 직접 찾았다. 2025년 FIFA 클럽월드컵 결승에서는 첼시의 우승 세리머니 무대에 올라 트로피와 선수들 사이에 섰다. US오픈 테니스에도 등장했다. 2026년에는 NBA 파이널을 직접 관람했고 UFC를 백악관 잔디밭으로 불러들이는 파격적인 이벤트까지 진행했다. 스포츠에 대한 트럼프 대통령의 관심은 개인적인 취향만으로 설명하기 어렵다. 대형 스포츠는 정치 집회와 달리 폭넓은 대중에게 자연스럽게 노출된다. 경기장과 중계 화면을 통해 대통령의 모습이 반복적으로 전달된다. 정치적 메시지를 직접 전달하지 않아도 강한 이미지가 만들어진다. psoq1337@newspim.com 2026-09-14 10:19
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