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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]

 

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SK하이닉스 17년만에 상한가 [서울=뉴스핌] 양태훈 기자 = SK하이닉스가 31일 장중 상한가에 진입하면서 최태원 SK그룹 회장의 반도체 승부수가 다시 주목받고 있다. 반도체 불황 속에서 SK하이닉스 인수를 밀어붙였던 최 회장이 최근 주가 급락 국면에서 개인 명의로 처음 자사주를 사들인 지 하루 만에 주가는 가격제한폭까지 올랐다. 한국거래소에 따르면 이날 오후 2시 21분 기준 SK하이닉스는 전 거래일보다 39만6000원(29.95%) 오른 171만8000원에 거래되고 있다. 장중 고가이자 가격제한폭 상단이다. 거래량은 853만6822주를 기록 중이다. 최 회장이 보유한 SK하이닉스 주식 3620주의 평가액은 현재가 기준 62억1916만원이다. 공시상 취득금액 49억31만740원과 비교하면 미실현 평가이익은 13억1884만9260원이다. [사진=뉴스핌DB, AI 인포그래픽=서영욱 기자] 매수 당일 종가인 132만2000원을 적용한 평가액은 47억8564만원으로 취득금액보다 약 1억1467만원 낮았다. 주식을 사들인 직후에는 평가손실을 기록했지만, 이튿날 주가가 상한가로 급반등하면서 하루 만에 13억원대 평가이익으로 전환됐다. 이번 매수는 단순한 내부자 주식 취득 이상의 의미로 받아들여지고 있다. 최 회장이 그룹의 사업 구조를 반도체 중심으로 바꾼 SK하이닉스 인수의 당사자인 데다, 최근에도 AI 시대 메모리 수요와 SK하이닉스의 장기 경쟁력에 대한 자신감을 거듭 드러냈기 때문이다. SK의 반도체 사업 구상은 최 회장의 부친인 최종현 선대회장 시절로 거슬러 올라간다. 최 선대회장은 1978년 선경반도체를 세우며 반도체 진출을 추진했지만 2차 오일쇼크로 계획을 접었다. 이후 최 회장이 2011년 하이닉스반도체(현 SK하이닉스) 인수를 결정하고 2012년 SK하이닉스를 출범시키면서 30여 년간 이어진 반도체 사업 구상이 현실화됐다. 최 회장은 당시 출범식에서 "30여년 만에 반도체 사업 진출의 꿈을 이뤘다"고 말했다. SK하이닉스 인수는 당시에도 순탄한 결정은 아니었다. 반도체 업황이 침체돼 있었고, 정유·통신을 주력으로 하던 SK와의 사업적 연계가 뚜렷하지 않다는 반대 의견이 적지 않았다. 15년 전 업황 부진기에 회사 인수를 결정했던 최 회장이 이번에는 주가 급락기에 직접 주주로 나섰다는 점도 주목된다. 금융감독원 전자공시에 따르면 최 회장은 전날 장내에서 SK하이닉스 보통주 3620주를 매입했다. 최 회장이 SK스퀘어를 통하지 않고 개인 명의로 SK하이닉스 주식을 보유한 것은 이번이 처음이다. 취득단가는 주당 135만3677원이며 총취득액은 49억31만740원이다. 내부자거래 사전공시 기준인 50억원보다 9968만9260원 적다. 현행 자본시장법상 상장사 임원이나 주요주주가 발행주식 총수의 1% 이상 또는 50억원 이상을 거래하려면 거래 개시 30일 전까지 매매계획을 공시해야 한다. 거래 수량이 발행주식 총수의 1% 미만이면서 거래금액도 50억원 미만이면 사전공시 의무가 면제된다. 시장에서는 최 회장이 사전공시 의무가 발생하지 않는 범위에서 매입 규모를 최대한 늘려 최근 급락장에서 신속하게 책임경영 의지를 나타낸 것이라는 해석이 나온다. 한편 최 회장은 지난 17일 열린 대한상공회의소 제주포럼에서 SK하이닉스 주식에 대해 "샀다 팔았다 하지 말고 가만히 갖고 있는 게 재산 보전에 좋은 방법"이라며 "메모리는 앞으로도 계속 필요하기 때문에 시간을 주면 우상향으로 간다"고 자신감을 내비친 바 있다. dconnect@newspim.com 2026-07-31 14:38
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민주당 당대표 여론조사 보니 [서울=뉴스핌] 배정원 기자 = 8·17 더불어민주당 전당대회 당대표 적합도·선호도 여론조사에서 일반 국민은 정청래 후보, 민주당 지지층에선 김민석 후보가 앞서는 흐름이다. 오는 8월 1일 충청권 첫 지역 순회 합동 연설회와 경선 결과 발표를 앞두고 있어 민주당 전대 열기가 더욱 후끈 달아오르고 있다.     [서울=뉴스핌] 국회사진기자단 = 김민석(왼쪽부터), 정청래, 송영길 더불어민주당 당대표 후보가 29일 오후 서울 마포구 MBC에서 열린 방송토론회에서 기념촬영을 하고 있다. 2026.07.29 photo@newspim.com ◆ NBS, 정청래 21% 김민석 19% 송영길 6% 엠브레인퍼블릭·케이스탯리서치·코리아리서치·한국리서치가 지난 27~29일 전국 성인 남녀 1000명을 대상으로 전화 면접조사를 진행한 NBS(전국지표조사)에 따르면, 차기 당대표 적합도 정청래 후보 21%, 김민석 후보 19%, 송영길 후보 6% 순이었다. 민주당 지지층에서는 김 후보 34%, 정 후보 29%, 송 후보가 9%로 나타났다. NBS 조사는 휴대전화 가상번호(100%)를 이용한 전화 면접으로 이뤄졌다. ◆ 오마이뉴스 민주당 지지층, 김민석 41.6% 정청래 37.7% 송영길 9.5% 오마이뉴스 의뢰로 여론조사기관 에스티아이(STI)가 지난 27~28일 전국 18살 이상 성인 남녀 중 민주당 지지층과 무당층 1184명을 대상으로 실시한 당대표 후보 지지도 조사에서 김 후보 41.6%, 정 후보 37.7%, 송 후보 9.5%였다. 오마이뉴스 조사는 구조화된 질문지를 사용한 휴대전화 자동응답(ARS) 방식으로 진행됐다.  ◆ 뉴스토마토, 정청래 36.9% 김민석 28.0%, 송영길 9.2% 뉴스토마토가 여론조사 전문기관 미디어토마토에 의뢰해 지난 27~28일 전국 18살 이상 남녀 1033명을 대상으로 한 조사에서는 차기 당대표 선호도 1순위로 정 후보가 36.9%였다. 김 후보는 28.0%, 송 후보는 9.2%였다.  민주당 지지층에서는 김 후보가 44.9%로 정 후보 38.9%보다 높은 지지를 얻었다. 송 후보는 11.2%였다.  선호투표제 도입에 맞춰 실시한 2순위 선호도 조사에서는 송 후보가 33.9%로 가장 높은 응답을 받았다. 이어 김 후보가 12.9%, 정 후보 9.0% 순이다. 송 후보를 2순위로 선택한 57.9%는 김 후보를 1순위로 꼽았다. 36.9%는 정 후보를 선택했다. 미디어토마토 조사는 무선 전화 ARS 방식으로 진행됐다. 민주당은 이번 당대표 선거에 선호투표제를 처음 도입했다. 선호투표제는 유권자가 후보 한 명만 선택하는 것이 아니라 1·2·3순위 선호 후보를 함께 기입하는 방식이다. 먼저 1순위 득표를 집계해 과반 득표자가 나오면 그대로 당선자가 결정된다. 과반 득표자가 없을 땐 최하위 득표자의 2순위 표를 배분한다. 각 여론조사의 자세한 사항은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다.  jeongwon1026@newspim.com 2026-07-31 10:20
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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.
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