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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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경찰, '1억 의혹' 강선우·김경 영장 신청 [서울=뉴스핌] 고다연 기자 = 공천헌금 1억원 의혹을 수사하는 경찰이 강선우 무소속 국회의원과 김경 전 서울시의원에 대한 구속영장을 신청했다. 5일 경찰에 따르면 서울경찰청 공공범죄수사대는 이날 오전 9시 정치자금법 위반, 배임수재, 청탁금지법 위반 혐의로 강 의원에 대해 구속영장을 서울중앙지검에 신청했다. 김 전 시의원에 대해서는 정치자금법 위반, 배임증재, 청탁금지법 위반 혐의를 적용했다. 강선우 무소속 국회의원, 김경 전 서울시의원 [사진=뉴스핌 DB] 경찰은 구속영장에 뇌물죄 혐의는 적용하지 않았다. 판례를 검토한 결과 정당 공천은 자발적 조직 내부 의사결정으로 이번 의혹은 뇌물죄 구성 요건인 공무가 아닌 당무에 해당한다고 봤다. 다만 경찰은 추가 조사 등을 통해 두 사람을 검찰에 최종 송치할 때는 뇌물죄를 적용할 수 있는지 검토할 예정이다. 강 의원은 2022년 지방선거를 앞두고 김 전 시의원으로부터 공천 대가로 1억원을 받았다가 돌려준 혐의 등을 받고 있다. 강 의원은 두 차례 경찰에 출석해 조사를 받았다. 김 전 시의원은 네 차례 소환조사를 받았다. 현재 공천헌금 수수 당시 상황 등에 대한 두 사람의 진술은 엇갈리고 있다. 구속영장이 신청됐지만 강 의원이 현역 의원이라는 점이 중요 변수로 꼽힌다. 헌법 제44조에 따라 경찰은 현역 의원을 회기 중에 국회 동의 없이 체포·구금할 수 없다. 검찰이 강 의원에 대한 구속영장을 청구하면 체포동의안은 국회에 제출된 뒤 처음 열리는 본회의에 자동 보고된다. 이후 24시간이 지난 시점부터 72시간 이내 본회의를 열어 표결해야 한다. 의원 체포동의안은 재적의원 과반 출석에 출석의원 과반 찬성으로 의결된다. 한편 강 의원은 지난 3일 경찰 조사를 마치고 나오면서 '불체포특권을 유지할 것이냐'는 취재진 질문에 답하지 않았다. gdy10@newspim.com 2026-02-05 10:12
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2026 동계올림픽 무엇이 바뀌었나 * 'AI MY 뉴스'가 제공하는 AI 어시스턴트로 요약한 내용으로 퍼플렉시티 AI 모델이 적용됐습니다. 상단의 'AI MY 뉴스' 로그인을 통해 뉴스핌이 준비한 2026 밀라노 코르티나담페초 동계올림픽 소식을 실시간으로 확인해보기 바랍니다. [서울=뉴스핌] 남정훈 기자 = 2026 밀라노·코르티나 동계올림픽은 '새 종목'과 '새 프로그램'이 대회 얼굴을 바꾸는 첫 무대다. 기존 강국 구도와 메달 판도를 흔들 변화들이 이번 겨울 설원과 빙판 위의 숨은 관전 포인트로 떠오르고 있다. 스키모의 여제 에밀리 하롭. [사진 = 에밀리 하롭 SNS] ◆ 스키마운티니어링 첫 올림픽…'스키모'가 여는 새 시장 가장 상징적인 변화는 스키마운티니어링, 이른바 '스키모'의 올림픽 정식 종목 채택이다. 스키를 착용한 채 가파른 산악 지형을 오르고, 다시 내려오는 이 종목은 알프스와 피레네 등 유럽 산악 지역에서 레저 스포츠와 엘리트 스포츠가 동시에 성장해 온 종목이다. 프랑스와 이탈리아, 스위스가 전통적인 3강으로 평가받고 있으며, 피레네 산맥과 맞닿아 있는 스페인 역시 빠른 성장세로 이들을 추격하고 있다. 자연환경과 문화적 배경이 경기력으로 직결되는 종목 특성상, 첫 올림픽 무대부터 유럽 국가들의 강세가 예상된다. 스키모의 여제 에밀리 하롭. [사진 = 에밀리 하롭 SNS] 산악스키에 걸린 금메달은 총 3개다. 세부 종목은 남녀 스프린트와 혼성 계주로 구성됐다. 스프린트는 약 3분 내외의 짧은 코스에서 진행되지만, 고도차 약 70m 구간을 빠르게 오르고 내려와야 해 폭발적인 체력과 기술이 동시에 요구된다. 특히 스키와 장비를 벗고 착용하는 과정에서 발생하는 작은 실수가 순위를 바꿀 수 있어, 이 장면이 종목의 최대 관전 포인트로 꼽힌다. 남녀 스프린트는 2월 19일(현지시간)에 열리고, 혼성 계주는 21일에 치러진다. 혼성 계주는 남녀 선수 한 명씩 두 명이 팀을 이뤄 코스를 두 차례 완주하는 방식으로 진행된다. 프랑스의 에밀리 하롭처럼 세계선수권과 월드컵을 휩쓴 선수들은 이미 '올림픽 역사상 첫 금메달리스트'라는 상징적인 자리를 놓고 치열한 물밑 경쟁에 들어갔다. 코스 난이도와 고도, 눈 상태에 따라 전략이 크게 달라지는 종목 특성상, 기존 설상 종목과는 전혀 다른 유형의 체력과 경기 운영 능력을 지닌 선수들이 주목받을 가능성도 크다. ◆ 여자 스키점프 라지힐, 마침내 정식 무대 여자 스키점프 라지힐의 올림픽 정식 편입 역시 주목할 만한 변화다. 지금까지 여자 선수들은 노멀힐 종목에만 출전할 수 있었고, 라지힐은 남자 종목으로만 운영돼 왔다. 하지만 세계선수권과 월드컵에서는 이미 여자 라지힐 경기가 정착된 상황이었고, 올림픽 편입이 늦었다는 평가가 나올 정도였다. 여자 스키점프 라지힐의 간판 스타인 니카 프레우츠. [사진 = 프레우츠 SNS] 이번 밀라노 대회에서 라지힐이 추가되면서, 여자 점퍼들은 보다 다양한 무대에서 자신의 기량을 증명할 수 있게 됐다. 슬로베니아의 니카 프레우츠처럼 최근 몇 시즌 동안 라지힐에서 압도적인 성적을 거둔 선수들은 개인전은 물론 혼성 단체전까지 동시에 메달을 노릴 수 있는 구조가 만들어졌다. 여자 라지힐 도입은 단순히 종목 하나가 늘어나는 데 그치지 않는다. 남자·여자·혼성 종목을 모두 소화해야 하는 만큼, 선수층이 고르게 형성된 국가가 유리해진다. 특정 에이스 한두 명에 의존하던 팀보다는, 전체적인 육성 시스템이 탄탄한 국가들이 상대적으로 경쟁력을 갖게 되는 구조다. ◆ 루지 여자 더블·혼성 팀 이벤트… '혼성 시대'의 가속화 루지에서는 여자 더블과 혼성 이벤트가 더해지며 메달 구조가 달라진다. 기존에는 남자 더블이 중심이었지만, 여자 더블 편입으로 여자 선수들의 선택지가 넓어지고, 후속 세대 유입에도 긍정적인 영향을 줄 것으로 예상된다. 여기에 남녀·싱글·더블이 모두 참여하는 혼성 팀 계주는 국가별 '전체 루지 시스템'의 수준을 가늠하는 무대로 자리 잡을 가능성이 크다. 이번 2026 밀라노 동계올림픽 새 종목으로 뽑힌 루지 여자 더블. [사진 = 밀라노 동계올림픽 홈페이지] 비슷한 흐름은 바이애슬론·크로스컨트리·스키점프 등 다른 설상 종목에서도 이어진다. 혼성 릴레이·혼성 팀 경기 비중이 꾸준히 늘어나면서, 남녀를 따로 떼어 보던 관점에서 벗어나 '한 국가의 전체 저변'과 시스템을 함께 보는 시각이 강해지는 추세다. 이는 동계올림픽 전체가 점점 더 성평등·혼성 중심 구조로 이동하고 있음을 보여주는 장면이기도 하다. ◆ 프로그램 개편이 바꾸는 메달 지도 새 종목과 새 이벤트의 추가는 자연스럽게 메달 지도를 변화시킨다. 스키모처럼 유럽 산악 국가들이 강한 종목이 들어오면서 이탈리아, 프랑스, 스위스, 스페인 등은 새로운 메달 창구를 확보하게 됐다. 반면 전통적으로 빙상과 구기 종목에 강점을 지닌 국가들은 상대적으로 불리해질 가능성도 있다. 반대로 루지 여자 더블과 혼성 팀 이벤트처럼 기존에 강세를 보이던 종목이 확장되는 경우, 독일과 오스트리아 등 전통 강국들의 우위가 더욱 공고해질 여지도 있다. 종목 성격에 따라 각국의 득실이 분명하게 갈리는 구조다. 프로그램 개편은 선수 육성 전략에도 직접적인 영향을 준다. 혼성 팀 이벤트를 염두에 두고 남녀를 함께 훈련시키는 방식이 늘어나고, 과거에는 상대적으로 관심을 받지 못했던 스키모·루지·스켈레톤 같은 종목에 대한 투자도 점차 확대될 가능성이 크다. 각국 올림픽위원회와 경기단체들은 밀라노 대회를 기점으로 어떤 종목이 '효자 종목'으로 자리 잡을지, 또 어떤 분야가 사각지대로 남을지를 저울질하며 중장기 육성 전략을 다시 설계하고 있는 분위기다. 밀라노·코르티나 동계올림픽은 이런 의미에서 '새 겨울 스포츠 지형'을 시험하는 무대다. 스키모·여자 라지힐·혼성 팀 이벤트가 얼마나 흥미로운 경기와 서사를 만들어내는지, 또 어느 정도의 시청률과 팬 관심을 끌어낼 수 있는지에 따라 향후 동계올림픽 프로그램 논의의 방향도 달라질 수 있다. 종목 개편은 단순한 숫자 조정이 아니라, 겨울 스포츠의 미래를 다시 그리는 출발점이다. 그런 점에서 밀라노의 변화는 그 자체만으로도 충분히 지켜볼 가치가 있는 또 하나의 핵심 관전 포인트다. wcn05002@newspim.com 2026-02-05 10:14
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종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

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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.
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.
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