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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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[단독] "에이피알, 짝퉁에 당했다" [서울=뉴스핌] 김용석 기자 = 글로벌 뷰티 기업 에이피알의 메디큐브 'PDRN 핑크 콜라겐 캡슐 크림'에서 수단레드가 검출됐다는 싱가포르 보건과학청(HSA) 발표는 알고 보니 에이피알의 공식 수출품이 아닌 가품 유통에서 비롯됐을 가능성이 높은 것으로 확인됐다. 에이피알이 AI 모니터링을 통해 가려낸 중국산 짝퉁. 진짜와 사실상 구별이 불가능할 정도다. [사진= 에이피알] 뉴스핌 취재를 종합하면 문제가 된 제품을 판매한 현지 업체는 에이피알의 공식 유통망에 포함되지 않은 곳으로, 유통업계에서는 이번 사태를 K-뷰티 인기에 편승한 가품 유통의 또 다른 사례로 보고 있다. 4일 에이피알에 따르면 HSA가 수단레드 미량 검출 사실을 밝힌 배치 번호는 '2E122I.2E117I'와 '2E191G.2E193G'다. 그러나 에이피알이 확인한 공식 출고 및 수출 이력상 해당 배치 번호 제품이 싱가포르로 수출된 정황은 없는 것으로 나타났다. HSA가 검사한 샘플의 판매처로 지목된 비너스 뷰티 역시 에이피알의 공식 공급 및 유통업체가 아닌 것으로 나타났다. 실제로 에이피알은 "이 업체에 해당 제품을 직접 공급하거나 수출한 사실이 없다"고 밝혔다. 뉴스핌 확인 결과 비너스 뷰티는 싱가포르 현지에서 매장 1개만 운영하는 영세 업체인 것으로 나타났다. 대형 유통망이 아닌 소규모 매장을 통해 정체불명의 제품이 흘러들어갔을 가능성에 무게가 실리는 대목이다. 유통업계 관계자는 "에이피알이 중국산 짝퉁에 당했을 가능성이 확실하다"며 "화장품 업체들이 가품 문제로 골머리를 앓고 있는 게 어제오늘 일이 아니다"라고 말했다. 실제로 에이피알은 이번 사태 이전부터 가품 유통으로 여러 차례 몸살을 앓아 왔다. 지난해 5월 에이피알은 메디큐브 공식몰에 '위조제품 관련 소비자 피해 예방 안내' 공지를 올리고 소비자 피해 예방에 나섰다. 당시 국내외 오픈마켓에서 중국산 위조제품이 유통되면서 관련 피해 상담이 3년간 450건 접수된 것으로 알려졌다. 이들 위조제품은 무단으로 메디큐브 로고를 사용하고 패키지와 용기까지 정품과 유사하게 제작해 소비자가 정품과 가품을 구분하기 어려운 수준이다. K-뷰티 전반의 위조품 문제도 심각하다는 게 업계 시각이다. 최근 아마존, 알리익스프레스 등 글로벌 온라인 쇼핑몰에서 메디큐브를 비롯해 토리든, 마녀공장, 스킨1004, 달바 등 인기 K-뷰티 브랜드를 도용한 가품이 다수 유통되고 있는 것으로 알려졌다. 가품 판매자들은 공식 판매처의 상세 페이지 이미지를 무단 도용하고 제조국을 한국으로 표기해 정품과 혼동을 유도하는 수법을 쓰고 있다. 싱가포르에서 화장품에 사용할 수 없는 성분인 수단레드가 검출되지 않았음을 보여주는 테스트 리포트. [사진= 에이피알] 에이피알은 지난달 3일 HSA의 요청에 따라 현지 공인 시험 기관에서 별도의 제품 시험을 진행했다. 에이피알 싱가포르 법인이 제출한 제품에서는 수단레드가 검출되지 않았다. 이후 같은 달 26일 HSA로부터 해당 제품의 판매 및 공급 중단 조치가 해제됐다는 통지를 받았다. 다만 수단레드가 미량 검출된 비너스 뷰티 판매 제품에 대해서는 회수 조치가 내려진 것으로 파악됐다. 에이피알 관계자는 "당사는 이번 이슈가 제기된 이후 소비자 안전을 최우선으로 고려해 아시아권 판매를 선제적으로 중단하고 관계 당국의 요청에 성실히 대응해 왔다"며 "싱가포르에서도 HSA의 요청에 따라 HSA 공인 시험 기관에서 제품 시험을 진행했고, 불검출 결과가 확인된 이후 판매 및 공급 중단 조치가 해제됐다"고 밝혔다. 이어 "특히 HSA가 검출 사실을 밝힌 샘플의 판매처로 언급된 업체는 당사가 해당 제품을 공급한 공식 유통업체가 아니며 해당 배치 역시 당사의 싱가포르 공식 수출 이력에서 확인되지 않고 있다"며 "해당 제품이 어떠한 경로로 현지에 유통됐는지 객관적인 자료를 바탕으로 사실관계를 확인하고 있다"고 설명했다. 에이피알 관계자는 "가품 여부나 진위에 대해서는 당사나 싱가포르 측에서도 확실히 확인 가능한 부분은 없다"며 안타까움을 토로했다. fineview@newspim.com 2026-09-04 06:06
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정부·軍, 호르무즈 파병 실무 착수 [서울=뉴스핌] 오동룡 군사방산전문기자 = 정부와 군(軍)이 호르무즈 해협에 해군 군수지원함, P-8A 포세이돈 해상초계기, 폭발물처리(EOD) 전력 등을 파견하는 방안을 놓고 구체적인 실무 준비에 착수한 것으로 알려졌다. 실제 파병이 성사될 경우 2004년 자이툰부대 이라크 파병 이후 22년 만의 미국 요청에 따른 해외 파병이 될 전망이다. 다만 청와대는 "관련된 사안은 결정된 바 없다"며 "최종 결정 단계는 아니다"라는 입장을 밝혔다. 지난해 10월 1일 오전 경기 성남시 서울공항에서 열린 '건군 76주년 국군의 날 기념식'에서 해군 해상초계기(P-8A)가 전투기 호위를 받으며 비행하고 있다. [사진 = 뉴스핌DB] ◆국방부 "호르무즈 파병, 구체적 준비하고 있다"  복수의 군·정부 소식통에 따르면 합참과 해군은 지난달부터 호르무즈 해협 파병에 대비해 투입 전력과 작전 임무, 현지 기항지와 작전기지, 군수지원 계획을 검토해 왔다. 국방부 핵심 관계자는 "해군 전력을 호르무즈 해협에 파병하기 위한 구체적인 준비를 하고 있다"며 파병 후보 전력으로 P-8 포세이돈과 해군 군수지원함, EOD를 거론했다. 군 고위 관계자는 "현지 기항지와 작전기지 문제도 관련 국가와 협의가 이뤄지는 것으로 안다"고 전했다. 정부가 우선 검토하는 것은 전투함이 아닌 '지원 성격'의 자산이다. 해군 최신 군수지원함인 소양함(AOE-II)과 P-8A 해상초계기가 유력한 후보로 거론된다. 소양함은 원양 해역에서 작전 중인 함정에 연료·탄약·식량·부품을 보급하는 전력이다. 해군이 보유한 소양함급은 1척으로 기본 배수량 약 1만1000t급이며 만재 배수량은 약 2만3000t에 이른다. 승조원은 약 140명 규모다. P-8A는 잠수함과 수상함을 탐지·추적하는 해상초계기다. 해군은 2024년 미국에서 6대를 인수했고 지난해 7월 실전 배치를 완료했다. P-8A가 호르무즈 해협에 실제 투입되면 해군 해상초계기의 해당 해역 첫 작전 가능성이 제기된다. 이란 해군과 이란혁명수비대 해군의 고속정·잠수함 위협, 기뢰·수중 위협 가능성이 상존하는 해역이라는 점에서 감시·정찰과 항로 안전 확보 임무가 핵심이 될 것으로 보인다. 해군의 1만1000t급 군수지원함 소양함(AOE-51)이 해상에서 항해하고 있다. 정부는 호르무즈 해협 파병 후보 전력으로 군수지원함과 P-8A 해상초계기, 폭발물처리 전력 등을 검토하는 것으로 알려졌다. [사진=해군] 2026.09.04 gomsi@newspim.com ◆해군 소양함·P-8A 초계기·EOD 전력 150명 안팎 전망  EOD(폭발물처리) 전력도 함께 거론된다. 이는 항만·기항지·함정 주변에서 폭발물이나 기뢰 의심 물체에 대응하는 임무를 맡을 수 있다. 다만 EOD의 구체적 편성과 장비, 임무 범위는 공개되지 않았다. 소양함과 P-8A, 관련 지원 인력을 함께 운용할 경우 파병 규모는 최소 150명 안팎이 필요할 것이란 관측이 나온다. 실제 파병까지는 국내 절차가 남아 있다. 해외 파병은 통상 청와대 국가안전보장회의(NSC) 논의·의결과 국무회의 의결을 거쳐 국회의 동의를 받아야 한다. 이르면 이달 중 국회에 파병 동의안이 제출될 수 있다는 전망도 나온다. 국방부는 "현재 논의 중인 세부 사항에 대해서는 확인해 드릴 수 없다"며 "관련 법령에 따라 절차를 추진하는 과정에서 적절한 시점에 공개할 것"이라고 했다. 이번 검토는 도널드 트럼프 미 대통령이 최근 한국의 대이란 군사 기여 문제를 공개적으로 압박한 뒤 구체화된 것으로 해석된다. 트럼프 대통령은 지난달 한국이 이란 관련 미국의 요청을 거절했다고 여러 차례 언급했고 미국이 주한미군 약 '3만9000명'을 통해 한국을 방어하고 있다는 취지의 발언도 했다. 청와대는 당시 "한반도 대비 태세와 국내법 절차 등 제반 요인을 감안해 실질적·군사적 기여 방안을 미 측과 긴밀히 논의 중"이라고 밝혀 군사적 기여 가능성을 처음 공식 언급했다. '2026 환태평양훈련(RIMPAC)'에 참가한 연합해군 전력이 지난 7월 22일(하와이 현지시각) 하와이 제도 북부에서 해상훈련을 실시하고 있다. [사진=미 해군] 2026.09.04 gomsi@newspim.com ◆전투함보다 군수함·초계기 비전투 자산 먼저 검토 예상  정부는 이란과의 불필요한 군사적 충돌 가능성을 줄이기 위해 전투함보다 군수지원함·초계기 등 비전투 자산을 먼저 내세우는 방안을 검토하는 것으로 보인다. 다만 군수지원함과 초계기가 실제 분쟁 해역에서 작전에 들어가면 단순한 후방 지원 이상의 정치·군사적 부담이 뒤따를 수 있다. 2020년 미국의 호르무즈 해협 파병 요청 당시에 문재인 정부는 국회 동의 없이 아덴만 해역의 청해부대 작전 범위를 일시 확대하는 방식으로 대응한 바 있다. 이번에는 별도 파병안과 국회 동의 절차를 밟을 가능성이 커 정치권과 여론의 찬반 논란이 거셀 것으로 보인다. gomsi@newspim.com 2026-09-04 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.
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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