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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 반도체 설계에서 배우는 상생 원리

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반도체, '0'과 '1'이 공존해야 작동

실리콘 반도체 위에 프로세서나 메모리를 구현하기 위해서는 먼저 디지털 스위칭 기능을 담당하는 트랜지스터가 필요하다. 디지털 신호는 ‘1’과 ‘0’으로 표현하는데, 실제 반도체 내에서는 전자가 채워지거나 전자가 빠져 나간 상태를 의미한다. 그 상태를 만들려면 전류를 공급하기도 하고 전류를 빼 내기도 해야 한다. 이때 전류 스위치가 필요한데 그 역할을 하는 반도체 구조가 트랜지스터(Transistor)이다.

      김정호 카이스트 교수

실리콘 반도체는 대표적으로 CMOS(Complementary metal–oxide–semiconductor) 트랜지스터를 기반으로 설계되고 생산된다. CMOS는 '상보성 금속 산화막 반도체'라는 용어로도 통용된다. CMOS 트랜지스터 구조는 전력 소모가 적고, 단위 면적당 생산량이 높으면서, 신뢰성과, 수율이 높다. 인공지능 서버와 데이터 센터에 쓰이는 들어가는 반도체는 대부분 실리콘 기반 CMOS 트랜지스터 구조라고 보면 된다.

CMOS 구조에는 전류를 공급하는 스위치로 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터 종류인 PMOS(P-type MOS field-effect transistor) 트랜지스터가 사용되고 전류를 빼는 역할을 하는 스위치로 NMOS(N-type MOS field-effect transistor) 트랜지스터가 사용된다. PMOS, NMOS 트랜지스터가 합쳐져서 CMOS 스위치 구조가 된다. 그런데 PMOS 트랜지스터에는 전공(hole, 전자가 비는 상태)을 이용해 전류를 흐르게 하고, NMOS 트랜지스터는 전자 자체가 전류를 흐르는 특성을 이용한다.

이 두 가지의 상반된 PMOS, NMOS 트랜지스터가 같이 연결되고 협력해서 디지털 신호 ‘1’과 ‘0’을 주고 받고 저장한다. 이러한 소자들을 연결해서 회로를 만들고, 이 회로들을 연결하고, 시간에 맞추어 동작시키면 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈도 하고 궁극적으로 딥러닝 인공지능 알고리즘도 수행한다.

이처럼 실리콘 CMOS 기반 반도체에는 PMOS, NMOS 라는 서로 다른 성질의 트랜지스터가 공존하면서 조화롭게 협력해서 활동한다. 특히 각자 조화를 위해서 크기, 전류 구동능력, 스위칭에 걸리는 시간도, 균형 있게 조절하여 조화롭게 동작하도록 설계한다. 두 가지가 서로 공존함으로써 가치를 가진다. 디지털에는 ‘1’ 만 존재하지 않고 ‘0’ 만 존재할 수 없기 때문이다.

PMOS, NMOS 트랜지스터로 구성된 CMOS 인버터 회로도와 단면 구조, [출처 : 정보통신용어 해설]

반도체 송수신, 전기적 성질 맞춰야 이뤄져

인공지능 서버나 데이터센터 서버에는 빠른 속도의 데이터 처리를 위해 GPU(Graphic Processor Unit) 와 디램(DRAM)으로 구성된 컴퓨터 기판(PCB, Printed Circuit Board)이 필요하게 된다. 그 기판이 수백 장 수 천장 쌓이면 데이터 센터가 된다.

그런데 이 ‘1’과 ‘0’을 실은 데이터 전자파가 빛의 속도로 날아가는 기판 위의 회로 구조를 전송선이라고 한다. 이 전송선 위에는 전자파가 2가지 종류가 존재한다. 입사파(+z 방향으로 전진하는 전자파)와 반사파(-z 방향으로 꺼꾸로 전파하는 전자파) 2개가 공존한다. 그런데 데이터를 예를 들어 GPU 송신 회로에서 DRAM 수신회로로 보내기 위해서는 입사파만 존재해야 한다. 신호파가 반사해서 돌아오면 곤란하기 때문이다.

그러기 위해서는 전송선 뿐만 아니라 디램의 수신 회로가 서로 협조해야 한다. 그렇지 않으면 데이터가 수신되지 못하고 되돌아 간다. 데이터를 빛의 속도로 보내고 반사를 없애기 위해서는 컴퓨터의 기판 위의 전송선 뿐만 아니라 수신 반도체 회로의 임피던스(Impedance, Z)를 모두 동일하게 맞춰야 한다. 임피던스는 구조나 전송선, 회로, 소자의 전기적 성질을 나타내는 변수로, 컴퓨터나 반도체 설계 시에 항상 맞추어져야 한다.

이 과정을 임피던스 매칭이라고 한다. 우리가 생활 속에서 일상적으로 쓰는 용어로 ‘화합’, 또는 ‘협동’이리고 부를 수 있다. 혼자 성능이 좋다고 되는 것이 아니고 서로 전기적 성질을 조절해서 맞추어야 한다.

고주파 임피던스 매칭을 구현한 인공지능 AI 서버용 HBM(High Bandwidth Memory) 컴퓨터 기판 설계 패턴, [출처: KAIST]

한국 사회도 조화와 상생의 정신 필요

우리 사회는 현재 여러 가지 갈등 문제를 갖고 있다. 그것은 인간과 인류 역사의 본질이기도 하다.

정치적인 관점에서 보면 여야의 대립, 좌우의 대립, 그리고 진보와 보수의 대립이 첨예하다. 경제적인 관점에서 보면 빈부 격차의 확대, 대기업과 중소기업의 차이, 수도권과 지방의 불균형, 서울 강남과 강북의 환경차이가 있다. 그리고 대학 입시의 혼란 문제와 일부 지역의 아파트 값의 급상승이 큰 사회적인 문제를 일으키고 있다. 이 모두 나만 혹은 우리만 잘살고, 돈 벌고, 이익을 보자는 각 개인과 집단의 이익 지상주의에 뿌리를 둔다고 본다.

반도체에서 CMOS 소자의 균형과 상생의 원리를 배울 필요가 있다. 그리고 컴퓨터 신호 전송선에서 실현하는 임피던스 매칭 원리에서 협력와 상생의 원리를 배울 필요가 있다. 특히 일자리 문제와 양극화가 더욱 심해질 수 있는 4차 산업혁명 시대에 이러한 지혜가 더욱 요구된다.

 

joungho@kaist.ac.kr 

  

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]  

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'왕과 사는 남자' 800만 돌파 [서울=뉴스핌]이웅희 기자=영화 '왕과 사는 남자'가 누적 800만 관객을 돌파했다. 감독과 배우들의 친필 감사 메시지도 공개했다.  1457년 청령포, 마을의 부흥을 위해 유배지를 자처한 촌장과 왕위에서 쫓겨나 유배된 어린 선왕의 이야기를 담은 영화 '왕과 사는 남자'가 누적 관객수 800만 명을 돌파하며, 2026년 최고 흥행작의 위상을 공고히 했다. 영화관입장권 통합전산망에 따르면 '왕과 사는 남자'는 개봉 26일째인 3월 1일 기준 누적 관객수 8,006,326명을 기록했다. 관객들을 중심으로 확산된 뜨거운 입소문과 쉽게 가시지 않는 영화의 여운으로 인한 N차 관람 열풍에 힘입은 결과로 의미를 더하고 있다. 또한 800만 관객 돌파를 맞아 <왕과 사는 남자>의 장항준 감독은 "<왕과 사는 남자>를 사랑해 주신 관객분들께 너무나 감사하다. 800만 관객이 영화를 봐주셨는데, 나뿐만 아니라 제작진들과 배우들도 다들 상상해 본 적이 없는 숫자라는 생각을 한다. 모두가 하루하루 감사한 마음으로 지내고 있다"며 흥행에 대한 벅찬 소감을 전했다. 배우들 역시 친필 감사 메시지를 공개했다. 광천골 촌장 엄흥도 역의 유해진은 "생각지도 못한 큰 사랑. 진심으로 감사드립니다! 건강하세요^^", 어린 선왕 이홍위 역의 박지훈은 "여러분들께서 사랑해주셔서 영화 <왕과 사는 남자>가 800만을 달성했습니다! 정말 감사합니다! 언제나 늘 열심히 하겠습니다♡ 행복하세요!" , 권력자 한명회 역의 유지태는 "내 인생에 800만 영화를 함께했다는 것만으로 이미 성공한 배우입니다. 진심으로 감사드립니다", 궁녀 매화 역의 전미도는 "<왕과 사는 남자> 800만!! 오랜만에 극장을 찾아와주신 어르신분들, 부모님 모시고 N차 관람해주신 자녀분들, 엄흥도와 단종의 이야기에 함께 가슴 아파해주신 모든 분들께 진심으로 감사드립니다", 흥도의 아들 태산 역의 김민은 "<왕과 사는 남자>를 사랑해주시는 여러분들 정말 감사합니다. 덕분에 행복한 시절을 보내고 있습니다. 늘 건강하고 행복하세요♡"라며 800만 관객을 달성한 기쁜 마음을 전했다. 또 영월군수 역의 박지환은 "<왕과 사는 남자> 800만 관객 여러분 감사드립니다. 앞으로 더욱 열심히 최선을 다하겠습니다", 금성대군 역의 이준혁은 "<왕과 사는 남자> 800만 돌파! 진심으로 감사합니다", 노루골 촌장 역의 안재홍은 "<왕과 사는 남자> 800만 관객 여러분 감사합니다! 사랑합니다!"라며 감사의 인사를 전했다. 몰입감을 극대화하는 배우들의 눈부신 열연과 모두가 알고 있는 역사 속 아무도 몰랐던 단종의 숨겨진 이야기로 가슴 깊은 여운을 전하는 '왕과 사는 남자'의 흥행 질주를 당분간 이어갈 전망이다. iaspire@newspim.com 2026-03-01 15:17
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CIA는 모든 걸 알고 있었다 [런던=뉴스핌] 장일현 특파원 = 미국과 이스라엘은 누구도 예상하지 못한 대낮 공습을 감행해 이란의 최고지도자 아야톨라 알리 하메네이를 제거했다.  통상 이 같은 대규모 군사작전은 한밤중 또는 새벽에 시작되는데 이날 공습은 오전 9시40분쯤 실행됐다.  미국 언론들은 이 같은 공습 시기 결정과 관련해 미국과 이스라엘이 하메네이를 비롯한 이란의 군 최고 수뇌부가 이날 오전에 테헤란에 모여 회의를 열 것이라는 정보를 완벽하게 파악했기 때문이라고 했다.  수십년 동안 "미국에게 죽음을"이라는 구호를 외쳐온 이란의 최고 지휘부를 일거에 제거할 수 있는 절호의 기회를 포착한 것이다.  [사진=로이터 뉴스핌] 아야톨라 알리 하메네이(왼쪽) 전 이란 최고지도자가 지난해 6월 4일(현지 시간) 테헤란 남부 호메이니 기념관에서 열린 행사에서 이슬람 혁명의 아버지 아야톨라 루홀라 호메이니 전 이란 최고지도자의 손자인 하산 호메이니와 함께 대중을 향해 인사하고 있다. [사진=로이터 뉴스핌] 미 일간 뉴욕타임스(NYT)는 1일(현지 시간) "미 중앙정보국(CIA)이 이란 지도자들의 모임 장소를 정확히 파악하는데 도움을 줬고, 이후 이스라엘이 공격을 실행했다"고 보도했다.  보도에 따르면 CIA는 지난 몇 개월 동안 하메네이의 움직임을 지속적으로 추적해 왔다. 그 결과 그의 행적과 동선에 대해 점점 더 확신을 갖게 됐다고 한다.  그러던 중 CIA는 하메네이가 지난 28일 아침 테헤란 중심부에 있는 이란 정부 청사 단지에서 주요 군 지휘관들과 회의를 한다는 정보를 입수했다.  미국과 이스라엘은 긴급하게 움직였다. 이 기회를 놓치지 않기 위해 공격 시기를 조율했다.  CIA는 '신뢰도가 높은' 하메네이의 동선과 위치에 대한 정보를 이스라엘에 넘겼다고 이 사안에 정통한 소식통들이 NYT에 밝혔다.  이스라엘의 전투기들은 28일 오전 6시쯤 공군기지에서 이륙했다. 이어 오전 9시40분쯤 이 전투기들이 발사한 장거리 공대지 미사일이 테헤란 시내 주요 목표물을 타격했다.  이스라엘 국방부 관계자는 "오늘 아침 공습은 테헤란의 여러 곳에서 동시에 이뤄졌으며, 그 중 한 곳에 이란의 정치·안보 고위 인사들이 모여 있었다"고 했다.  NYT는 "하메네이의 제거는 작년 6월 '12일 전쟁' 이후 미국과 이스라엘이 이란 지도부에 대해 축적해 온 심층적인 정보력을 반영한 것"이라고 진단했다.  이날 공습으로 하메네이 이외에도 아지즈 나시르자데 국방장관과 압둘라힘 무사비 이란군 참모총장, 모하마드 파크푸르 이란혁명수비대 사령관, 알리 삼카니 최고지도자 군사고문 및 국방위원회 위원장 등도 폭사했다. 이란의 군 수뇌부가 한꺼번에 사라진 것이다.  미국은 이번 군사작전을 '장대한 분노(Operation Epic Fury)'라고 했고, 이스라엘은 '포효하는 사자(Operation Roaring Lion)'라고 부르고 있다.  ihjang67@newspim.com   2026-03-01 19:48
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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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