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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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[현장] 다시 청와대…낙수효과 기대 [서울=뉴스핌] 조준경 기자 = 지난 22일부터 언론 브리핑이 청와대 춘추관에서 진행되면서, 용산 대통령실 시대가 사실상 마무리됐다. 이재명 대통령은 이달 말부터 청와대에서 집무를 시작할 예정이다. 다시 청와대 시대가 오는 것이다.  23일 서울 종로구 청와대 부근의 효자동과 통의동 인근 상인들과 주민들을 방문해 대통령실 청와대 복귀에 대한 의견을 들어봤다. 기대하는 이들이 있는 한편, 별 차이가 없을 것이라며 시큰둥한 반응을 보이는 이들도 있었다. 다만 기자와 취재원들의 만남이 무작위적으로 이뤄졌기 때문에 전체 상인과 주민들의 입장을 대변하지는 않는다. [서울=뉴스핌] 조준경 기자 = 23일 효자로 남단에서 청와대 방향을 바라본 모습. 우측으로 경복궁 영추문이 눈에 들어온다. 2025.12.23 calebcao@newspim.com ◆ "낙수 효과로 장사 잘 될 것 기대 중" 이날 오전 자하문로에서 식당을 운영하는 50대 여성 A씨는 대통령실 청와대 복귀에 대한 의견을 묻는 기자의 질문에 "대통령실이 청와대로 돌아왔다니까 기대하는게 크다"면서 "아무래도 직원들도 돌아오고 하니 매출이 늘어나지 않겠어요?"라고 예측했다. A씨는 장사를 시작한지 3개월 가량 지났다고 밝혔다. 점심 무렵인 오전 11시쯤 효자동에서 5년째 음식 장사 중인 김광재 청기와집 사장(62)은 대통령실 용산 이전(移轉) 전후를 설명했다. 김 사장은 "용산으로 가기 전에는 점심 장사로만 60~70명 정도를 받았고, 청와대 외곽을 경비서는 경찰 인력들이 큰 비중을 차지했다"면서 "그러다가 청와대를 일반인들에게 개방하고 나서는 5~6개월간 관광객이 몰려들며 300명씩 받는 '특수'를 누렸다"고 얘기했다. 그는 "이후에 거의 다 관람하고 나서 청와대 신비감이 떨어졌고 2년 가까이 장사가 엄청 안됐다"면서 "용산으로 가기 전에 비하면 반 토막 정도 떨어진 것 같다. 그래서 다시 대통령실이 돌아온다니까 기대가 크다"고 밝혔다. 김 사장과 대화하는 중간에 청와대 외곽 경비를 담당하는 경찰 직원 7명이 식당 안으로 들어왔다. 김 사장이 기자에게 양해를 구하고 손님들의 자리 안내를 한 후 다시 돌아와 인터뷰를 계속했다. "지금도 사람들이 들어오잖아요. 저분들은 기동대인데, 낙수효과지. 근무하는 인원이 몇 천은 될 테니까. 그 안에서 식사하는 사람도 있겠지만, 밖으로 나와서 먹는 사람도 있을 겁니다. 도시락을 맞출 수도 있으니까 우리에겐 기회지." 집회나 시위에 대한 걱정이 없냐는 질문에 김 사장은 "시위 걱정? 시위대가 온다고 식당을 부수진 않으니까, 왔으면 밥이라도 한 그릇 먹겠지 우리 손해는 아닐 겁니다"라면서도 "다만 주민들은 피해를 볼 수도 있겠네요. 막 욕하고 시끄럽게 떠들고 할 테니까"라고 내다봤다. ◆ "별 체감 안 되는데" 시큰둥한 반응...임대료 증가 걱정도 효자동에서 남쪽에 인접한 경복궁 옆 통의동 골목에서 25년째 한식당을 하고 있는 60대 여성 B씨는 "솔직히 (장사가 잘 되는)체감이 아직은 안가요. 뭐 돌아오면 나아지겠지?"라며 시큰둥한 반응을 보였다. 이어 "우리 집은 경찰이나 직원들이 오는 집은 아니에요. 그 전에도 그렇게 많이 오지 않았고. 주로 경복궁에 놀러 온 사람들이 찾아와요"라며 "(이전에 청와대 사람들이)오더라도 그 사람들은 왜 이렇게 룸을 찾는지, 음식 맛보러 오는 게 아니라 대화하려고 오는거야. 그래서 대통령실 돌아왔다고 해도 그냥 그래"라며 얼버무렸다. 경복궁과 통의동을 가르는 효자로변에서 카페를 운영하는 76세 남성 C씨도 대통령실 복귀가 자신과는 크게 상관이 없다고 설명했다. 오히려 대통령실이 용산으로 갔다가 돌아오는 바람에 상권 변화에 따른 불안정성만 커졌다고 지적했다. "원래 12월은 비수기라 사람이 없어요. 그래서 체감이 안 가는 걸 수도 있는데, 여기서 15년 장사를 했는데, 그 전에도 대통령실 직원들이나 경찰들이 우리 가게에는 오지 않았어요." C씨의 가게는 커피콩을 직접 볶는 '로스팅' 전문점이다. 과거 문재인 정권 시절에는 청와대에서 커피콩을 사러 오는 경우도 있었다고 한다. 그러나 대다수 고객은 경복궁을 찾는 관광객들이다. "대통령실이 용산으로 가기 전에 이 안쪽 골목에는 비싼 한식집들이 많았습니다. 아무래도 고위 관료들을 대상으로 장사를 하는 곳이었겠죠. 그런데 용산으로 가버리니까, 그 집들이 다 카페로 바뀌었어요. 옛날엔 이 근방에 카페가 5~6곳이었는데, 올해만 20곳 넘게 생겼어요." C씨의 설명에 따르면 청와대가 일반인들에게 개방되며 카페들이 우후죽순 생겨났다고 한다. C씨의 추측으로는 올해 들어 주변 상점들의 임대차 계약 만료일이 겹쳤는지, 전체적으로 월세가 큰 폭으로 올랐다고 한다. "이 부근 월세가 보통 30평에 500만원을 내는데, 다른 카페들 보면 더 큰 평수겠지만 1000만~1500만원 내는 곳도 있습니다. 근데 보시면 알겠지만 장사가 안돼요. 내 나이에는 돈 벌려고 하는 게 아니라 월세만 내면 버티지만 다른 곳들은 걱정입니다" 집회와 시위가 늘어나는 것에 대한 질문에는 "시위도 두 종류가 있다"며 "무슨 노조들이 하는 시위는 매출과 관계 하나도 없고 시끄럽지만, 여러 시민단체나 각 개인이 와서 하는 시위는 장사에 도움이 된다"고 말했다. 청와대 옆 무궁화동산에서 만난 산책 중이던 동네 주민 D씨는 "원래 여기가 조용하기도 하고 시끄러운 곳"이라며 "용산으로 갔을 때도 큼지막한 시위는 항상 광화문에서 했기 때문에 별 차이는 못 느꼈다"고 얘기했다. D씨는 "옛날 2008년에 광우병 시위를 크게 할 때는 집에 가는 길도 시위대랑 경찰에 막혀서 불편한 게 많았다"면서 "그런 것만 제외하면 동네 사는 게 나쁘진 않다"고 설명했다. 한편 일각에선 대통령실 청와대 복귀와 관련해 수백억원의 혈세가 낭비됐다는 비판도 나오고 있다. 용산에서 다시 청와대로 옮기는 데 드는 비용이 269억원, 그 자리에 국방부가 다시 들어오는 데 238억원이 필요하다는 지적이다. 2022년 윤석열 정부가 용산으로 대통령실을 옮길 때 든 비용 800억원을 합산하면 총 1300억원의 비용이 낭비된 셈이다. calebcao@newspim.com 2025-12-23 15:14
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신한카드, 19만명 정보 유출 [서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = 국내 최대 신용카드사인 신한카드에서 가맹점 대표자 약 19만명의 개인정보가 유출된 사실이 확인됐다. 신한카드는 해당 사실을 인지한 뒤 개인정보보호위원회에 신고하고 후속 조치에 착수했다. 신한카드는 23일 가맹점 대표자의 휴대전화번호를 포함한 총 19만2088건의 개인정보가 신규 카드 모집 과정에서 유출된 것으로 파악됐다고 밝혔다. [서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = 신한카드 본사 전경[ 사진=신한카드] 2025.06.18 yunyun@newspim.com 유출된 정보는 ▲휴대전화번호 18만1585건 ▲휴대전화번호와 성명 8120건 ▲휴대전화번호·성명·생년·성별 2310건 ▲휴대전화번호·성명·생년월일 73건 등이다. 신한카드는 조사 결과 주민등록번호, 카드번호, 계좌번호 등 민감한 신용정보는 포함되지 않았으며, 가맹점 대표자 정보 외 일반 고객 정보와도 무관하다고 설명했다. 해킹 등 외부 침투로부터 비롯된 것은 아니며 조사 결과 일부 내부 직원의 신규 카드 모집을 위한 일탈로 밝혀진 만큼 유출된 정보가 다른 곳으로 추가 확산될 염려도 없는 것으로 파악된다고 덧붙였다 신한카드 관계자는 "현재까지 해당 정보로 인한 실제 피해 사례는 확인되지 않았다"면서도 "향후 피해가 발생할 경우 적극적으로 보상에 나설 계획"이라고 말했다. 신한카드는 홈페이지를 통해 사고 사실과 사과문을 게시하고, 가맹점 대표자가 본인의 정보 포함 여부를 직접 확인할 수 있는 조회 페이지를 운영 중이다. 아울러 개별 안내도 병행하고 있다. 신한카드 관계자는 "이번 일로 심려를 끼쳐드린 점에 대해 깊이 사과드린다"며 "고객 보호와 유사 사례 재발 방지를 위해 최선의 노력을 다할 것"이라고 말했다. 이어 "해당 사안이 '목적 외 개인정보 이용'인지, '정보 유출'인지 추가 조사를 통해 확인해야할 필요가 있으나, 적극적인 고객 보호를 위해 '정보 유출'에 준하는 조치를 취하고 있다"고 덧붙였다.  yunyun@newspim.com 2025-12-23 14:32
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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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