전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
마켓

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 50년 반도체 지배해온 '무어의 법칙', 이제 끝났다

기사입력 : 2018년01월17일 10:20

최종수정 : 2018년01월18일 07:55

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

'무어의 법칙'은 2차원 반도체에 적용되는 개념
4차 산업혁명 시대엔 3차원 반도체 연구 발전시켜야

50년 반도체 산업 진리로 군림 '무어의 법칙'

지난 50년 반도체 기술과 산업의 '혁신'을 대표적으로 보여 주는 것이 '무어의 법칙'이다. 인텔의 공동 설립자인 고든 무어가 1965년 주장한 것으로 반도체 집적회로(IC. Integrated Circuit)의 집적도가 24개월 마다 두 배씩 증가한다는 법칙이다.

무어의 법칙에 따라 단위 실리콘 웨이퍼 면적 당 집적할 수 있는 반도체의 개수가 증가한다. 그러면 반도체 집적회로의 가격이 하락해, 기업 이익이 증가하고, 결과적으로 반도체를 값싸게 보급해 오늘날과 같은 인터넷, 스마트폰 시대를 가능하게 했다. 결과적으로 무어의 법칙이 지금까지의 인터넷과 스마트폰으로 대표되는 3차 산업혁명을 가능하게 하는 원동력이 됐다.

무어의 법칙에 따라 이렇게 반도체 트랜지스터와 연결선의 폭이 줄어 들면 반도체의 장점도 많다. 일단 트랜지스터 게이트의 길이가 줄어들면 반도체의 신호 처리 속도가 빨라진다. 그 결과 당연히 컴퓨터와 메모리의 대응속도가 빨라진다. 인공지능(AI)과 빅데이터를 처리하기 위해선 이 스위칭 속도가 관건이다. 무어의 법칙에 따라 이러한 IC 의 데이터 처리 속도가 끊임없이 증가해 왔다. 또, 무어의 법칙에 따라 IC의 전력 소모도 줄어든다.

'무어의 법칙'의 개념을 보여주는 그래프. 출처: 구글 이미지.


'무어의 법칙'은 이제 끝났다

최근 삼성전자는 세계 최초로 10나노급 2세대 D램인 10나노급 8Gb(기가비트) DDR4(Double Data Rate 4)를 양산하기 시작했다고 발표했다. 이러한 무어의 법칙을 지속하기 위한 반도체 업계의 노력은 필사적이다. 하지만 필자는 기업들의 이러한 기술 혁신의 높이 평가하면서도 이제 발상의 전환이 필요하다고 본다.

일단 무어의 법칙이 지속되기 어려운 몇가지 근본적인 이유가 있다. 우선 나노미터 급의 길이가 되면 트랜지스터의 크기가 원자 10개 또는 수십 개의 크기가 된다. 수소 원자의 반경 크기에 가까워진다. 따라서 더 이상 전자 공학이 아니고 원자 공학이 된다. 두 번째 이유는 전류 누설 현상이 심각해진다. 특히 DRAM 에서는 전자를 캐패시터(Capacitor)에 가둬 두어야 하는데, 너무 작은 나노 구조이다 보니, 전자가 새어 나간다. 그래서 메모리가 데이터를 오랫동안 유지해 두기 어렵다.

그러니 데이터를 계속 유지하기 위해 단위 면적당 더 많은 전자를 가두려면 DRAM 구조가 점점 더 복잡해진다. 또는 데이터를 유지하기 위해 메모리 다시 쓰기를 반복해야 한다. 당연히 컴퓨터가 느려지고, 전력 소모가 많아진다.

이러한 전류 누설 현상은 반도체 동작 온도가 올라가면 더 심해진다. 그래서 데이터 센터의 냉각 기술이 중요해지고 있다. 아예 데이터 센터 전체를 영하 296도인 액체 질소에 넣자는 논의도 있다. 마지막으로 나노미터급 반도체 공장 건설 비용이 기하급수적으로 늘어난다. 나노미터 급 DRAM 공장 하나 짓는 데 10조원 이상 규모의 투자가 들어간다.

DRAM 의 내부 구조, 출처 : 테크닉인사이트닷컴.


3차원 반도체가 답이다

수년 전 필자는 미국 인텔의 세미나에 참석하기 위해 이 회사를 방문한 적이 있다. 무어를 잠시 만나기 위해 그의 사무 공간으로 갔지만, 아쉽게 하와이 휴가 중이라 만나지 못했다. 필자는 무어의 법칙은 이제 끝났다는 사실을 알려주고자 했다

수년전 미국 캘리포니아주 산타클라라에 있는 인텔 본사를 방문해 이 회사 공동 설립자인 고든 무어 사무 공간에 들렀다. 

지금까지의 반도체는 공정의 생산성을 높이기 위해 2차원 구조를 사용해 왔다. 그래서 실리콘 웨이퍼가 평평하고 둥글게 생겼다. 이게 바로 2차원 반도체이다. 필자는 바야흐로 4차 산업혁명 시대에는 3차 원 반도체 구조가 답이라고 주장한다.

앞으로 100년의 반도체 발전 방향이다. 삼성전자와 SK 하이닉스가 인텔을 진정으로 넘어서기 위해서는 새로운 패러다임의 개척이 필요하다. 그것이 빠른 추격자 (Fast Follower) 모델에서 창조적 선구자(Creative Leader) 로 성장하는 과정이다.

 

<김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수>

 

김정호 교수.

 

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
광복군, 일본군 무장해제 "항복사실 모르느냐? 변상문의 '화랑담배'는 6·25전쟁 이야기이다. 6·25전쟁 때 희생된 모든 분에게 감사드리고, 그 위대한 희생을 기리기 위해 제목을 '화랑담배'로 정했다. 우리는 그들에게 전의(戰意)가 없는 것을 보이기 위해 기관단총을 모두 어깨에 걸쳤다. 그러고도 만일을 위해서 각각 산개하면서 뛰어내리기 시작했다. 드디어 내 차례가 왔다. 몸을 날렸다. 아. 그때 그 바람 냄새, 그 공기의 열기, 아른대는 포플러의 아지랑이, 그리고는 아무것도 순간적이었지만 보이지 아니했다. 그러나 어쩐 일인가? 우리 주변엔 돌격 태세에 착검한 일본군이 포위하고 있었다. 워커 구두 밑의 여의도 모래가 발을 구르게 했다. 코끼리 콧대 같은 고무관을 제독총에 연결한 험상궂은 방독면을 뒤집어쓴 일본군이 차차 비행기를 중심으로 원거리 포위망을 좁혀오고 있었다. 너무나도 위험한 상황이었다. 이것이 그리던 조국 땅을 밟고 처음 맞은 분위기였다. 동지들은 눈빛을 무섭게 빛내면서 사주경계를 했다. 그러나 아직 기관단총을 거머쥐지는 아니했다. 여의도의 공기가 움직이지 않는 고체처럼 조여들어 왔다. 뿐만 아니었다. 타고 온 C46형 수송기로부터 한 50여m 떨어진 곳의 격납고 앞에는 실히 1개 중대나 되는 군인들이 일본도를 뽑아 든 한 장교에게 인솔되어 정렬해 있었다. 그 앞에는 고급장교인 듯한 자들이 한 줄 또 섰고, 장군 몇 명도 있는 듯했다. 그러나 무엇보다도 8월 18일 한낮의 그 뜨거운 여의도 열기가 우리를 더욱 긴장시켰다. 격납고 뒤에까지 무장한 군인이 대기하고 있었다. 중형전차의 기관포도 이쪽을 향하고 있었다. 환호하는 광복군. [사진= 국사편찬위원회] 비행장 아스팔트 위엔 한여름의 복사열이 그 위기의 긴장처럼 이글대고 있었다. 어느새 우리는 땀에 젖어 있었다. 기막힌 침묵이 십여 분이나 지났다. 그러나 그들은 어떤 행동도 취해 오지 않았다. 마침내 우리가 발걸음을 옮겼다. 우리는 일본군 고급 장교들이 늘어선 쪽으로 한걸음 씩 움직였다. 각자 산개, 조심하라! 누군가가 이렇게 나직하게 말했다. 서해 연안으로 비행기가 고도를 낮출 때 누군가가 유서를 쓰던 일이 이 순간 내 머릿속에서 상기되었다. 일본군 병사들은 우리가 다가서자 의외로 포위망을 풀 듯이 비켜섰다. 우리는 아직 기관단총을 어깨에 멘 그대로였다. 일본군이 길을 열어주자, 그들도 일본군 육군 중장을 선두로 한 장교단이 우리 쪽으로 오기 시작했다. 그가 바로 조선주차군사령관 죠오쯔끼(上月良夫)였다. 쬬오쯔기는 그의 참모장 이하라 소장과 나남 사단장과 참모들을 뒤로 거느렸다. 우리도 좌우로 벌려 섰다. 쬬오쯔기가 「나니시니 이라시따노?(무슨 일로 왔소?)」말문을 열었다. 퍽 야무지게 보였다. 우리는 말 대신 영등포 상공에서 뿌리다 남긴 선전 전단을 내밀어 주었다. 우리의 임무가 일본어와 우리말로 적힌 전단이었다. 거긴 또 우리가 이렇게 들어오게 된 사연도 적혀있었다. 우리는 한 장씩 그 전단을 다른 일본군 장교들에게 나누어 주었다. 쬬오쯔끼는 이를 받아 읽고, "일본은 정전만 한 상태이니 일단 돌아갔다가 휴전 조약이 체결된 다음에 재입국하라"라고 말했다. 그러면서 은근히 위협했다. 자기네 병사들이 꽤 흥분되어 있으니, 만약 돌아가지 않으면 그 신변 보호에 안전책임을 지기가 어렵다는 분위기라고 했다. 이에 이범석 장군이 "네 놈들의 천황이 이미 연합국에 무조건 항복한 사실을 모르느냐? 이제부터는 동경의 지시가 필요 없다는 것을 알아야 한다"라고 맞섰다. 그러나 쉽사리 양보하지 않았다. 옥신각신 말이 몇 번 건너 왔다 갔다. 갑자기 쬬오쯔끼는 한 일본군 대령에게 일을 처리하라고 지시했다. 그러면서 그는 동경서 손님이 오기로 되어 있어 마중을 나와 있던 참이란 말을 하고는 물러가 버렸다" 이범석 장군은 일본군 측에 "조선 총독을 만나 담판 짓겠다'라고 요구했으나 거절당했다. 일본군 무장해제 임무를 띠고 국내로 들어 온 '광복군 국내정진군'은 아무런 소득도 올리지 못한 채 다음 날 8월 19일 14:30분 여의도 기지를 이륙하여 중국으로 돌아갔다. 광복군은 미군정이 시작되고 나서 한참이나 지난 다음에 개인 자격으로 귀국할 수밖에 없었다. 조짐이 좋지 않았다. / 변상문 국방국악문화진흥회 이사장   2025-09-29 08:00
사진
중국 전기차 주행거리 두배 증가 배터리 개발 [베이징=뉴스핌] 조용성 특파원 = 중국이 에너지 밀도를 두 배 증가시킬 수 있는 전고체 배터리를 개발해 낸 것으로 나타났다. 중국 칭화(淸華)대학 화학공학과의 연구팀은 '음이온이 풍부한 용매화 구조 설계'를 개발해 냈으며, 이를 기반으로 불소 함유 폴리에테르 전해질을 성공적으로 만들어냈다고 중국 관찰자망이 30일 전했다. 해당 연구 성과는 논문 형식으로 국제 학술지인 네이처에 등재되었다. 연구진이 만들어낸 폴리에테르 전해질은 고체이며, 연구팀은 해당 전해질을 사용하여 전고체 배터리를 제작했다. 제작된 전고체 배터리는 604Wh/kg의 에너지 밀도를 기록했다. 이는 현재 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도가 150~320Wh/kg인 점을 감안하면 에너지 밀도가 두 배 이상 높아진 것이다. 동일한 무게의 배터리이지만 해당 전해질을 사용한 전고체 배터리는 두 배 이상의 전력을 충전할 수 있는 셈이다. 이론적으로 전기차의 1회 충전 주행 거리가 두 배 증가할 수 있게 된다. 현재 500km가량을 주행할 수 있는 전기차가 1000km를 주행할 수 있게 된다. 해당 전고체 배터리는 안전성 테스트도 통과하였다. 못을 박아도 화재와 폭발이 일어나지 않았다. 또한 120도의 높은 온도의 박스 안에 6시간 동안 방치되었지만, 연소나 폭발이 일어나지 않았다. 또한 500회 이상 충방전을 거치면서도 에너지 저장 용량은 안정적으로 유지되었다. 연구진이 만들어낸 전고체 배터리가 상용화된다면 많은 분야에서 활용이 가능해진다. 전기차의 주행 거리는 두 배 증가하며, 드론의 비행 거리도 두 배 증가하게 된다. ESS(에너지저장장치) 역시 부피당 저장 용량을 크게 끌어올리게 되며 ESS 소형화가 가능해진다. 칭화대 연구진이 개발한 전고체 전해질의 도식도 [사진=네이처 캡처] ys1744@newspim.com 2025-09-30 10:35
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
기사제목
기사가 번역된 내용입니다.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

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.
안다쇼핑
Top으로 이동