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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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김건희 매관매직 혐의 오늘 1심 선고 [서울=뉴스핌] 이바름 기자 = '현대판 매관매직'으로 불리는 김건희 여사의 '디올벡·금거북이 수수' 의혹 사건 1심 판결이 26일 나온다. 서울중앙지법 형사합의21부(재판장 조순표)는 이날 오후 2시 김 여사의 특정범죄가중처벌 등에 관한 법률 위반(알선수재) 등 혐의 사건의 1심 선고를 진행한다. 서울중앙지법 형사합의21부(재판장 조순표)는 26일 오후 2시 김 여사의 특정범죄가중처벌 등에 관한 법률 위반(알선수재) 등 혐의 사건의 1심 선고를 진행한다. 사진은 김 여사가 지난해 12월 3일 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 자본시장법 위반 혐의 결심 공판에 출석해 변호인과 대화하는 모습. [사진=뉴스핌 DB] 김 여사는 지난 2022년 3월부터 5월까지 이봉관 서희건설 회장으로부터 맏사위인 박성근 변호사의 공직 임명 청탁 명목 등으로 반클리프 아펠 목걸이와 귀걸이 등 총 1억380만 원 상당의 귀금속을 수수한 혐의를 받는다. 같은 해 이배용 전 국가교육위원장으로부터 위원장 임명 청탁을 명목으로 265만 원 상당의 금거북이를, 서성빈 드롬돈 대표로부터 로봇개 사업 지원 청탁과 함께 3990만 원 상당의 바쉐론 콘스탄틴 손목시계를 받은 혐의도 있다. 이와 함께 김상민 전 부장검사로부터 총선 공천 청탁과 함께 1억4000만 원 상당의 이우환 화백 그림을 받고, 최재영 목사로부터 디올백 가방을 수수한 혐의도 적용됐다. 이 사건을 수사·기소한 민중기 특별검사팀은 이른바 '현대판 매관매직'으로 규정하며 김 여사에게 징역 7년 6개월을 구형했다. 또 김 여사가 받은 것으로 조사된 이우환 화백 그림, 금거북이, 반클리프 아펠 목걸이, 디올백 등을 몰수하고 그라프 목걸이, 바쉐론 콘스탄틴 시계 등의 가액에 해당하는 5630만여 원의 추징을 선고해달라고 했다. 특검팀은 "김건희의 범행은 대통령 배우자로서의 지위를 배경으로 대통령의 각종 권한을 사적 거래의 대상으로 삼아 반복적으로 금품을 수수한 '매관매직' 행위"라고 밝혔다. 반면 김 여사 측은 첫 공판부터 일부 금품 수수 사실은 인정하면서도 알선 대가성은 없었다며 혐의를 부인했다. 특히 이우환 화백 작품 수수 혐의에 대해서는 핵심 증인의 진술 번복을 주장하며 신빙성에 문제를 제기했다. 김 여사는 최후진술에서 "저의 경솔한 처신에 대해 진심으로 깊이 반성한다"며 "이 자리까지 오게 돼 국민들께 진심으로 사죄드리며 재판부 판단을 겸허히 받아들이고 남은 세월 속죄하며 살겠다"고 말했다. right@newspim.com 2026-06-26 05:50
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'마이 케이팝 스타' 예선 영상 공개 [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 종합뉴스통신사 뉴스핌이 주최·주관하는 글로벌 오디션 프로그램 '마이 케이팝 스타(MY KPOP STAR)'의 예선 진출자 10팀의 영상이 24일 공개됐다. 이번에 공개된 국내 참가자는 개똥(류진), 마틴(MARTI:N), 박희주, 차밍(Mingi Cha), 김승주(캐치)이며, 해외 참가자는 제이엑스알(JXR, 태국), 앨리스(Alice, 러시아), 하린(Harin, 독일), 젤리캣(JELLYCAT, 미얀마), 케이시야 탄(Keisya Tan, 인도네시아) 등이다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 마이 케이팝 스타 예선 진출자들의 모습 2026.06.23 taeyi427@newspim.com 이번 예선에서는 다양한 국적을 가진 지원자들의 개성 있는 모습을 만나볼 수 있다. 우선 국내 참가자인 개똥(류진)은 감미로운 목소리로 마로니에의 '칵테일 사랑'을 가창했으며, 마틴(MARTI:N)은 숀의 '웨이 백 홈(Way Back Home)'을 선보였다. 박희주는 에일리의 '첫눈처럼 너에게 가겠다'와 베이비몬스터의 '위 고업(WE GO UP)'을 통해 반전 매력을 보여준다. 차밍은 지코의 '터프쿠키(Tough Cookie)'를, 김승주(캐치)는 캔트비블루(Can't be blue)의 '첫 눈에 널 사랑할 수는 없었을까'와 롱샷(LNGSHOT)의 '문워킨(moonwalkin')'을 부르며 폭발적인 가창력을 뽐냈다. 해외 참가자들의 활약도 돋보인다. 제이엑스알(JXR)은 언차일드의 '언차일드(UNCHILD)'를 파워풀한 댄스와 함께 선보이며 탄탄한 가창력을 증명했다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 마이 케이팝 스타 예선 진출자들의 모습 2026.06.23 taeyi427@newspim.com 앨리스는 베이비몬스터의 '드림(Dream)'을, 하린은 제니의 '라이크 제니(like JENNIE)'를, 젤리캣은 블랙핑크의 '핑크 베놈(Pink Venom)'을 본인만의 스타일로 재해석했다. 케이시야 탄 역시 전소미의 '덤덤(DUMB DUMB)'으로 눈도장을 찍을 예정이다. 화려한 경력을 자랑하는 참가자들도 눈에 띈다. 개똥(류진)은 JTBC '싱어게인2' 27호 가수 출연, Mnet '포커스' 출연, TBS '박스가왕 왕중왕전' 최종 우승 등 화려한 방송 이력을 가진 지원자다. 박희주 역시 영종청소년가요제(장려상), 광주시민가요제(대상), 용인명품가요제(장려상), 전국호수예술제(우수상) 등 여러 가요제를 휩쓴 인재다. 차밍(Mingi Cha) 또한 대구 끼페스티벌에서 12팀 중 3위를 차지했을 정도로 뛰어난 실력을 갖추고 있다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 마이 케이팝 스타 예선 진출자들의 모습 2026.06.23 taeyi427@newspim.com 이번 대회는 온라인 예선을 시작으로 온라인 라이브 본선, 오프라인 결선 순으로 진행된다. 최종 우승자 1명에게는 1억 원의 상금이 주어지며, 국내 참가자 중 2~10위에게는 각 200만 원의 상금이 수여된다. 해외 참가자에게는 결선 진출 시 왕복 항공권과 숙박비 등 체류 비용 전액을 지원하는 파격적인 혜택이 제공된다. 이 밖에도 글로벌 쇼케이스 및 공연 참여 기회, 언론 홍보와 인터뷰, 국내 엔터테인먼트사의 현장 캐스팅 등 다채로운 특전이 마련됐다. 아울러 전문 보컬·댄스 트레이닝 프로그램과 K팝 안무를 활용한 숏폼 콘텐츠 제작 지원 등 참가자들의 성장을 도울 다양한 프로그램도 운영될 예정이다. '마이 케이팝 스타' 예선 진출자들의 영상은 4주에 걸쳐 매일 10팀씩 순차적으로 업로드된다. 진출자들은 앞으로 2주간 영상의 '조회수'와 '좋아요' 수를 기반으로 한 평가를 받게 되며, 이를 통해 본선 진출 여부가 판가름 난다. taeyi427@newspim.com 2026-06-24 11:00
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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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