신호를 나타내는 최소 단위 ‘비트(bit)’
정보의 기본단위 ‘바이트(Byte)’

컴퓨터는 디지털 형식의 전기 신호를 사용하기 때문에 모든 정보를 ‘0’과 ‘1’로만 표현합니다. 하나의 ‘0’ 또는 ‘1’에 해당하는 데이터가 바로 ‘비트(bit)’인데요. 이진 숫자라는 뜻을 가진 ‘binary digit’의 줄임말입니다. 비트는 컴퓨터가 처리하는 정보의 최소 단위인데, 한 개만으로는 많은 양의 데이터를 나타내기에 턱없이 부족하기 때문에 정보를 표현하는 기본단위로는 8개의 비트를 묶은 바이트(Byte)를 사용하고 있습니다. 여기서 1 바이트는 256 종류의 정보를 나타내는데요. 이는 하나의 바이트가 여덟 개의 비트로 이뤄져 있고 비트 하나는 0과 1로 표현될 수 있기 때문에 2의 8승으로 계산되는 것이죠.

1바이트로는 한 개의 문자를 나타낼 수 있는데요. 이는 영어권 문자에 해당하고, 한글과 같은 동양권 문자를 표기하기 위해서는 한 문자당 2바이트가 필요합니다.

1,024배씩 무럭무럭 커지는 바이트의 단위

8개의 비트가 모여 바이트가 된 것처럼, 바이트가 모이면 더 큰 단위가 될 수 있습니다. 바이트의 단위는 1,024배씩 커져 1킬로바이트(KB)는 1바이트의 1,024배, 1메가바이트(MB)는 1킬로바이트의 1,024배, 1기가바이트(GB)는 1메가 바이트의 1,024배, 1테라바이트는 1기가바이트의 1,024배입니다. 컴퓨터 언어는 앞서 설명한 것처럼 ‘0’과 ‘1’의 이진법으로 구성돼있기 때문에 2의 제곱수인 2의 10승으로 단위를 묶습니다.

이 외에도 페타바이트(PB), 엑사바이트(EB), 제타바이트(ZB), 요타바이트(YB), 브론토 바이트 등으로 확장되는데요. 브론토 바이트는 현재까지 나온 최고 용량의 단위로, 규범 표기도 미확정 상태입니다. 영화, 테이프, 사진, 녹음, 문자, 발언 등 세상의 모든 기록을 저장하기에 충분한 용량이라고 하니 상상을 뛰어넘는 대용량 단위이죠.

여기서 궁금증 하나! 저장장치의 표기 용량과 실제 용량이 다른 이유는 무엇일까요? 바로 이진법이 아닌 십진법으로 용량을 표기하기 때문입니다. 보통 1,000B=1KB, 1,000KB=1MB, 1,000MB=1GB, 1,000GB=1TB 라고 표시하는데요. 제조업체 기준에서 1TB의 저장장치는 1,000,000,000,000바이트를 저장할 수 있지만, 이것을 이진법을 따르는 컴퓨터의 규칙인 1,024로 나누면 976,562,500KB, 이를 다시 1,024로 나누면 953,674.3MB, 마지막으로 GB로 표시하기 위해 한 번 더 1,024로 나누면 931.32GB가 되죠. 따라서 컴퓨터는 1TB를 931GB로 인식하는 것입니다. 최근 삼성전자는 업계 최초로 무려 8TB까지 용량을 저장할 수 있는 소비자용 SATA 인터페이스 기반 SSD ‘870 QVO’를 출시했는데요. 앞선 계산법에 따라 870 QVO에 담을 수 있는 15GB의 고화질 4K영상은 약 490편 정도가 되죠.

5G 시대가 도래함에 따라 이미지와 동영상 등의 데이터 사용 범위도 커지면서 데이터 저장공간 역시 기하급수적으로 늘어날 것으로 예상되는데요. 1990년대 초까지만 해도 낯설었던 ‘테라바이트’가 지금은 일반인도 대중적으로 사용하는 저장장치에 적용된 단위인 만큼, 페타바이트급의 저장장치를 개인이 사용할 날도 머지않았을지 모릅니다.

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1990년대만 해도 컴퓨터 저장 용량이 1기가바이트(GB) 안팎에 불과했던 것, 알고 계셨나요? HD영화 파일 1편도 담지 못하는 용량인데요. 요즘은 휴대폰의 저장 용량이 1기가바이트(GB)의 1,000배인 1테라바이트(TB)에 달할 정도이니 기술의 발전이 신기하기만 합니다. 어떻게 이 많은 데이터가 손톱만한 반도체에 들어갈 수 있을까요? 바로 나노 단위의 반도체 회로 기술로 반도체 ‘집적도’가 높아졌기 때문입니다.

‘집적’이란 모아서 쌓다라는 의미로 ‘집적도’란 반도체 칩이 얼마나 많은 논리소자(논리연산을 하는 최소 단위의 회로)로 구성되어 있는지를 뜻합니다. 작은 칩 내 집적도를 높이기 위해 현재 회로 선폭은 한 두 자릿수의 나노미터 수준에 이르렀습니다.

반도체 회로가 미세화될수록 같은 면적에 더 고용량, 고성능, 고효율의 제품을 만들 수 있는데요. 오늘은 초미세 공정을 설명할 때 자주 등장하는 ‘나노미터’에 대해 알아보겠습니다.

반도체 미세 공정 단위, 나노미터

‘나노(nano)’는 고대 그리스어로 ‘난쟁이’를 뜻하는 ‘나노스(nanos)’에서 유래됐습니다. 반도체 회로 선폭에 사용되는 단위 ‘나노미터(nm)’는 얼마나 작은 단위일까요? 일반적으로 많이 사용되는 단위인 미터(m)를 기준으로 본다면, 1나노미터는 10억분의 1미터에 해당합니다. 반도체는 이렇게 작은 단위를 다루며 눈에 보이지 않는 싸움을 하고 있죠.

나노미터(nm)는 꽃가루(약 40μm)의 4만분의 1 정도로 굉장히 작습니다. 우리 일상 속 흔히 보이는 사물과 비교하면 모래(약 1mm)의 100만분의 1, 머리카락 굵기(약 100μm)의 10만분의 1 에 해당하는 크기입니다.

현재 반도체 공정 기술은 한 두 자릿수 나노미터(nm)까지 발전했는데요. 반도체 업계는 미세화의 한계를 넘고자 회로 설계 혁신, 신 공정 도입 등 다양한 노력을 하고 있습니다. 삼성전자 또한 화성캠퍼스에 EUV 전용 ‘V1’라인을 본격 가동하며 초미세공정을 향해 달려가고 있죠.

반도체의 성능을 좌우하는 미세 공정

한자리 수 나노 공정에 진입했다는 것은 공정 단계를 줄이는 것 이상의 의미가 있습니다. 칩 크기가 작아지면 동일 면적의 웨이퍼(반도체 원재료) 안에서 더 많은 반도체를 생산할 수 있기 때문에 생산성은 물론 성능과 전력효율까지 확보할 수 있고, 이는 가격 경쟁력과도 직결됩니다.

다가오는 자율주행, 인공지능 시대도 나노 기술의 혁신이 없이는 불가능합니다. 적은 전력으로 대규모의 고속 연산을 할 수 있는 ‘저전력’, ‘고성능’ 반도체를 위해 삼성전자 또한 차세대 기술인 GAA(Gate-All-Around) 공정 등을 선보이며 미세화의 한계 극복에 박차를 가하고 있는데요. 미래 산업의 중요한 경쟁력이 될 반도체 미세화를 향한 삼성전자의 도전도 지켜봐 주세요!

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