‘챗GPT’, ‘DALL-E’, ‘Bard’ 등 누구나 한 번쯤은 들어 봤을 인공지능 서비스. 이러한 서비스는 어떻게 방대한 양의 데이터를 처리할 수 있을까? 바로 ‘AI 반도체’에 그 비밀이 숨어 있다.

무려 312편의 영화를 1초 만에 처리할 수 있는 대역폭을 지원하는 AI 특화 반도체, ‘HBM3E’. 이 외에도 그래픽에 최적화된 GDDR과 낮은 비용으로 더 큰 용량을 확보할 수 있는 DDR까지.

인공지능이 안정적으로 서비스를 제공하기 위해서는, 이러한 차세대 AI 반도체 기술의 발전이 함께 이뤄져야만 한다. 영상을 통해 인공지능 시대를 철저히 대비하고 있는 삼성전자 반도체만의 비결을 지금 확인해 보자.

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삼성전자 반도체는 과감한 투자와 지속적 기술 혁신을 기반으로 40년간 미세공정의 한계를 돌파해 왔다. 1983년 64Kb(킬로비트) D램 개발 이후, 삼성전자 반도체는 64Mb(메가비트) D램부터 최근 32Gb(기가비트) DDR5까지 업계 최초로 개발하며 또 한 번 혁신의 역사를 기록했다.

생성형 AI의 부상으로 데이터 처리량이 폭증하는 상황에서 이러한 성과는 삼성전자 메모리 반도체가 다음 세대를 향해 빠르고 안정적으로 도약할 수 있는 계기가 되었다. 현존 최대 용량 32Gb DDR5 D램이 탄생하기까지, 삼성전자 반도체가 지나온 여정을 살펴보면 그 이유를 확인할 수 있다.

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DDR SDRAM에서 DDR5까지, 속도는 UP! 소비전력은 DOWN!

DDR(Double Data Rate)은 현재 쓰이는 D램의 표준 기술 규격, 즉 D램 제품의 세대를 의미한다. D램은 연산 작업을 하는 중앙처리장치(CPU)와 주기적인 전기 신호(클럭)에 맞춰 데이터를 주고받으며, 데이터를 빠르게 저장하고 불러오는 역할을 수행한다. 이때 DDR D램은 기존 SDR(Single Data Rate) D램과 달리 클럭 한 번에 데이터를 두 번 전송한다. DDR3, DDR4, DDR5 등 세대를 거듭한 제품이 등장할수록 동작 속도는 더욱 빨라지고, 속도가 빨라질수록 동작 전압은 낮아져 더 낮은 전력으로 서버를 구동할 수 있게 된다.

특히 DDR5의 경우, 이전에 출시된 DDR4보다 최고 동작 속도가 2배 이상인 7,200Mbps*에 달해 데이터 처리량이 급증하고 있는 IT 분야에 최적의 솔루션으로 자리매김했다.

* Mbps(Megabit per second): 1초당 전송되는 메가 비트 단위의 데이터

초연결 시대를 주도하기 위해서는 동작 속도뿐만 아니라 많은 데이터를 담을 수 있는 용량도 중요한 요소다. 삼성전자 반도체가 가장 최근에 선보인 DDR5의 모듈 최대 용량은 무려 512GB(기가바이트). DDR4에 비해선 2배, DDR SDRAM에 비해서는 무려 256배에 달하는 용량이다.

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고용량은 물론, 환경에 미치는 영향까지 줄인 DDR5의 핵심 기술은?

이러한 성능을 지닌 DDR5가 탄생할 수 있었던 배경에는 두 가지 기술이 있다. 하나는 데이터센터를 비롯해 고성능 컴퓨팅 환경에서 데이터 처리 용량을 늘리면서도, 서버에서 메모리가 차지하는 전력 소모를 감소시킴으로서 환경에 미치는 영향도 줄일 수 있는 ‘HKMG(High-K Metal Gate)’* 공정이다.

* HKMG(High-K Metal Gate): 반도체 제조 과정에서 고저유전체 (High-K) 절연 물질과 금속 게이트를 활용하여 더 미세하고 효율적인 전자 회로를 만들고, 전력 소비를 줄이는 데에 도움을 주는 기술

메모리는 전하를 저장하는 셀로 이루어져 있는데, 각 셀 간 전하가 누출되지 않도록 절연되어야 한다. 그렇지 않으면 데이터 오염이 발생할 수 있고, 결과적으로 이 데이터가 필요한 프로그램이 작동되지 않을 수도 있다. 메모리 제조업체는 이에 대한 한계를 마주한 상태였는데, 삼성전자 반도체가 이러한 상황을 극복하기 위해 업계 최초로 HKMG(High-K Metal Gate) 공정을 적용한 DDR5를 개발한 것이다.

HKMG 공정은 전자기기에서 데이터 처리는 물론, 계산 및 논리 작업을 수행하는 데 활용되는 로직 칩에 주로 쓰이는 공정이다. 기존에는 D램 절연막에 ‘폴리실리콘옥시나이트라이드(pSiON)’이라는 물질을 사용해 왔으나, DDR5의 경우 유전율이 높은 High-K 물질을 절연막에 적용해 두께는 줄이면서 누설전류를 줄여 신뢰성을 높인 것이 특징이다. 게이트 역시 새로운 절연막에 적합한 메탈 게이트로 바꿨다.

HKMG 공정이 DDR5에 적용되면서 밀집된 셀 사이의 절연 상태를 개선할 수 있었고, 이를 통해 DDR4에 비해 2배 이상의 빠른 데이터 처리 속도를 지닐 수 있게 됐다. 또한, 에너지 사용량도 13% 줄임으로써, 고성능, 저전력이 필요한 응용처에 최적의 솔루션으로 자리매김하는 결과를 얻었다.

다른 하나는 고성능 컴퓨팅 환경에서 직접 회로의 밀도와 성능을 향상시키는 ‘TSV(Through-Silicon Via)’ 공정이다. TSV는 실리콘 칩 안에 수직으로 구멍을 뚫어 다른 칩과 연결하는 실리콘 관통 전극 기술이다. 칩 내부 연결을 단축해 저전력으로 고속 데이터 전송을 가능하게 하고, 작은 패키지에 높은 밀도의 칩 설계 역시 가능하게 하여 결과적으로 장치의 크기를 줄이는 데에도 도움을 주는 것이 강점이다.

AI 및 고성능 컴퓨팅 환경에서는 여러 작업을 동시에 처리하며 작업의 효율성을 높이는 하이코어 CPU가 필요한데, 해당 기술은 대량의 메모리와 대역폭이 필요하므로 개당 용량이 높은 D램 모듈을 사용하는 것이 효과적이다. 현재 용량이 큰 D램에 대한 수요가 점진적으로 증가하고 있는 이유다. 결과적으로 삼성전자 반도체는 DDR5에 TSV 공정을 적용함으로써 최대 512GB의 용량을 확보할 수 있었다.

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초거대 AI 시대, 차세대 D램 시장을 견인하다

최근 삼성전자 반도체는 TSV 공정 적용 없이 128GB 모듈을 제작할 수 있는 12나노급 고용량 32Gb DDR5 D램도 업계 최초로 개발했다. 이를 통해 16Gb D램을 탑재한 모듈보다 용량을 높이면서 제조 비용은 개선하고, 소비 전력은 약 10% 개선할 수 있게 되었다.

초거대 AI 기술이 탄생할수록 처리해야 할 데이터의 양 역시 기하급수적으로 늘어날 것이며, 메모리 용량에 대한 요구도 증가할 것이다. 이에 따라, 고성능 컴퓨팅이 대용량 데이터를 고속으로 처리하기 위한 필수 요소가 되었다.

DDR5는 고성능 컴퓨터뿐 아니라 클라우드, AI, 빅데이터, 자율주행과 같은 대용량 데이터 처리 응용 분야에서 빠른 성능과 효율을 제공한다. 특히, 전력 효율을 중요시하는 IT 기업에게 매우 유용한 솔루션이 될 것이며, 미래형 첨단 산업에서 중요한 역할을 할 것으로 많은 기대를 모으고 있다.

삼성전자 반도체가 12나노급 32Gb DDR5 D램과 같은 선도적인 기술을 선보인 데에는, 지난 40년간 업계를 선도해 오며 축적한 원천 기술과 긴밀한 협력 관계가 주요하게 작용했다. 삼성전자 반도체는 향후에도 고용량 D램 라인업을 꾸준히 확대해 가며, 다양한 응용처에 공급도 확대해 차세대 D램 시장을 견인해 나갈 계획이다.

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9월이 얼마 남지 않은 가운데 IAA 모빌리티 2023 행사가 코앞으로 다가왔습니다. 이 컨퍼런스에서는 세계 최대 자동차 제조업체, 공급업체 및 기술 브랜드가 한자리에 모여 최신 혁신 기술을 공개하고 모빌리티의 미래를 설계합니다. 업계 리더들이 혁신을 선보이고 미래 변화를 위한 방향을 설정할 수 있는 좋은 기회의 장입니다.

이번 전시회를 앞두고 자동차 메모리 기술 트렌드와 모빌리티의 미래가 나아갈 방향에 대해 이야기해보고자 합니다. 자동차 산업(그리고 모빌리티 분야 전반)은 중대하고 지속적인 변화의 시기를 겪고 있으며, 삼성 메모리 기술은 이러한 변화에서 핵심적인 역할을 할 것입니다. 9월에 발표할 흥미로운 주제 몇 가지를 미리 살펴보겠습니다.

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1. 자율 주행

첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)에서 완전 자율 주행으로 전환하는 데는 오랜 시간이 소요되고 있습니다. 지난 10년간의 열띤 논의 끝에 이제 의미 있는 진전이 보이기 시작했습니다. 실제로 현재 ADAS 및 자율주행 발전 속도로 볼 때, 향후 5~10년 내에 고속도로를 주행하는 차량의 50% 이상이 자율주행이 가능할 것으로 예상됩니다.

올해 독일은 메르세데스-벤츠의 레벨 3 자율주행을 인정한 최초의 국가가 되었으며, 일부 모델은 최대 시속 60km의 속도에서 운전자가 운전대에서 손을 뗄 수 있었습니다.

완전 자율 주행으로의 전환이 탄력을 받으면서 이를 지원하는 기술에서 생성되는 데이터의 양이 증가하고 있습니다.  이를 위해서는 향상된 처리 능력과 대용량, 고성능 메모리 솔루션이 필요합니다.

예를 들어, 인포테인먼트는 오랫동안 자동차 인테리어의 중심이었지만 레벨 3 자율 주행으로 진화하면서 승객과 운전자 모두에게 진정한 엔터테인먼트와 커뮤니케이션 경험을 제공할 수 있는 기회가 열리게 되었습니다. 영화와 게임, 화상 회의에 이르기까지 자동차는 이제 ‘바퀴 달린 서버’가 되어 앞으로 현재 우리가 상상할 수 없는 다양한 애플리케이션을 사용할 수 있게 될 것입니다.

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2. 중앙 집중형 컴퓨팅

오늘날의 자동차는 이미 놀라울 정도로 정교해졌습니다. 차량 컴퓨팅이 더욱 복잡해짐에 따라 제조업체는 가능한 시스템을 단순화하고 간소화할 것으로 예상됩니다.

즉, 개별 제어 장치의 수를 대폭 줄이고 영역별 제어 장치를 늘리는 한편, CPU의 기능을 중앙 집중화하여 적은 수의 장치에 많은 양의 메모리를 통합할 수 있게 됩니다. 따라서 앞으로 자동차에 SSD와 같은 메모리 장치가 더욱 광범위하게 적용될 것입니다.

이전에는 SSD가 PC나 서버와 같은 제품에 주로 사용되었으며, SSD가 제공하는 고성능을 필요로 하지 않는 자동차에는 거의 사용되지 않았습니다. 향후 4~6년 동안 자동차 기술 역량, 데이터 처리 및 중앙 집중화 기능이 발전됨에 따라 자동차 산업에서 SSD의 사용이 점점 더 늘어날 것으로 예상됩니다.

SSD 도입을 통해 제조업체는 한 단계 더 발전하여 기존과 다른 방식으로 업무를 수행하게 될 것입니다. 항상 그래왔듯이 적합한 도구를 제공하면 창의적인 사람들은 혁신적인 솔루션을 구축하게 될 것입니다.

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3. V2X(차량-사물간) 통신

곧 등장할 또 다른 흥미로운 트렌드는 V2X 통신입니다. 많은 최신 차량은 이미 스마트 인프라와 통신할 수 있습니다. 예를 들어, 운전자의 대시보드에 적색 신호등 카운트다운 시계를 표시하는 기능을 예로 들 수 있습니다.

하지만 ADAS를 지원하는 자율주행 차량이 점점 늘어남에 따라 차량 간 통신이 훨씬 더 많아질 것입니다. 예를 들어, 한 지역의 모든 차량이 자율 주행이 가능해지면 몇 가지 재미있는 기능이 가능해집니다. 제동 시점을 알기 위해 전방 차량의 브레이크등을 ‘주시할(See)’ 필요 없이, 차량 간 로컬 통신을 통해 후방 차량에 제동 시점을 알리게 됩니다.

차량이 외부 세계와 차량 간에 더 많이 연결됨에 따라 데이터 연결이 매우 중요해졌습니다. 업계가 V2X 통신의 가능성에 주목하면서 보다 안전하고 효율적인 주행을 가능하게 하는 5G 기술이 핵심적인 역할을 할 것입니다. 지능형 고속도로, 횡단보도 보행자 경고, 신호등 동기화 등은 스마트 기술이 가져올 변화의 몇 가지 예시에 불과합니다.

올해 IAA 모빌리티 2023에서는 미래 지향적인 트렌드가 선보일 예정이지만, 이러한 모든 혁신의 이면에는 세심하게 설계된 요소들이 숨겨져 있습니다. 시스템 차원에서 이루어지는 보이지 않는 혁신 덕분에 승객의 안전을 강화하고 지구 환경을 보호하는 데 의미 있는 진전을 이룰 수 있을 것입니다.

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IAA 모빌리티 2023에 참가하는 삼성 반도체에 대한 자세한 내용 및 최신 자동차 혁신 동향과 애플리케이션에 대한 설명은 아래 사이트에서 확인할 수 있습니다.

https://semiconductor.samsung.com/emea/insights/application/automotive/

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대한민국 전체 수출 품목 중 1위를 차지하는 반도체. 그리고 그 중에서도 글로벌 시장의 약 60%를 차지하는 압도적인 1등이 있습니다. 바로 ‘메모리 반도체’입니다. <반도체 백과사전> 일곱 번째 영상에서는 5G, 사물인터넷, 클라우드 컴퓨팅 등의 확산과 함께 더욱 중요한 역할을 하고 있는 메모리 반도체에 대해 알아보겠습니다.

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어려운 반도체 이야기도 쉽게 이해할 수 있는 Hello, Chips! 오늘은 에너지도 절약하고, 지구도 구한다는 삼성전자의 ‘저전력 메모리반도체’에 대해 알아봤습니다.

우리가 흔히 사용하는 SNS와 스트리밍 서비스의 방대한 데이터는 ‘데이터센터’에 저장되는데요. 이 데이터센터에 트래픽이 많아지면 열이 나고, 열을 식히기 위해서는 막대한 에너지를 소모하게 됩니다. ‘전기 먹는 하마’ 데이터센터는 지구 온난화의 원인이 될 수 있다는 사실! 삼성전자가 꾸준히 개발해오고 있는 저전력 메모리 반도체가 이 문제를 해결할 열쇠라고 하는데요. 지구를 구하는 반도체의 비밀, 지금 바로 영상을 통해 확인해보세요!

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■ 하나의 패키지에 낸드+D램+컨트롤러 담은 ‘BGA NVMe SSD’ 출시

삼성전자가 2013년 울트라 노트북용 M.2 NVMe SSD(모델명: XP941) 라인업을 출시한지 3년 만에 면적을 1/5로 줄인 BGA 폼팩터 기반 초소형 SSD 라인업을 선보였습니다.

삼성전자는 글로벌 IT 업체에 이번 ‘BGA NVMe SSD(모델명: PM971)’ 라인업을 본격 공급하며, ‘초고속·초소형·초경량’ 솔루션으로 차세대 프리미엄 PC 시장 선점에 나설 예정입니다.

‘512GB BGA NVMe SSD’는 3세대(48단) 256Gb V낸드 칩 16개와 고성능 컨트롤러, 20나노 4Gb LPDDR4 D램 등 18개의 반도체를 하나의 패키지에 탑재하면서도 무게를 1그램(g)으로 구현한 것이 특징입니다.

■ ‘초고속·초소형·초경량’ 솔루션으로 PC 디자인 유연성 크게 향상

‘512GB BGA NVMe SSD’는 크기가 가로 2cm, 세로 1.6cm, 두께 1.5mm로 백 원짜리 동전보다 작고, 2.5인치 HDD 부피의 1/100에 불과해 대용량 배터리 탑재 공간 확보 등 울트라 슬림PC의 디자인 유연성을 확보했습니다.

연속 읽기속도는 1,500MB/s로 기존 SSD보다 3배 빠르며, 고속 쓰기(Turbo Write) 기술을 적용해 쓰기속도 900MB/s를 구현했습니다. 이는 고해상도 Full HD급 영화 1편(5GB)을 약 3초에 전송하고, 약 6초에 저장할 수 있는 속도인데요. 임의 읽기/쓰기속도 또한 기존 SSD보다 1.5배 이상 높인 190,000 IOPS, 150,000 IOPS를 구현해 소비자들이 멀티태스킹 작업을 더욱 원활하게 처리할 수 있도록 지원합니다.

삼성전자 메모리사업부 상품기획팀 이정배 전무는 “BGA NVMe SSD는 초고속이면서도 가장 작은 폼팩터로 512GB 용량을 제공해 차세대 PC의 디자인 유연성이 더욱 높아졌다”며, “향후 글로벌 IT 업체들은 더 얇고 스타일리시한 혁신적인 PC를 출시할 수 있을 것”이라고 전했습니다.

삼성전자는 초고용량·초고속 라인업 출시로 프리미엄 SSD 시장을 주도해왔으며, 향후에도 글로벌 고객들과 기술 협력 확대로 다양한 SSD 라인업과 솔루션을 제공해 시장 트렌드를 지속 선도할 계획입니다.

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그렇다면, 3차원 수직구조 낸드플래시 메모리는 무엇일까요? 오늘은 영상을 통해 3차원 수직구조 낸드플래시 메모리의 원리와 구조를 함께 알아보겠습니다.

■ 기존 낸드플래시, 미세화 기술 한계에 봉착

플래시 메모리는 전원이 끊겨도 데이터를 보존하는 특성을 가진 반도체로, 크게 낸드플래시와 노어플래시로 구분됩니다. 낸드플래시는 스마트폰 스토리지 메모리나 SSD와 같이 대용량 데이터 저장용으로  사용되고, 노어플래시는 피쳐폰에서 구동 소프트웨어를 저장하는 저용량 스토리지 메모리로 사용됩니다.

좁은 면적에 더 많은 셀을 만들어 소형화, 대용량화된 낸드플래시는 다양한 모바일 기기 및 전자제품의 대표적인 메모리 저장장치로 사용되고 있습니다. 특히 낸드플래시는 우리 생활의 필수품으로 자리잡은 스마트폰에서 음악, 사진, 영상 등을 저장하는 역할과 HDD를 대체하는 SSD에 탑재되고 있습니다.

하지만 최첨단 10나노급 공정을 도입한 128기가비트(Gb) 낸드플래시가 개발된 이래, 공정이 미세화되면서 셀이 점점 작아지고 이웃한 셀과의 간격이 좁아지게 되었습니다. 이로 인해 전자가 누설되는 간섭 현상이 심화된 것입니다.

메모리 셀을 집에 비유하자면, 면적이 넓은 곳에 몇 개의 집만 지을 때는 건물도 크게 지을 수 있고, 이웃한 집 사이의 거리가 넓어 편하게 지낼 수 있습니다. 하지만 같은 면적에 많은 집을 지어야 한다면, 집도 작아지고 이웃한 집 사이의 거리도 가까워져 소음 문제 등 간섭 현상이 발생하는 것입니다.

극심한 간섭 현상으로 저장된 데이터를 판독할 수 없는 등 미세화 기술이 물리적 한계에 도달한 것이죠.  이렇게 물리적인 한계 극복이 어려워지면서 두 배 큰 용량인 256Gb 낸드플래시 개발 기간이 길어지고,  새로운 물질 개발 등으로 많은 개발 비용이 소요되면서 메모리 산업에 위기 상황이 나타났습니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 단층구조의 집을 수십 층 아파트와 같이 수직으로 쌓아 올린 것이 ‘3차원 수직구조 낸드플래시’입니다. 층간 거리를 높여 이웃집 사이의 소음을 해결하고, 동일한 칩 면적 안에서 더 많은 집을 쌓을 수 있어 지속적으로 더 큰 집 지을 수 있습니다. 즉 간섭 효과 제거뿐 아니라 작은 집을 짓기 위한 기존의 미세화 기술로 경제적인 혁신 기술이 개발된 것입니다.

이렇게 기존의 물리적 한계를 극복한 ‘3차원 수직구조 낸드플래시’가 탄생하기까지, 획기적인 “구조 혁신”과 “공정 혁신”의 2가지 기술 혁신이 있었는데요. 먼저 낸드플래시 메모리의 구조 혁신에 대해 살펴볼까요?

■ 3D V-NAND 플래시 메모리의 ‘구조 혁신’

이전의 낸드플래시 메모리는 도체인 플로팅 게이트에 전하를 저장하는 ‘플로팅 게이트(Floating Gate) 구조’가 적용됐었습니다. 하지만 플로팅 게이트 방식은 10나노 이하 미세 회로에서 셀간 간섭이 심해지는 한계가 있었는데요. 2006년 삼성전자가 셀간 간섭 현상을 획기적으로 줄이기 위해 세계 최초로 부도체에 전하를 저장하는 ‘2차원 CTF(Charge Trap Flash) 구조’를 개발하면서 낸드플래시의 혁신이 시작됐습니다.

컨트롤 게이트(Control Gate) 하나로 구성된 2차원 CTF 구조는 플로팅 게이트처럼 높은 두께를 가진 것이 아니라, 부도체인 얇은 막에 전하를 보관하기 때문에 셀 높이가 대폭 낮아지고, 셀간 간섭이 작아 상대적으로 미세화가 더 용이합니다. 대용량화를 위해 이 2차원 CTF 구조를 입체 기술로 발전시킨 것이 바로 ‘3차원 원통형 CTF 셀 구조’입니다.

특히 ‘3차원 원통형 CTF 셀 구조’는 기존의 컨트롤 게이트를 직사각형이 아닌 원통형으로 만들어 셀 당 보유 전자 수를 극대화하고, 셀 간의 공간을 확보해 데이터 간섭현상을 대폭 감소시켰습니다.

컨트롤 게이트에 저장하는 전하를 더욱 빠르고 안정적으로 관리할 수 있게 된 것인데요, 단층으로 배열된 3차원 셀을 수직 수십 단으로 적층하면서도 데이터를 기록할 때, 기존 MLC 낸드플래시보다 소비 전력을 절반으로 줄였습니다. 또한 2배 더 빠른 속도를 구현하고 셀의 내구성을 10배나 높이는 등 독보적인 3가지 강점을 갖게 된 것입니다.

■ 3D V-NAND 플래시 메모리의 ‘공정 혁신’

3차원 수직구조 낸드플래시 탄생에는 획기적인 셀 구조 혁신인 ‘3차원 원통형 CTF 셀 구조’외에도 수직 적층 기술인 ‘3차원 수직적층 공정 혁신’이 있었기에 가능했는데요,

‘3차원 수직적층 공정’은 높은 단에서 낮은 단으로 한 번에 구멍을 뚫어 각 층마다 전극을 연결하는 ‘에칭(Etching)’ 기술과 각각의 홀에 수직 셀을 만드는 ‘게이트 패턴(Gate Pattern)’ 기술 등 획기적인 공정 혁신을 이루었습니다.

특히 각 단에 미세한 구멍을 뚫는 ‘에칭’ 기술은 3차원 원통형 CTF 셀 양산의 핵심 기술로, 수십 단으로 쌓은 셀 전체에 수십억 개의 구멍을 만드는 것입니다. 쉽게 말해 200미터 높이의 건물에서 옥상부터 바닥까지 5미터 지름으로 수십억 개의 구멍을 한 번에 뚫고, 각 층에 2개의 문으로 전자를 이동시킬 수 있는 양문 엘리베이터를 설치하는 기술에 비유할 수 있습니다.

이처럼 세계 최초 ‘3차원 수직구조 낸드플래시’는 반도체 기술의 한계를 극복했다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 그 결과로 삼성전자는 지난 10년간 ‘3차원 수직구조 낸드플래시’를 연구하면서 300여건 이상의 핵심 특허를 개발해 세계 각국에 출원을 완료했는데요, 정말 놀랍지 않나요?

이 기술을 통해 삼성전자는 이제까지 불가능하다고 여겨졌던 고집적 1테라비트(Tb) 이상 낸드플래시를 개발할 수 있는 원천 기술을 확보하게 됐고, 지속적으로 낸드플래시 시장을 이끌어 나갈 새로운 패러다임을 제시한 것으로 평가받고 있습니다.

시장 조사기관에 의하면 세계 낸드플래시 메모리 시장은 올해 236억불에서 2016년 308억불로 크게 성장할 것이라고 하는데요, 발상의 전환으로 탄생한 혁신적인 삼성전자 3차원 V-NAND 메모리, V-NAND가 펼쳐 나가는 차세대 솔루션을 많이 기대해주세요~!

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■ Seminar 1. 보이지 않는 곳에서 미래를 만드는 ‘시스템 반도체’

첫 번째 세미나는 ‘보이지 않는 곳에서 미래를 만드는 시스템 반도체‘라는 주제로 S.LSI 전략마케팅팀 허일규 부장이 연사로 나섰습니다. 알고 보면 우리 주변 곳곳에 숨어 있는 시스템 반도체! TV 디스플레이/오디오 IC부터 자동차에 들어가는 MCU(Microprocessor Control Unit)와 수많은 센서들, 스마트폰의 SoC(System on Chip)까지, 우리 곁에는 이러한 시스템 반도체가 있어 보다 편리하고 즐거움을 느낄 수 있는 것 인데요,

그렇다면 현재 우리가 많이 사용하고 있는 스마트폰의 성능은 어떤 수준일까요? 대략적으로 비교해보자면, 40년 전인 1969년 미 항공우주국(NASA)이 사용하던 컴퓨터 성능의 약 1,000배 이상이라고 합니다. 항공우주국(NASA)이 당시 이 컴퓨터를 아폴로11호 달착륙에 사용했던 것을 생각해보면 엄청난 발전이죠?

무선 인터넷망의 발달과 스마트 기기의 보급으로 모바일 시장이 빠르게 성장하고 있습니다. 모바일 기기의 영향력이 커지면서, 새로운 경험과 높은 성능 등 사용자들의 기대 수준 또한 높아지고 있는 것이죠,

이처럼 새로운 어플리케이션의 등장으로 더 빠른 계산 속도와 데이터 처리능력이 요구되기 때문에, 스마트폰 핵심 두뇌인 AP의 성능과 전력소모량이 중요하다고 합니다. 이 때문에 삼성전자는 8개 코어에 기반한 고성능 모바일 AP인 ‘엑시노스 5 옥타(Exynos 5 Octa)’를 출시하며 고객들의 니즈에 부합하고 있는데요,

엑시노스 5 옥타의 가장 큰 특징은 빅리틀(big.LITTLE) 설계구조에 기반한 저소비전력입니다. 3D영상이나 고사양 게임 등은 고성능 빅(big) 프로세서로 처리하고 문자 메시지, 이메일 송부 등의 작업을 수행할 때는 상대적으로 소비 전력이 적은 리틀(LITTLE) 프로세서가 구동되는 원리입니다. 때문에 동일한 작업 수행 시 빅 프로세서만 구동했을 때 대비 옥타코어는 최대 70% 수준까지 낮은 소비 전력으로 처리할 수 있다는 사실! 즉 ‘고성능, 저전력’ 이 두마리 토끼를 잡은 것이죠!

이 외에도 렌즈로 들어온 빛 신호를 생생한 디지털 이미지로 저장될 수 있도록 하는 ‘이미지 센서’, 이미지 데이터를 화면에 구현될 수 있도록 해주는 ‘디스플레이 드라이버(DDI)‘, 스마트 기기를 더 오래 쓸 수 있도록 도와주는 ‘전력 반도체’ 등에 대한 강연이 진행도 진행됐습니다.

결국, 편리하고 스마트한 모바일 라이프를 즐길 수 있는 것은 시스템 반도체가 있기 때문인데요, 삼성전자는 많은 사람에게 더 새롭고 즐거운 경험을 줄 수 있도록 항상 노력하고 있다는 사실, 꼭 기억해주세요!

■ Seminar 2. 모바일 기기와 함께 진화하는 ‘메모리 반도체’

첫사랑에 대한 생각으로 수많은 이들을 잠 못 들게 만든, 영화 ‘건축학개론’을 기억하시나요? 과거 추억에 잠길 수 있었던 영상 한편과 함께 두 번째 세미나가 시작되었습니다. 이번 시간은 ‘모바일 스트로지 발전과 IT환경 변화’리는 주제 아래 메모리 전략마케팅팀 이규원 차장이 연사로 나섰습니다.

영화 건축학개론 인기와 함께 ‘CD플레이어’도 주목받게 되었는데요. 불과 10여 년 전만해도 쉽게 볼 수 있던 이 휴대용 CD플레이어가 이제는 추억의 아이콘이 된 것입니다.

과거 우리는 필름, 카세트, CD 등에 추억을 저장했다면 현재는 SD카드, SSD와 같은 메모리 반도체에 소중한 추억을 담고 있습니다. 스마트폰 등 모바일 기기의 사용이 늘어나면서, 더 많은 컨텐츠를 담기 위한 메모리 수요 또한 증가하고 있는데요. 낸드플래시 메모리 생산량을 보면, 2009년 세계적으로 54억GB에서 2013년 현재, 360억GB로 약 7배나 늘었다고 합니다.

여기서 깜짝 퀴즈! 휴대폰 내장 메모리(eMMC) 128GB 용량 안에 몇 권의 책을 저장할 수 있을까요? 정답은 잠시 후에 알려 드릴게요!

그렇다면 앞으로 메모리 반도체의 발전이 우리의 삶에 어떤 변화를 가져올까요? 먼저 손목시계, 안경처럼 몸에 착용할 수 있는 웨어러블(wearable) 기기들이 등장해 좀 더 직관적이고 휴대성이 용이한 사용환경을 제공할 것으로 전망되고 있습니다. 제품 크기가 작아지면, 저장매체의 소형화와 집적도 발전도 필수겠죠?

또한 고효율 압축기술의 발전으로 큰 스크린에서도 고화질 동영상이나 사진을 볼 수 있는 4K 기술이 발전하고, 이와 함께 스토리지 용량 증가와 모바일 처리속도의 향상도 이루어질 전망이라고 합니다.

그럼 이제 깜짝 퀴즈 정답을 공개할게요! 스마트폰 내장 메모리(eMMC) 128GB 안에는 약 8만권 분량의 책이 저장될 수있다고 합니다. 손 안의 작은 휴대폰에 도서관 하나를 통째로 담을 수 있는 셈인데요. 메모리 기술의 발전이 가져온 생활의 혁신, 새삼 놀랍습니다!

삼성이노베이션 포럼은 삼성전자 임직원과 공식 사이트를 통해 신청한 참가자가 함께 자유로운 분위기에서 전시를 관람할 수 있었는데요. 몇 분을 만나 전시 관람과 세미나에 대한 이야기를 나누어 보았습니다.

삼성전자 손기림
“어렸을 때부터 봤던 휴대폰이나 컴퓨터 같은 제품이 전시되어 있는 것을 보고 새삼 추억에 잠길 수 있었습니다. 현업에서는 모바일에 집중되어 일을 했는데, 와서 보니 다양한 분야에서 세계 최고의 제품들을 만날 수 있어서 임직원으로서 자부심을 느꼈습니다.”

삼성SDS 이규훈
“제 공정 분야를 제외하고는 반도체에 대해 잘 몰랐는데, 강연을 통해 모바일 AP 같은 반도체에 대해 자세히 알게 되어서 좋았습니다. 더불어 넓은 시각에서 시장의 트렌드에 대해서도 다시 한 번 살펴볼 수 있어서 의미있는 시간이었네요.”

삼성전자 대학생 하계인턴 이원희
“평소 메모리 반도체 쪽에 관심이 많았습니다. D램이나 낸드 플래시 등 삼성전자의 기술력이 어느 정도인지 확인할 수 있었습니다.”

삼성전자 대학생 하계인턴 박강림
“클라우드 시대의 환경변화 속에서 메모리 디바이스가 소비자에게 어떻게 다가가야 하는지 많이 궁금했는데, 질의응답 시간에 그 궁금증을 해결할 수 있었던 것 같습니다. 앞으로 메모리 수요가 꾸준히 늘어 그 쪽 분야에서 계속 일하고 싶습니다.”

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지난 20년간 세계 1위를 유지하며 삼성전자를 더욱 빛나게 하고 있는 제품, 바로 메모리 반도체 D램인데요, 오늘 삼성반도체이야기를 통해 소개해드릴 임직원은 D램과 17년을 함께 한 역사의 산증인이라 할 수 있는 D램 개발자 황상준 수석입니다.

■ 1996년 입사, D램과 함께 한 17년

대학원에서 반도체공학을 전공한 황상준 수석, 그는 1996년 당대에도 가장 앞선 기술력을 갖고 있었던 삼성전자에 입사하게 되었다고 합니다.

“대학원 졸업을 앞두고 전공분야인 반도체 관련 회사를 알아보다 앞선 기술력을 갖고 있던 삼성전자에 입사하게 되었습니다. 설레는 기대감과 함께 한편으론 최고 기술을 가진 회사였기 때문에 새로운 도전보다는 안정적인 선택을 했던 것은 아닌가라는 생각이 들기도 했었습니다. 하지만 입사 후 제품 설계뿐 아니라, 제품 기획, 판매, 품질, 수율, 생산성을 담당하는 부서, 공정과 패키지, 모듈 개발을 담당하는 부서의 동료들과의 협업을 통해 각 분야의 과정을 배울 수 있어 저에게 많은 도움이 되었고 또한 즐거웠습니다.”

이후 황상준 수석은 17년간 D램 설계 업무를 담당해왔는데요. 오랜 시간을 한 가지 일에 매진하다 보니 그에 상응하는 책임감을 갖게 되었다고 합니다.

“D램의 웨이퍼 안에는 수천 개의 D램 칩이 있고, D램 칩 하나에는 수십억 개 이상의 D램 셀이 있습니다. 이 제품이 4기가 비트 용량의 D램 칩인데요. 계산해보면, 웨이퍼 한 장에 약 8조 개의 D램 셀이 있는 셈이죠. 여기에 있는 D램 칩을 설계하고 특성 평가를 수행하는 게 저의 주요한 업무입니다. 이렇게 설계를 마치게 되면 제품을 만들고 테스트를 진행하여, 소비자가 원하는 제품으로 출하하게 되는데요. 이 모든 과정이 다 하나같이 중요합니다. 가장 최신 공정으로 작고 우수한 D램 제품을 만들어, 최고의 품질 수준으로 출하하는 것이 우리의 기술력이자 경쟁력이기 때문입니다. 덕분에 항상 책임감과 자부심을 갖고 업무에 임하고 있습니다.”

■ 20년간의 세계 1등, 그 속에 담긴 자긍심과 부담감

직접 만든 제품이 시장에서 선전할 때의 기쁨과 보람! 언제나 새롭고 즐거운 순간일 텐데요. 황상준 수석에게도 그러한 순간이 많이 있었지만 그중에서도 가장 특별한 기억으로 남아 있는 순간이 있다고 합니다.

“지난해 20나노급 D램 제품 개발이 가장 기억에 남습니다. 개발 초기에는 성공적인 제품 개발을 위해 넘어야 할 장애물이 많아 과연 주어진 기간 내 양산 가능한 제품을 개발할 수 있을까 하는 생각이 들었던 과제였었는데 결국 성공을 해냈기 때문이죠. 한 달, 두 달 진행되면서 조금씩 결과가 확보되고 이전과는 다른 개발 방식으로 완성도가 빠른 속도로 올라가는 것을 보면서 개발 참여자의 한 사람으로서 이전과 다른 자부심을 경험할 수 있었고 굉장한 기쁨의 순간으로 기억에 남아있습니다.”

하지만 황상준 수석에게 20년간 이어 온 세계 시장 1등이라는 자부심과 희열만 있었던 것은 아니었습니다. 그 이면엔 그에 상응하는 부담감이 뒤따를 수 밖에 없었는데요.

“선후배가 쌓아 온 세계 1등이라는 자부심 뒤엔 그것을 지켜야 한다는 부담감이 항상 뒤따르곤 합니다. 

세계 최초 개발이라는 의미는, 개발자에게 있어 새로운 기술을 세계 최초로 적용하면서 동시에 제품으로 양산 가능한 완성도를 최단 기간에 확보해야 하는 과정이므로, 새로운 제품을 개발하고 시장에 선보일 때면 큰 부담은 당연한 것이지요. 이러한 부담감이 20년 동안 계속 진행되고 있다고 보시면 됩니다. 성공에 대한 부담감은 더욱 커지는 것이죠.”

부담감은 자긍심에 비례할 수 밖에 없다는 황상준 수석은 그렇기 때문에 더욱 노력할 수 밖에 없었다고 하는데요. 하지만 매번 새로운 과제를 수행할 때마다 힘이 되어주는 사람들이 있기에 항상 고맙고 든든하다고 합니다.

“매번 새로운 제품 개발에 참여해 성공적인 결과를 얻을 때마다, ‘난 참 행운아다’라는 생각을 하곤 합니다. 새로운 업무에 참여할 기회가 자주 있었고, 뛰어난 역량과 열정을 가진 많은 선후배 분과 함께 했기 때문인데요. 지금도 그분들께 많이 배우고 있습니다. 불가능도 가능으로 만드는 많은 선후배들이 제품 개발에 함께 해 개발에 대한 부담감을 극복하고 20년간 세계 1위라는 자긍심을 이어 올 수 있었던 것 같습니다.”

■ 팀원들이 바라본 황상준 수석의 모습은?

1996년 신입사원으로 시작해 현재까지 17년이란 세월을 D램과 함께 한 황상준 수석. 인터뷰를 통해 그 동안의 노력과 일에 대한 열정은 충분히 알 수 있었으나 우리가 모르는 그의 평소 모습이 궁금해 팀원들을 만나 황상준 수석은 어떤 사람일지, 이야기를 들어보았습니다.

■ D램, 차세대 메모리 기술의 선두주자

“사실 10년 전에도 지금처럼 차세대 메모리 제품이 D램에서 다른 메모리로 대체될 것이라는 예측이 지배적이었습니다. 하지만 여전히 D램이라는 제품이 소비자가 원하는 제품 특성과 합리적인 가격이라는 측면에서 독보적인 위치를 차지하고 있습니다. 모바일 중심의 IT 환경에서는 더욱 다양한 D램 제품을 소비자는 원하고 있고요. 기술적으로 보면, D램 셀을 만드는 제조 기술은 반도체 메모리 기술에서 가장 High Level에 있는 기술입니다. 즉, D램 제품이 여전히 차세대 반도체 메모리 기술의 선두 주자이며, 향후에도 세계 1등을 유지할 제품이라고 생각합니다.”

“급변하는 IT 환경에서도 D램 제품은 지난 20년간 항상 1위였습니다. 덕분에 저도 D램 개발 업무에 17년이라는 세월을 함께 할 수 있었고요. 지금도 여전히 많은 선후배 분들과 함께 차세대 D램 제품 개발에 참여하고 있습니다. 향후에도 지금까지 쌓아 온 D램 제품에 대한 삼성전자의 명성을 유지할 수 있도록 더욱 노력하겠습니다.”

[더하기] 사진으로 만나는 황상준 수석의 기억의 단상

1996년도 신입사원 시절과 2000년도 야유회 사진 사진을 보니, 신입사원 시절에 야유회 준비를 했던 기억이 나는데요, 준비 과정이 참 간단했었습니다. 넓은 장소를 찾고, 교통편을 확인한 뒤 축구공/농구공/배구공만 준비하면 충분했었습니다. 자발적이고 적극적으로 참여했던 것은 물론 가족들도 함께 참여했었죠.
2000년 초에도 동료들과 야유회나 함께 여행을 즐겁게 다녔던 기억이 생생합니다. 회사를 벗어나면 형, 동생으로 많이들 의지했었는데요. 가끔 그 시절이 그리워질 때도 있습니다.

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메모리 반도체

[Memory Semiconductor]

정보(Data)를 저장하는 용도로 사용되는 반도체.

메모리 반도체에는 정보를 기록하고 기록해 둔 정보를 읽거나 수정할 수 있는 램(RAM, 휘발성)과 기록된 정보를 읽을 수만 있고 수정할 수는 없는 롬(ROM, 비휘발성)이 있다.

정보 저장방식에 따라 램(RAM)에는 D램과 S램 등이 있으며, 롬(ROM)에는 플래시 메모리 등이 있다.

메모리 반도체는 말 그대로 기억장치이므로, 얼마나 많은 양을 기억하고(대용량) 얼마나 빨리 동작할 수 있는가(고성능)가 중요하다. 또한 최근 모바일 기기의 사용과 그 중요도가 높아지면서 메모리의 초박형과 저전력성 역시 중요해지고 있다.

※ 메모리 반도체의 종류

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