HBM, GPU, AI 반도체… 뉴스에서 많이 접했지만, 막상 설명하려 하면 쉽지 않은 반도체 용어들. 반도체를 더 깊이 이해하고 싶어도 어려운 용어들 때문에 길을 잃은 독자들을 위해, 삼성전자 반도체가 페퍼톤스 이장원과 함께 새로운 시리즈인 ‘DS 딕셔너리’를 선보였다. 오늘의 첫 번째 주제는 요즘 가장 많은 관심을 받고 있는 반도체 용어 ‘HBM’이다.

HBM은 대역폭, 즉 데이터의 이동 통로를 넓히고 속도를 높인 메모리로, 초고속 데이터 전송이 필요한 AI 시스템의 핵심 부품으로 주목받고 있다. 기존 메모리를 ‘단층 주택’에 비유한다면, HBM은 이를 수직으로 쌓아 올린 ‘아파트’에 가깝다. 그렇다면 최근 삼성전자 반도체가 출시한 HBM4는 기존 세대와 무엇이 달라졌을까? HBM의 개념부터 AI 시장에서의 활용 사례, 그리고 삼성전자 HBM4가 보여주는 기술적 진화까지. DS 딕셔너리의 첫 페이지를 지금 함께 펼쳐보자.

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최근 빅데이터 기반의 서비스가 확장되면서 메모리 성능에 대한 요구가 끝없이 늘어나고 있다. ‘반도Chat’ 시리즈 다섯 번째 이야기의 주제는 기존 메모리의 한계를 극복하고, 미래 메모리 기술 개발에 핵심이 될 새로운 인터페이스, ‘CXL’이다.

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MAP 1. 빅데이터 시대 속 데이터 처리의 새로운 길

인공 지능, 머신 러닝 등의 기술 발전으로 처리해야 할 데이터양이 폭증하면서, 고성능 CPU는 빠른 데이터 처리를 위해 단일 칩에 점점 더 많은 코어(Core)를 통합하고 있다. 특히 AI 서비스를 위한 고성능 CPU에는 100개가 넘는 코어가 존재한다. 코어 수가 증가할수록 각 코어를 담당할 충분한 메모리가 필요한데, 현재 위와 같은 상황으로 인해 고속 인터페이스를 사용하고 용량 확장이 용이한 메모리 제품에 대한 수요가 급증하고 있다.

그러나 기존에 사용되어 온 DDR 인터페이스 기반의 D램은 한정된 범위 내에서만 용량을 확장할 수 있어 AI 서비스에 필요한 성능을 충족시키지 못했다.

이로 인해 기존 메모리 성능과 고성능 CPU 간에 격차가 생기면서 병목 현상이 발생하게 되었고, 이 한계를 넘어서기 위해서는 완전히 새로운 인터페이스가 필요했다. 그렇게 삼성전자 반도체는 ‘CXL’이라는 차세대 인터페이스를 메모리 설계에 도입하기 시작했다.

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MAP 2. CXL이란 무엇인가?

빠르게 연결해서 연산한다’는 의미를 지닌 CXL(Compute Express Link)은 CPU, GPU, 스토리지 등의 다양한 장치를 효율적으로 묶어, 보다 빠른 연산 처리를 가능하게 하는 차세대 인터페이스다.

기존에는 각 장치마다 별도의 인터페이스가 존재해 서로 다른 인터페이스 간의 효율적인 연결이 어려웠으며, 각 장치 간 통신 시 다수의 인터페이스를 통과하는 과정에서 지연 현상이 발생했다.

반면 CXL은 다수의 장치를 하나의 인터페이스로 통합해 여러 장치가 한 번에 연결되게 함으로써 데이터 처리 속도를 높이고, 시스템 용량과 대역폭을 확장할 수 있는 기반을 제공한다. 이러한 획기적인 기술은 무수히 많은 양의 데이터가 막힘없이 효율적으로 오갈 수 있는 고속도로가 되어주고 있다.

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MAP 3. CXL 기반 D램의 탄생

2021년, 삼성전자 반도체는 업계 최초로 CXL 기반 D램인 CMM-D를 개발했다. CMM-D에는 여러 가지 특성이 있는데, 가장 괄목할 특징 중 하나는 유연한 확장성이다. 기존의 데이터센터나 서버에서 외장형 저장 장치인 SSD(Solid State Drive)를 꽂던 자리에 그대로 꽂아 사용 가능하며, 이때 시스템 내 D램 용량을 TB급까지 확장할 수 있다. 서버를 교체하거나 서버 구조를 변경하지 않고도 용량을 손쉽게 확장할 수 있는 것이다.

또한, CMM-D는 다양한 대역폭에 대응할 수 있어 고속 데이터 처리가 가능하다. 이는 CXL이 PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)를 기반으로 하는 인터페이스이기 때문이다. PCIe는 주로 컴퓨터의 다양한 하드웨어와 디바이스 간에 데이터를 전송하기 위한 연결 표준으로, 여러 개의 데이터 비트를 한 번에 전송하는 병렬 통신(Parallel Communication) 대신 한 번에 하나의 비트씩 데이터를 순차적으로 전송하는 직렬 통신(Serial Communication)을 사용한다.

한 번에 하나의 데이터 비트만 전송하지만, 높은 주파수의 신호를 사용하기 때문에 빠른 전송 속도를 자랑하며, 다양한 대역폭에도 효율적으로 대응한다. 또한 적은 수의 선으로 데이터를 전송하므로 신호 간 간섭이 적어 비교적 데이터 처리 과정이 매끄러우며 이로써 지연 현상도 최소화할 수 있다. 새로운 장치를 추가할 때 하나의 선만 연결하면 되기에 상대적으로 시스템을 확장하거나 변경하기에도 용이하다. CMM-D는 이러한 특성을 통해 메모리 관리의 유연성을 제공한다.

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MAP 4. 유연성을 한층 더 높인 차세대 메모리 CMM-D

삼성전자 반도체는 CXL 기반 메모리 기술 개발의 첫 결과물인 CXL 1.1에 이어 2023년 5월에는 CXL 2.0을 지원하는 CMM-D를 선보였다. CXL 2.0은 이전 버전인 CXL 1.1에서 메모리 관리의 유연성을 획기적으로 향상한 것으로, 필요에 따라 메모리를 효과적으로 공유하고 확장할 수 있는 기능을 제공한다. 더불어 강력한 보안 기능까지 갖춘 D램으로, 이를 데이터센터에 적용하면 보다 효율적인 메모리 사용이 가능해져 결과적으로 서버 운영비 절감에도 기여할 수 있다.

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MAP 5. 메모리 용량 확장에 숨은 기술

CXL 2.0만의 특성 구현에는 여러 기술이 기반이 되었는데, 특히 두 가지 기술이 용량 확장의 직접적인 토대가 되었다. 바로 메모리 풀링과 스위칭이다. CXL 2.0은 특히 메모리 풀링 기능을 세계 최초로 지원한다.

‘메모리 풀링(Pooling)’은 서버 플랫폼에서 여러 개의 CXL 메모리를 묶어 풀(Pool)을 만들고, 여러 호스트가 풀(Pool)을 공유하며 필요에 따라 메모리를 효과적으로 할당하고 해제하는 기술이다. 이를 통해 프로그램이나 작업에 필요한 메모리양에 따라 리소스를 효율적으로 관리할 수 있다.

예를 들면, 5명의 인원이 각각 1L의 물을 갖는 대신, 5명의 인원이 5L의 물을 공유함으로써 누군가 1L 이상의 물이 필요하더라도 옆 사람에게 별도로 요청하지 않고 바로 물을 사용할 수 있게 되는 것이다. 이로써 CXL 메모리의 전 용량을 유휴 영역 없이 사용할 수 있게 한다. 더불어 CXL 2.0은 스위칭 기능을 통해 프로세서, 가속기, 스토리지 등의 다양한 디바이스 간에 데이터를 효율적으로 전송하고 공유함으로써 메모리 리소스를 확장할 수 있다.

또한, CXL 2.0은 메모리 풀링과 스위칭 기능 외에도, 전원이 켜진 상태에서 장치를 연결하거나 분리할 수 있는 핫플러그 기능을 지원한다. 해당 기술 적용으로, 시스템을 재부팅 하지 않아도 디바이스를 추가하거나 교체할 수 있게 함으로써 편리성을 더했다.

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MAP 6. CXL과 함께 만들어 갈 메모리의 미래

삼성전자 반도체는 CMM-D, CMM-DC, CMM-H, CMM-HC 등 CXL 인터페이스를 기반으로 한 다양한 메모리 제품군을 연이어 공개하며 CXL 기반 메모리 제품의 범용성을 높여가고 있다. 여기에서 한 걸음 더 나아가 고성능 컴퓨팅 플랫폼용 신규 인터페이스인 CXL을 적극 활용해, 메모리 대역폭과 용량을 원하는 만큼 확장하는 미래를 꿈꾸고 있다.

이러한 꿈을 실현하기 위해 CXL 기반 메모리 기술의 생태계 구축에도 앞장서 왔다. CXL 기반 메모리 개발 초기 단계부터 글로벌 주요 데이터센터, 서버, 칩셋(Chipset) 업체들과의 개발 협력을 진행해 왔으며, CXL 소프트웨어 도구인 SMDK(Scalable Memory Development Kit)를 오픈 소스로 공개했다. 이로써 메모리 업계뿐 아니라 대학교, 연구기관 등을 대상으로 차세대 메모리 기술 연구·개발에 대한 관심도를 높임으로써 차세대 메모리 기술의 탄생을 가속화하고 있다.

빅데이터 시대에서, 메모리의 한계점을 없앨 새로운 인터페이스 ‘CXL’에 대해 보다 자세하게 알고 싶다면 반썰어 ‘CXL’편을 참고하길 바란다.

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어려운 반도체 용어를 알기 쉽게 소개해 주는 반도Chat의 네 번째 이야기! 오늘은 기나긴 디지털 여정을 획기적으로 단축해 주는 SSD에 대해 알아볼 시간이다.

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Map 1. HDD에서 SSD로! 저장매체 패러다임의 변화

‘HDD(Hard Disk Drive)’는 비휘발성 데이터 저장소 중 가장 오랜 시간 대중의 사랑을 받았다. 1950년대에 출시된 이후 지속적인 개발을 거쳐, 1990년대에는 개인용 컴퓨터의 핵심 부품으로 자리 잡기도 했다. 그러나 오늘날 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 등 대부분의 전자기기에는 ‘SSD(Solid State Drive)’가 사용되고 있다. 이렇듯 시대별 보조 기억장치의 대표 주자로 자리했던 HDD와 SSD의 차이점은 과연 무엇일까?

1990년대 이후 대부분의 PC는 HDD라는 저장장치를 활용했다. HDD는 금속이나 유리로 만들어진 원형 판 ‘플래터(Platter)’와 바늘 모양의 ‘헤드(Head)’로 구성된 기계식 저장장치다.

HDD의 데이터 처리 방식은 LP판에 비유해 볼 수 있다. 턴테이블에 올려 회전시킨 LP판이 바늘로 홈을 읽어 음악을 재생하는 것처럼, HDD는 회전하는 플래터의 데이터를 ‘헤드’라는 바늘을 통해 읽고 쓸 수 있다. 이때 플래터의 회전 속도(RPM)가 빠를수록 데이터를 읽고 쓰는 속도가 함께 빨라져 HDD의 성능은 향상된다.

하지만 이는 곧 HDD의 성능 한계로 이어졌다. 물리적으로 돌아가는 모터 방식은 전력 소비와 발열, 소음 문제를 수반했고, 플래터 회전 속도의 한계 때문에 SSD 대비 데이터 처리 성능이 느렸다.

이 문제를 해결한 것이 바로 SSD다. SSD는 데이터를 반도체에 저장한다. HDD처럼 모터 방식의 구동 장치가 필요하지 않아 작동 시 열과 소음이 발생하지 않고 외부 충격으로부터 안전한 동시에 데이터 처리 속도가 획기적이다. 이러한 이유에서 스토리지 트렌드는 HDD에서 SSD로 변화했다.

HDD에서 SSD로 전환하는 데는 오랜 시간과 연구가 필요했다. SSD 기술 개발은 1970년대부터 시작되었지만, 높은 비용과 커다란 사이즈 문제 때문에 수년간 상용화에 어려움이 있었다.

이에 삼성전자는 2006년 32GB SSD를 장착한 PC를 선보였다. 그 당시 업계는 비용 및 개발 난항 등의 문제로 인해 일반 PC에도 플래시 메모리를 적용하지 못했다. 때문에 삼성전자가 출시한 노트 PC(SENS Q30 PLUS)와 울트라 모바일 PC(SENS Q1) 제품은 HDD가 없는 디지털 PC라는 새로운 시장을 여는 신호탄이 되었다.

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Map 2. SSD로 확장된 초고속 세상

SSD를 좀 더 이해하기 위해서는 플래시 메모리에 대한 이해가 필요하다. 플래시 메모리는 셀(cell)이라는 작은 단위로 데이터를 저장하는 기억장치이다. 이러한 플래시 메모리는 크게 낸드(NAND) 타입과 노어(NOR) 타입으로 구분된다.

노어 타입은 셀을 병렬로 배열하여 한 번에 여러 개의 비트를 읽을 수 있다. 각 셀의 주소를 반드시 기억하는 과정을 거쳐야 하기에 쓰기 속도가 느리지만, 데이터를 빨리 찾을 수 있어 읽기 속도가 빠르다.

반면 낸드 타입은 데이터 저장 단위인 셀을 직렬로 배열하여 한 번에 하나의 비트만 읽거나 쓸 수 있다. 한 블록 전체를 기록하기 때문에 쓰기 속도가 빠르지만, 직렬로 배열되어 읽기 속도가 느리다.

낸드 타입은 노어 타입과 비교했을 때 쓰기 속도가 빠르고 비용 측면에서 합리적이라는 장점이 있다. 더불어 기술 발달에 따라 낸드 타입의 읽기와 쓰기 속도 격차가 가파르게 좁혀졌다. SSD는 바로 이 낸드 타입 플래시 메모리를 사용한 디지털 방식의 데이터 저장장치다.

SSD는 어떻게 이런 성능을 갖출 수 있었을까? 쉽게 이해하기 위해 SSD의 구조를 면밀히 살펴보자. PC가 CPU, 메모리, 기억장치로 이루어진 것처럼, SSD 역시 CPU처럼 외부에서 들어온 명령어를 해석하고 처리하는 역할을 수행하는 컨트롤러, 데이터 저장을 위한 낸드플래시, 캐시메모리 역할을 하는 D램으로 구성되어 있다.

이때 낸드플래시는 데이터 집적도를 높여 용량을 늘려 주고, 컨트롤러는 인터페이스와 메모리 사이에서 데이터 이동을 제어하며 읽고 쓰는 순서를 정해 성능을 향상시킨다.

다시 말해, 하나의 PC 안에서 또 다른 컴퓨팅 시스템이 동작하여, 메모리를 더욱 빠르고 효율적으로 처리하는 셈이다.

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Map 3. SSD 초격차, 그 비결은?

이러한 초고속 고용량 SSD가 탄생하기 위해서는 낸드플래시에 수많은 데이터를 촘촘하게 담는 것이 핵심이다. 즉 동일한 공간에서 얼마나 조밀하게 많은 데이터를 저장할 수 있는지가 중요한데, 그 척도를 ‘집적도’라고 한다. 집적도는 용량과 직결되는 문제이기에 V낸드의 집적도를 높이기 위한 반도체 업계의 노력은 꾸준히 진행되었다.

플로팅 게이트(Floating Gate)와 CTF(Charged Trap Flash) 기술은 낸드플래시의 집적도를 높이기 위한 방향으로 활용되어 왔다. 그중 도체에 전하를 저장하는 플로팅 게이트는 2D 낸드플래시에 적용되었는데, 전기 회로가 미세화될수록 셀간 간섭이 심해지는 한계가 있었다. 이런 이유로 3D 낸드플래시에는 도체가 아닌 부도체에 전하를 저장하는 방식인 ‘CTF 기술’을 적용하고 있다.

삼성전자 반도체에서 개발한 ‘V낸드(Vertical Nand)’는 2D(평면) 낸드플래시의 한계에 봉착한 업계를 확장적 세계로 이끈 3D(수직) 낸드플래시 기술이다. V낸드에 대해서는 데이터를 ‘인구’, 데이터 저장소인 셀을 ‘집’으로 생각하면 쉽게 이해할 수 있다.

예를 들어 단독 주택이더라도 근방에 집과 인구가 많지 않다면 이웃과의 충돌이 거의 발생하지 않는다. 하지만 인구 밀도가 늘어나게 되면, 집들 간의 간격이 좁아지고 소음 등의 간섭 현상이 발생하게 된다.

3D V낸드는 이러한 간섭을 극복하고자 개발한 기술이다. 단독 주택을 아파트와 같이 수직으로 쌓아 올림으로써, 더 많은 인구가 상호 간에 간섭을 일으키지 않고 머무를 수 있게 되는 것이다.

여기서 데이터 간섭 현상을 대폭 감소하기 위해 삼성전자 반도체는 수직으로 쌓아 올린 층에 고속 엘리베이터 역할을 하는 통로, ‘채널 홀’을 뚫어 데이터 용량을 확보하면서도 처리 속도를 향상시키는 기술적 발전을 이뤄 냈다.

삼성전자의 V낸드 기술은 2013년 1세대(24단) V낸드를 시작으로 2014년 2세대(32단), 2015년 3세대(48단), 2016년 4세대(64단), 2018년 5세대(9x단), 2019년 6세대(1xx단), 2021년 7세대(176단), 2022년 8세대(200단 이상) 등 끊임없이 성장하며 대용량 초고속 SSD 시대를 여는 발판이 되었다.

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Map 4. 다양한 분야에서 활용되는 SSD

V낸드 기술이 적용된 SSD는 필요한 상황이나 기능에 따라 다양한 종류로 분류된다.

우선 사용처에 따라 보안 및 외부 충격을 대비한 ‘포터블 SSD’와 작고 가볍고 빠른 성능의 ‘PC&랩탑용 SSD’, 대용량의 데이터와 보안을 요하는 ‘기업용 SSD’로 나뉜다.

최근 삼성전자는 한 뼘 크기에 8TB 용량을 담은 포터블 SSD, ‘T5 EVO’를 출시했다. 이 제품은 외장 HDD 대비 3.8배 빠른 데이터 전송 속도와 최대 460MB/s 연속 읽기∙쓰기 성능을 제공한다. 특히 3.5MB 크기 사진 약 2백만 장 또는 50GB 크기 4K UHD 영화 160 편 이상을 저장할 수 있는 큰 용량은 대용량 파일, 고해상도 동영상, 사진, 게임 등 다양한 라이프 스타일에 맞게 자유자재로 활용 가능하다.

이외에도 풀HD급 4GB(기가바이트) 영화 1 편을 2초 만에 저장할 수 있는 초고속 포터블 SSD(Solid State Drive) ‘T9’을 출시하여 소비자용 SSD 시장을 선도해 나가고 있다.

SSD의 기능 측면에서는, 저장은 물론 연산까지 가능한 ‘Smart SSD’와 연속 쓰기가 많은 응용에 최적화된 ‘ZNS SSD’, 응답 속도가 10배 이상 빠른 ‘Z-SSD’로 나눌 수 있다.

다양한 종류처럼, 자유자재로 활용되는 SSD! SSD는 모바일 기기, 랩톱 컴퓨터&PC, 자율주행 자동차, 데이터 센터 외에도 게임, 영상 편집, 컴퓨터 그래픽 등 빠른 속도와 고용량을 요구하는 상황에서 사용되고 있다.

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Map 5. 내일을 향한 혁신, 삼성전자 반도체가 여는 메모리의 미래

지난 10월, 삼성전자 반도체는 ‘삼성 메모리 테크 데이 2023’에서 ‘Detachable AutoSSD(탈부착 가능한 차량용 SSD)’를 공개했다. 이 제품은 스토리지 가상화로 하나의 SSD를 분할해 여러 개의 SoC(System on Chip)가 사용할 수 있는데, 최대 6,500MB/s의 연속 읽기 속도와 4TB 용량을 제공한다. 탈부착이 가능한 차량용 폼팩터로 구현돼 성능도 손쉽게 업그레이드할 수 있다.

또한 서버 스토리지에서도 응용처에 따라 용량을 변화시키고, 페타바이트(Petabyte)급으로 확장할 수 있는 SSD를 곧 선보일 예정이다.

2020년 출하 기준 전 세계 서버용 HDD를 삼성전자의 최신 SSD로 바꾸면, 3TWh의 전력을 절감할 수 있다. 이는 21년 기준 서울 송파구 구민이 1년간 사용한 전력 사용량(약 2.85TWh)보다 많은 양이다.

최고 성능의 SSD를 개발하는 것에서 더 나아가, 지속가능한 미래를 위해 노력하고 있는 삼성전자 반도체! SSD 초고용량 경신을 통한 낸드 활로 개척 등 삼성전자가 주도한 스토리지 패러다임의 변화는 지금까지도 계속되고 있다.

우리 생활에 또 다른 가치를 부여하는 차세대 저장장치, SSD에 대해 보다 자세하게 알고 싶다면 인생맛칩 ‘SSD’ 편을 참고하길 바란다.

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반도체 기술의 발전은 우리의 삶을 더욱 풍부하게 만들어 준다. 하지만 도대체 어떤 기술 덕분에 우리가 편해질 수 있는지 알아보는 길은 쉽지만은 않다.

삼성전자 반도체 뉴스룸이 이러한 어려움을 해결하기 위해 새로운 시리즈를 준비했다. 이름하여, ‘반도 Chat’! 오늘의 반도체 용어에 대해 가볍게 수다를 떠는 느낌으로 차근차근 배워 보자.

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MAP 1. 트랜지스터가 최초의 반도체라고?

첫 번째 키워드는 ‘트랜지스터’다. 트랜지스터는 반도체를 구성하는 주요 소자로 게이트를 통해 전류의 흐름을 조절하는 역할을 한다. 전자기기는 대부분 전류의 흐름을 조절하는 방식으로 정보를 저장하기에 트랜지스터는 ‘최초의 반도체’라 불린다.

위 그림에서 볼 수 있듯이 트랜지스터가 작아지면 더 빠른 연산이 가능하고, 더 적은 전력으로 동작할 수 있다. 즉, 트랜지스터를 작게 만들어 웨이퍼 하나에 얼마나 많은 트랜지스터를 넣느냐는 반도체의 성능과도 직결되는 문제다.

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MAP 2. 초미세 공정의 한계에 부딪히다

반도체를 작게 만드는, ‘초미세 공정’은 반도체 기술력의 상징으로 불린다. 반도체 크기가 작아질수록, 반도체 칩을 구성하고 있는 트랜지스터도 점점 작아져야 하는데, 이 과정에서 한가지 문제가 발생하게 된다. 바로 ‘단채널 현상(Short Channel Effect)’이다.

트랜지스터의 구조를 살펴보면 단채널 현상을 더 빠르게 이해할 수 있다. 게이트(Gate)에 전압이 가해지면 트랜지스터는 채널(Channel)을 통해 소스(Source)에서 드레인(Drain)으로 전자가 흐르면서 동작하게 된다. 하지만 트랜지스터가 점점 작아지면, 소스와 드레인 간 거리가 가까워지게 되어 누설 전류가 발생하고, 결국 너무 짧아진 게이트는 제 역할을 하지 못하게 된다.

이처럼 단채널 현상은 단어의 이름처럼 전류의 흐름을 조절하는 게이트의 길이가 너무 짧아짐에 따라 발생하는 모든 현상들을 일컫는다.

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MAP 3. 그것이 궁금하다, GAA

단채널 현상을 극복하기 위해 1차원 Planar FET부터 3차원 FinFET까지 트랜지스터 구조도 함께 발전해 왔다. GAA(Gate-All-Around)는 전류를 더 확실하게 제어할 구조를 고민한 결과 탄생한 구조이다. 4개의 채널을 4개의 게이트로 둘러싼 형태로 기존보다 더 정교한 전류 조절과, 더 확실한 전류 제어가 가능하기 때문에 성능과 특성 측면에서 훨씬 좋은 이득을 얻을 수 있다.

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MAP 4. 삼성전자 반도체만의 GAA, 궁극의 MBCFET

‘MBCFET(Multi-Bridge Channel Field Effect Transistor)’은 삼성전자 반도체만의 독자적 GAA 구조이다. 초기 GAA 구조의 채널(Channel)을 보다 넓게 만들어서, 기존 대비 통로가 넓어지기 때문에 저항이 줄어들고, 그로 인해 전류가 더 많이 흐르게 되어 누설 전류를 더욱 효과적으로 제어할 수 있다.

이러한 MBCFET은 기존의 트랜지스터보다 전력 소모를 줄이면서도 성능을 향상할 수 있는 차세대 반도체 기술로 평가된다. 기존 Nanowire보다 넓은 Nanosheet 형태로 통로가 넓어졌기 때문에 전류가 더 많이 흐를 수 있고, 원하는 수준까지 소비 전력을 줄일 수 있는 장점이 있다.

그리고 사용자가 요구하는 다양한 성능에 따라 다양한 시트를 제공한다는 점이 MBCFET 의 가장 큰 장점이다. 연산을 많이 해야 하는 CPU 같은 곳에서는 전류가 많이 흘러야 하기 때문에 넓은 시트를 사용하고, 저전력을 요구하는 곳에서는 좁은 나노시트를 써서 그 성능을 맞추게 된다.

GAA에 대한 보다 자세한 설명이 궁금하다면 반썰어 ‘GAA’편을 참고하길 바란다.

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급한 외출 전, 물건을 찾느라 시간을 허비한 경험 다들 있으시죠? 주차장에서 차를 찾아 헤맨 경험은요?

스마트한 반도체 칩 ‘엑시노스 커넥트 U100(Exynos Connect U100)’만 있다면, 더 이상 숨바꼭질을 할 필요가 없답니다. 오늘 ‘반도체어 썰어드립니다(반썰어)’의 세 번째 주제는 초연결 사회를 이끌어갈 통신 기술 UWB(Ultra Wideband)가 적용된 신제품 ‘엑시노스 커넥트 U100’입니다.

최근 몇 년 사이에 우리의 일상을 편리하게 만들어 준 스마트폰. 여기에 근거리 무선통신용 반도체 칩인 엑시노스 커넥트 U100을 탑재하면, 더욱 놀라운 일상이 펼쳐진다는 사실을 아시나요? 스마트폰만 가지고 있으면, 내가 이동하는 장소에 따라 주변의 다양한 스마트 기기를 자동으로 작동시킬 수 있고, 사물의 위치를 센티미터(cm) 단위로 측정해 편리하게 찾을 수도 있죠.

이 자그마한 칩의 무궁무진한 활용도가 더 궁금하다고요? 그렇다면 지금 바로 영상을 재생해보세요.

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반도체 용어를 알기 쉽게 설명해주는 ‘반도체어 썰어드립니다(반썰어)’ 시리즈. 그 두 번째 주인공은 바로 반도체 공정 미세화의 한계를 극복할 첨단 패키지 기술, ‘AVP(Advanced Package)’입니다.

컴퓨터 성능은 점점 좋아지고, 이를 구현하기 위해 작은 반도체 칩 안에 점점 더 많은 회로를 담아야 합니다. 이러한 미세화도 언젠가는 물리적인 한계에 이른다고 하는데요. AVP(Advanced Package) 기술이 해결사 역할을 할 수 있다고 합니다. 반도체 패키지에 여러 칩을 수직과 수평으로 연결하는 이종 집적(Heterogeneous Integration) 기술을 통해, 더 많은 트랜지스터와 기능을 담아낼 수 있기 때문이죠. 좁은 공간을 알차게 활용하면서도 기존보다 더 빠르고 강력한 성능을 보장하는 AVP, 정말 대단하죠?

불가능을 가능하게 만드는 삼성전자 반도체 AVP만의 특별한 이야기, 지금 바로 영상을 통해 확인해보세요!

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삼성반도체이야기는 지난 2013년부터 다양한 반도체 용어를 소개해 왔습니다. 많은 양의 콘텐츠가 쌓인 만큼 그 동안 알려드린 반도체 용어를 총정리할 수 있는 콘텐츠를 준비했는데요. 반도체 분야에 관심이 많거나 공부를 하고 있는 분이라면 주목해주세요!

광도 [Luminous Intensity]
빛의 단위 중 하나. 단위는 cd(칸델라, Candela).

광속 [Luminous Flux]
빛의 단위 중 하나. 단위는 lm(루멘, Lumen).

광효율 [Luminance Efficiency]
단위전력(1W 인가시) 당 방출되는 광량(Lumen).

규소 [Silicon]
반도체적 성질을 가지고 있어 웨이퍼의 주재료가 되는 원소.

나노(nano)
반도체 회로 선폭에 사용되는 단위로 1나노미터는 10억분의 1미터에 해당.

낸드 플래시 메모리 [NAND Flash Memory]
반도체의 셀이 직렬로 배열되어 있는 플래시 메모리의 한 종류.

낸드플래시 메모리의 데이터 저장 방식
메모리카드, USB, SSD 등의 스토리지는 낸드 플래시(NAND Flash) 메모리를 사용하여 데이터를 저장. 낸드 플래시의 타입은 데이터를 저장하는 방식에 따라 SLC, MLC, TLC, QLC 등으로 나뉨.

노광 [Stepper Exposure]
마스크에 빛을 통과시켜 웨이퍼에 회로를 그려 넣는 공정.

노어 플래시 메모리 [NOR Flash Memory]
반도체의 셀이 병렬로 배열되어 있는 플래시 메모리의 한 종류.

다이오드 [Diode]
저마늄이나 규소로 만들며 정류, 발광 특성 등을 지닌 반도체 소자.

도광판 [LGP, Light Guide Plate]
BLU(Back Light Unit)의 휘도와 균일한 조명 기능을 수행하는 부품.

도체 [Conductor]
전기 혹은 열이 잘 흐르는 물질로 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al)등이 있음.

램(RAM) [Random Access Memory]
정보를 기록하고 기록해 둔 정보를 읽거나 수정할 수 있는 메모리.

롬(ROM) [Read Only Memory]
한 번 기록된 정보를 읽을 수만 있고 수정할 수 없는 메모리.

리드 프레임 [lead frame]
반도체 칩과 외부 회로를 연결하는 전선(lead)과 반도체 패키지를 기판에 고정시키는 버팀대(frame) 역할을 하는 금속기

마스크 [Mask]
반도체 집적회로의 제조공정 중 포토공정에서 사용하는 미세한 전자회로가 그려진 유리판.

머신러닝 [Machine Learning]
기계 스스로 경험적 데이터를 수집, 분석하고 학습해 스스로 성능을 향상시키는 기술.

메모리 반도체 [Memory Semiconductor]
정보(Data)를 저장하는 용도로 사용되는 반도체.

모바일 AP [Mobile Application Processor]
스마트폰, 태블릿PC와 같은 전자기기에 탑재되어 명령해석, 연산, 제어 등의 두뇌 역할을 하는 시스템 반도체.

모바일 D램 [Mobile DRAM]
모바일 기기를 작동하는 데 쓰이는 메모리 반도체.

미들•하이파워 LED 패키지 [Mid·High-Power LED Package]
일반적으로 소비전력이 1W(와트)를 넘는 제품을 하이파워, 그 미만을 미들파워 LED 패키지라고 부름.

반도체 [Semiconductor]
전기전도가 도체와 부도체의 중간정도 되는 물질.

부도체 [Insulator]
전기 혹은 열이 잘 흐르지 않는 물질.

빛의 단위
광도(cd), 광속(lm), 조도(lux), 휘도(nit), 광효율(lm/W).

산화막 [Oxide Film]
공정에서 발생하는 불순물로부터 실리콘 표면을 보호하는 막.

색온도 [Color Temperature]
광원 빛을 표시하는 방법 중 하나. 단위는 K(켈빈).

색재현율 [Color Gamut]
디스플레이에서 색을 표현할 수 있는 능력을 수치로 표현한 것.

세정공정 [Cleaning]
화학물질처리, 가스, 물리적 방법을 통해 웨이퍼 표면에 있는 불순물을 제거하는 공정.

수율 [Yield]
반도체에서 수율은 결함이 없는 합격품의 비율.

스마트카드 [Smart Card]
다양한 기능이 들어있는 반도체 집적회로(IC)가 플라스틱 카드에 삽입된 형태.

스택 공법 [Stack method]
반도체 칩 평면에 셀을 복층으로 쌓아 올려 집적도를 높이는 기술.

시스템 반도체 [System Semiconductor]
논리와 연산, 제어 기능 등을 수행하는 반도체.

식각 [Etching, 에칭]
웨이퍼에서 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 공정.

신경망처리장치(NPU) [Neural Processing Unit]
우리의 뇌처럼 정보를 학습하고 처리하는 프로세서.

아이소셀 [ISOCELL]
CMOS 이미지센서의 화소(픽셀)가 미세해짐에 따라 화소간 격벽구조를 통해 빛의 간섭 현상을 억제, 성능 한계를 극복한 신기술.

양자 효율 [Quantum Efficiency]
물질 중에서 광자 또는 전자가 다른 에너지의 광자 또는 전자로 변환되는 비율.

연색지수 [Color Rendering Index]
광원의 성질 중 하나. 단위는 CRI.

웨이퍼 [Wafer]
반도체 집적회로를 만드는데 사용하는 주요 재료로, 주로 실리콘(규소, Si), 갈륨 아세나이드(GaAs) 등을 성장시켜 얻은 단결정 기둥(Ingot)을 적당한 지름으로 얇게 썬 얇은 원판모양의 판.

이미지센서 [Image Sensor]
피사체 정보를 읽어 전기적인 영상신호로 변화해주는 소자.

임베디드 플래시 로직 공정 [embedded Flash (eFlash) Logic Process]
시스템 반도체 회로 안에 플래시메모리 회로를 구현한 것.

잉곳 [Ingot]
고온에서 녹인 실리콘으로 만든 실리콘 기둥.

저항 [Resistance]
전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 성질.

전력 반도체 소자 [Power IC]
전력을 시스템에 맞게 변환, 제어하는 반도체 소자.

조도 [Illumination]
빛의 단위 중 하나. 단위는 lux(룩스).

종합 반도체 업체(IDM) [Integrated Device Manufacturer]
반도체 설계부터 완제품 생산까지 모든 분야를 자체 운영하는 업체.

증착 [Deposition]
웨이퍼 표면에 얇은 막을 씌워 전기적 특성을 갖도록 만드는 공정.

집적회로(IC) [Integrated Circuit
많은 전자회로 소자가 하나의 기판 위 또는 기판 자체에 분리 불가능한 상태로 결합되어 있는 초소형 구조의 복합적 전자소자 또는 시스템.

차량용 인포테인먼트(IVI) [In-Vehicle Infotainment]
차 안에 설치된 장비들이 차량 상태와 길 안내 등 운행과 관련된 정보는 물론, 사용자를 위한 엔터테인먼트적인 요소를 함께 제공하는 서비스.

추출효율 [Extraction Efficiency]
LED에 주입된 전자와 LED 밖으로 방출되는 광자의 비.

커패시터 [Capacitor]
전자회로에서 전기를 일시적으로 저장하는 장치로, 콘덴서(Condenser) 혹은 축전기라고도 부름.

커패시턴스 [Capacitance]
커패시터가 전하를 충전할 수 있는 능력으로 정전용량 혹은 커패시턴스(Capacitance)라고 함.

컬러빈 [Color Bin]
빈(Bin)이란 LED 패키지를 특성에 따라 나누는 것을 의미하는 것으로 컬러빈은 빛의 색상에 따라 패키지를 구분하는 것.

클래스 [Class]
반도체 클린룸의 청정도를 나타내는 단위.

트랜지스터 [Transistor]
규소나 저마늄으로 만들어진 반도체를 세 겹으로 접합하여 만든 전자회로 구성요소로, 증폭 작용과 스위칭 역할을 하는 반도체소자.

트렌치 공법 [Trench method]
반도체 칩 평면을 아래로 파내서 만든 공간에 셀을 배치해 집적도를 높이는 기술.

파운드리 [Foundry]
반도체 생산을 전담하는 위탁 생산업체.

파장 [Wavelength]
음파나 전자파 같은 주기적인 진동(Wave)이 1주기 동안 진행되는 길이.

패키징 [Packaging]
반도체 칩을 탑재될 전자기기에 적합한 형태로 만드는 공정.

팹리스 [Fabless]
생산 라인을 가지지 않고, 반도체 설계를 전문으로 하는 업체.

플래시 메모리 [Flash Memory]
전원이 끊겨도 데이터를 보존하는 특성을 가진 반도체의 한 종류.

플립칩 [Flip Chip]
LED 발광효율을 개선시키기 위한 기술 중 하나.

핀펫 공정 [FinFET, Fin Field Effect Transistor]
기존 평면(2D) 구조의 한계를 극복하기 위해 도입된 입체(3D) 구조의 공정 기술.

형광체 [Phosphor]
LED칩에서 나온 빛의 색깔을 변화시키는 데에 사용되는 물질.

휘도 [Luminance]
빛의 단위 중 하나. 단위는 nit(니트) 혹은 cd/㎡(칸델라/제곱미터).

ASIC [Application Specific Integrated Circuit, 주문형 반도체]
특정 응용 분야 및 기기의 특수한 기능 하나하나에 맞춰 만들어진 집적회로.

BLU [Back Light Unit]
액정 디스플레이(LCD)의 광원으로 사용되는 부품.

CCD 이미지센서 [CCD image sensor]
전하결합소자(CCD, Charge Coupled Device) 구조를 가진 이미지센서.

CMOS [Complementary Metal Oxide Semiconductor, 상보형 금속 산화 반도체]
마이크로프로세서나 S램 등 디지털 회로를 구성하는데 사용되는 집적회로의 한 종류.

CMOS 이미지센서(CIS) [CMOS Image Sensor, CIS]
상보형 금속산화 반도체(CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor) 구조를 가진 저전력 촬상 소자.

DDI [Display Driver IC, 디스플레이 구동칩]
TFT LCD(초박막 액정표시 장치), PDP(플라즈마 디스플레이 패널) 등 디스플레이를 구동하는 IC 칩.

DSP [Digital Signal Processor, 디지털신호처리장치]
디지털 연산으로 신호를 처리하는 집적회로(IC)로 된 마이크로프로세서.

D램 [Dynamic Random Access Memory, 동적 메모리]
용량이 크고 속도가 빠르기 때문에 컴퓨터의 주력 메모리로 사용되는 램.

EDS 공정 [Electrical Die Sorting]
웨이퍼에 형성된 집적회로 칩들의 전기적 동작 여부를 선별하는 공정.

eMMC [embedded Multi Media Card]
데이터 고속처리를 위해 모바일 기기에 내장하는 저장용 메모리 반도체.

5G
최대 속도가 20Gbps에 달하는 이동통신 기술로, ‘초고속•저지연•초연결성’이 가장 큰 특징.

‘GAA 구조’ 트랜지스터
3나노 이하 초미세 회로에 도입될 GAA구조의 트랜지스터는 전류가 흐르는 채널 4면을 게이트가 둘러싸고 있어 전류의 흐름을 보다 세밀하게 제어하는 등 채널 조정 능력 극대화.

HDD [하드디스크드라이브, Hard Disk Drive]
자성체로 코팅된 원판형 기판에 데이터를 저장하는 대용량 저장장치.

LED [Light Emitting Diode, 발광 다이오드]
화합물 반도체의 일종으로 Ga(갈륨), P(인), As(비소)를 재료로 하여 만든 전기 구동형 발광 다이오드 소자.

MCP [Multi Chip Package, 다중 칩 패키지]
여러 개의 반도체 칩을 하나의 패키지로 묶은 반도체.

MCU [Micro Controller Unit]
기기 등의 조작이나 특정 시스템을 제어하는 역할을 수행하는 집적회로(IC).

NFC [Near Field communication]
10cm 이내의 근거리에서 데이터를 교환할 수 있는 무선통신기술의 하나.

NVMe [Non-Volatile Memory express]
SSD를 탑재한 서버, PC의 성능 향상과 설계 유연성을 높일 수 있도록 만든 PCIe 인터페이스 기반의 프로토콜.

N-type Semiconductor [n형 반도체]
순수한 반도체에 특정 불순물(5족 원소)을 첨가하여 전자(electron)의 수를 증가시킨 반도체.

PCI Express(PCIe) [Peripheral Component Interconnect-Express]
기존 SATA 인터페이스의 초당 데이터 전송 속도의 성능 한계를 극복한 인터페이스 규격.

P-type Semiconductor [p형 반도체]
순수한 반도체에 특정 불순물(3족 원소)을 첨가하여 정공(hole)의 수를 증가시킨 반도체.

SATA[Serial ATA, Serial Advanced Technology Attachment]
직렬 전송 방식을 사용하는 인터페이스 규격

SoC [System on Chip, 시스템 온 칩]
전체 시스템을 칩 하나에 담은 기술집약적 반도체

SSD [Solid State Drive]
메모리 반도체를 저장매체로 사용하는 차세대 대용량 저장장치.

S램 [Static Random Access Memory, 정적 메모리]
전원을 공급하는 한 저장된 데이터가 보존되는 램.

TSV [Through Silicon Via, 실리콘 관통전극]
기존 와이어를 이용해 칩을 연결하는 대신 칩에 미세한 구멍을 뚫어 상단 칩과 하단 칩을 전극으로 연결하는 패키징 기술.

3D V낸드플래시 메모리 [3D Vertical NAND, 3차원 수직구조 낸드플래시 메모리]
기존에 단층으로 배열된 셀을 3차원 수직으로 적층한 낸드플래시 메모리.

UFS [Universal Flash Storage]
국제 반도체 표준화 기구 ‘제덱(JEDEC)’의 최신 내장 메모리 규격인 ‘UFS 2.0’ 인터페이스를 적용한 차세대 초고속 플래시 메모리.

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