연구 논문에는 SAIT 임직원들이 제1저자와 교신저자, 공저자로 참여하였으며, DS부문 반도체연구소에서도 공저자로 여러 임직원들이 참여하였습니다. 이들의 연구 결과는 우수성을 인정받아 세계적인 학술지 Nature Electronics에도 게재되었습니다. 이 기술 개발의 배경은 무엇인지, 어떠한 의미를 갖는지에 대해 삼성전자 반도체 뉴스룸이 연구진을 만나 들어봤습니다.

Q. 이 기술을 연구하시게 된 이유는 무엇인가요?

최근 고성능의 AI 서비스 등이 확산됨에 따라 컴퓨팅 시스템에서 데이터의 연산·처리 기능을 하는 시스템 반도체의 성능이 더욱 중요해졌습니다. 반도체 업계는 시스템 반도체 성능을 향상시키기 위해, 계속해서 트랜지스터*를 미세화하고 집적도를 높이고 있는데요.

*트랜지스터: 반도체 칩을 이루는 기본 요소로 전류가 흐르는 ‘채널’과 채널에 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 ‘게이트’로 구성됨. 전류를 증폭하거나 스위치 역할을 해 이진법의 데이터를 만들어 냄.

트랜지스터의 게이트에는 전압이 걸리면 전하를 끌어 모으고 밖으로 빠져나가지 못하도록 하는, 즉 누설 전류를 막는 절연막이 있습니다. 절연막은 반도체 칩의 미세화가 지속적으로 진행됨과 함께 두께가 얇아져 왔는데, 이로 인해 게이트 밖으로 전하가 터널링(tunneling) 되는 현상이 생기며 누설 전류가 증가하게 되었습니다.

이번에 공개한 SAIT의 연구는 절연막에 활용되고 있는 고유전 물질을 신소재인 강유전 물질로 대체하는 아이디어에 주목했습니다. 강유전 물질이 가진 특성을 이용하면 고유전 물질을 활용할 때와 비교해 누설 전류의 증가 없이 동작 전압만 감소시킬 수 있고, 결과적으로 트랜지스터의 소비 전력을 크게 줄일 수 있습니다.

Q. 강유전, 고유전 물질이란 무엇인가요? 그리고 강유전 물질의 어떤 특성이 이용되었나요?

고유전(high-κ) 물질은 유전 상수(전압을 걸었을 때 물질 내에 얼마나 많은 전하가 유도되는지를 나타내는 값)가 큰 물질을 말합니다. 따라서 트랜지스터의 게이트 절연막으로 고유전 물질을 이용하면, 저유전 물질을 이용할 때 보다 소자를 동작시키는데 필요한 전압을 줄일 수 있기 때문에 소자의 소비 전력을 줄이고 성능을 향상시킬 수 있습니다.

강유전(ferroelectric) 물질은 고유전 물질을 비롯한 일반적인 유전 물질과 다르게, 특정 전압(coercive voltage) 이상을 걸어주게 되면 물질 내에 자발적 전하 분극**이 발생하여, 걸어준 전압을 0 V 로 만들더라도 물질 내에 유도된 전하가 0 이 아닌 자발적 전하 분극만큼 그대로 남아 있게 됩니다. 이렇게 분극 상태가 유지되면 전원이 끊어져도 데이터를 보존할 수 있으며, 이러한 특성 때문에 그동안 비휘발성 메모리(non-volatile memory) 소자에 강유전 물질을 활용하는 연구들이 많이 있어왔습니다.

그런데 강유전 물질의 자발적 분극이 일어나지 않도록 조절하면, 강유전 물질이 음의 전기용량 특성(Negative Capacitance, 이하 NC)을 가지게 됩니다. 이렇게 NC 특성을 가지는 강유전 물질을 트랜지스터 게이트 구조에 이용하면, 정전 용량***이 고유전 물질 기반 구조에서 얻을 수 있는 이론적인 최대 값보다도 커져, 전력 효율을 크게 높일 수 있습니다. 또한 앞서 언급한 바와 같이 누설 전류의 증가 없이 동작 전압만 감소시킬 수 있습니다. 이 때문에 저전력으로도 높은 성능을 구현하는 트랜지스터를 구현할 수 있는 것입니다.

** 분극: 전기적 부도체 혹은 유전체에 외부에서 전기장을 걸어주었을 때, 물질 내부의 전하 분포가 전기장 방향으로 재배열 되는 현상

*** 정전 용량: 절연된 도체 간에서 전위를 주었을 때 전하를 축적할 수 있는 능력

Q. 이 기술이 적용되면 어떤 영향이 있을까요?

이번 연구에서는 앞서 설명한 강유전 물질의 음의 전기용량(NC) 효과를 실험적으로 측정하는데 성공했을 뿐 아니라, 이 효과를 활용한 트랜지스터인 NCFET(Negative Capacitance Field Effect Transistor)의 상용화 가능성을 세계 최초로 검증했습니다.

기존의 고유전 물질을 사용한 반도체와 비교할 때, 동일한 구조에서 소비 전력을 최대 33%까지 낮출 수 있음을 확인했고, NCFET이 동작하는 영역을 조절할 수 있는 방법도 최초로 찾아냈습니다. 또한, 1,000조 회 이상의 테스트를 통해 안정적인 동작을 확인함으로써 세계 최고 수준의 신뢰성을 증명했습니다. 이렇게 개발된 NCFET 기술은 FinFET과 GAA와 같은 3D 구조의 트랜지스터를 포함해, 모든 구조의 트랜지스터에 널리 활용될 수 있습니다. 또한 이번 NCFET을 구현할 때 기존의 반도체 공정에 많이 쓰이고 있는 물질들을 이용했기 때문에, 큰 비용의 증가 없이 기존의 반도체 기술과 접목할 수 있습니다.

삼성전자 SAIT 조상현 연구원(공동 1저자)은 “이번 연구는 강유전 물질의 NC 효과를 실험적으로 검증한 것과 더불어, 두께 미세화, 신뢰성 확보 및 NC 동작 범위 조절이 가능함을 동시에 확인하면서 차세대 저전력·고성능 시스템 반도체 소자에의 상용화 가능성을 확인했다는데 의미가 크다”며, “강유전체 박막 성장 및 소자 기술을 더욱 개선하여 당사 파운드리 사업에 핵심 미래 기술이 되기를 기대한다” 라고 말했습니다.

활발한 연구 활동과 혁신 기술 개발로 더 나은 미래를 열어가는 삼성전자의 모습, 계속 지켜봐주세요.

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삼성전자가 5일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 ‘삼성 테크 데이 2022(Samsung Tech Day 2022)’를 개최하고, 차세대 반도체 솔루션과 로드맵을 공개했습니다.

2017년 시작된 ‘삼성 테크 데이’는 삼성전자의 차세대 반도체 기술을 선보이는 자리로, 이번 행사는 2019년 이후 3년 만에 오프라인으로 진행됐습니다.

올해 ‘삼성 테크 데이’는 글로벌 IT 기업과 애널리스트, 미디어 등과 삼성전자 메모리사업부장 이정배 사장, 시스템LSI사업부장 박용인 사장, 미주총괄 정재헌 부사장을 포함해 800여 명이 참석한 가운데 진행됐습니다.

[ 시스템 반도체 ]

삼성전자는 이날 오전, 시스템 반도체 제품 간 시너지 극대화를 통해 ‘통합 솔루션 팹리스’로 거듭나겠다고 밝혔습니다.

삼성전자는 SoC(System on Chip), 이미지센서, 모뎀, DDI(Display Driver IC), 전력 반도체(PMIC, Power Management IC), 보안솔루션 등을 아우르는 약 900개의 시스템 반도체 포트폴리오를 보유하고 있으며, 제품 기술을 융합한 ‘플랫폼 솔루션(Platform Solution)’으로 고객 니즈에 최적화한 통합 솔루션을 제공해 나갈 계획입니다.

시스템LSI사업부장 박용인 사장은 “사물이 사람과 같이 학습과 판단을 해야 하는 4차 산업혁명 시대에서 인간의 두뇌, 심장, 신경망, 시각 등의 역할을 하는 시스템 반도체의 중요성은 그 어느 때보다 커질 것”이라며, “삼성전자는 SoC, 이미지센서, DDI, 모뎀 등 다양한 제품의 주요 기술을 유기적으로 융합해 4차 산업혁명 시대를 주도하는 ‘통합 솔루션 팹리스’가 될 것”이라고 밝혔습니다.

□ 인간 수준에 가까운 기능을 구현하는 시스템 반도체 미래 모습 그려

삼성전자는 4차 산업혁명 시대에는 초지능화(Hyper-Intelligence), 초연결성(Hyper-Connectivity), 초데이터(Hyper-Data)가 요구된다고 전망하고, 이를 위해 인간의 기능에 근접하는 성능을 제공하는 최첨단 시스템 반도체를 개발하겠다고 밝혔습니다.

SoC에서는 NPU(Neural Processing Unit), 모뎀 등과 같은 주요 IP의 성능을 향상시키는 동시에 글로벌 파트너사들과 협업해 업계 최고 수준의 CPU, GPU를 개발하는 등 SoC의 핵심 경쟁력 강화할 계획입니다.

또, 사람의 눈에 가까운 초고화소 이미지센서를 개발하고, 사람의 오감(미각, 후각, 청각, 시각, 촉각)을 감지하고 구현할 수 있는 센서도 개발할 예정입니다.

□ 5G 모뎀, 차량용 SoC, DDI 등 차세대 시스템 반도체 제품 공개

삼성전자는 이번 행사에서 부스 전시를 통해 첨단 시스템 반도체 제품을 선보였습니다.

차세대 차량용 SoC ‘엑시노스 오토(Exynos Auto) V920’, 5G 모뎀 ‘엑시노스 모뎀 5300’, QD(Quantum Dot) OLED용 DDI 등 신제품들과 프리미엄 모바일AP ‘엑시노스 2200’, 업계 최소 픽셀 크기의 2억 화소 이미지센서 ‘아이소셀(ISOCELL) HP3’, ‘생체인증카드’용 지문인증IC 제품 등도 공개됐습니다.

‘엑시노스 2200’은 최첨단 4나노 EUV 공정, 최신 모바일 기술, 차세대 GPU, NPU가 적용된 제품으로 게임, 영상처리, AI 등 다양한 영역에서 새로운 차원의 사용자 경험을 제공합니다. 0.56㎛ 크기 픽셀의 아이소셀 HP3는 픽셀 크기를 기존 제품 대비 12% 줄여 모바일기기에 탑재할 카메라 모듈 크기를 최대 20%까지 축소하는 것이 가능해졌습니다.

지문인증IC는 삼성전자가 업계 최초로 카드에 각각 탑재하던 하드웨어 보안칩(SE, Secure Element), 지문 센서, 보안 프로세서를 하나의 IC칩에 통합한 제품으로 신용카드 사용자의 편의성을 높입니다.

한편, 삼성전자는 2억 화소 이미지센서를 통해 촬영된 사진의 선명함을 직접 체험할 수 있는 데모 세션을 마련해 참석자들의 주목을 받았습니다. 지문인증IC의 지문 보안 기능 등이 구동되는 과정도 시뮬레이션을 통해 선보였습니다.

[ 메모리 반도체 ]

오후에 진행된 메모리 반도체 세션에서 삼성전자는 ‘5세대 10나노급(1b) D램’, ‘8세대/9세대 V낸드’를 포함한 차세대 제품 로드맵을 공개하고, 차별화된 솔루션과 시장 창출을 통해 메모리 기술 리더십을 유지해 나가겠다고 밝혔습니다.

삼성전자 메모리 사업부장 이정배 사장은 “삼성전자가 약 40년간 만들어낸 메모리의 총 저장용량이 1조 기가바이트(GB)를 넘어서고, 이중 절반이 최근 3년간 만들어졌을 만큼 우리는 급변하는 디지털 전환(Digital Transformation)을 체감하고 있다”라며, “향후 고대역폭, 고용량, 고효율 메모리를 통해 다양한 새로운 플랫폼과 상호진화(Co-evolution)하며 발전해 나갈 것”이라고 밝혔습니다.

삼성전자는 기술적 한계를 극복해 품질 만족도를 높이고, 고객과 동반성장하는 새로운 비즈니스 모델을 통해 전체 산업에 기여하며 지속 가능한 사업으로 발전시켜 나갈 계획입니다.

□ ‘5세대 10나노급 D램’ 등 차세대 솔루션으로 데이터 인텔리전스 진화

삼성전자는 데이터 인텔리전스(Data Intelligence)를 발전시킬 미래 D램 솔루션과 공정 미세화의 한계를 극복하기 위한 다양한 D램 기술을 공개했습니다.

삼성전자는 폭발적으로 증가하고 있는 데이터 사용량을 감당하기 위해 HBM-PIM(Processing-in-Memory), AXDIMM(Acceleration DIMM), CXL(Compute Express Link) 등 다양한 시스템 아키텍처를 지원할 수 있는 차세대 D램 기술의 성장을 위해 글로벌 IT 기업들과 협력해 나가겠다고 밝혔습니다.

또한, 데이터센터용 고용량 32Gb DDR5 D램, 모바일용 저전력 8.5Gbps LPDDR5X D램, 그래픽용 초고속 36Gbps GDDR7 D램 등 차세대 제품을 적기에 출시해 프리미엄 D램 시장의 리더십을 확고히 할 예정입니다. 삼성전자는 2023년 ‘5세대 10나노급 D램’을 양산하는 한편, 하이케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate) 공정 등 새로운 공정 기술 적용과 차세대 제품 구조를 통해 공정 미세화 한계를 극복할 계획입니다.

□ 2030년 ‘1,000단 V낸드’ 개발…신기술로 시장 패러다임 전환

삼성전자는 2024년 9세대 V낸드를 양산하고, 2030년까지 1,000단 V낸드를 개발하는 등 혁신적인 낸드 기술로 새로운 패러다임을 제시하겠다고 밝혔습니다.

삼성전자는 올해 세계 최고 용량의 8세대 V낸드 기반 1Tb TLC(Triple Level Cell) 제품을 양산할 계획입니다.

또, 7세대 대비 단위 면적당 저장되는 비트(Bit)의 수를 42% 향상한 8세대 V낸드 512Gb TLC 제품도 공개했습니다. 이는 512Gb TLC 제품 중 업계 최고 수준입니다.

삼성전자는 데이터센터, 인공지능 등 대용량 데이터가 필요한 다양한 고객 니즈에 대응하기 위해 QLC(Quadruple Level Cell) 생태계를 확대하고, 전력 효율도 개선해 고객들의 친환경 경영에 기여해 나갈 계획입니다.

□ 차량용 메모리, 차세대 스토리지 등 혁신을 앞당길 솔루션 공개

삼성전자는 2015년 차량용 메모리 시장에 첫 진입한 이후, 빠른 성장세를 이어가고 있습니다. 자율 주행(AD), 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS), 인포테인먼트(IVI), 텔레매틱스(Telematics) 등을 위한 최적의 메모리 솔루션을 공급해 2025년 차량용 메모리 시장에서 1위를 달성할 계획입니다.

또한 차량의 첨단화, 전동화에 따른 고성능 메모리 필요성이 더욱 커지고 있는 상황에서 삼성전자는 LPDDR5X, GDDR7, Shared Storage 등 차세대 메모리 솔루션을 제공해 모빌리티 혁신을 이루어 나가겠다고 밝혔습니다.

엔터프라이즈부터 클라이언트, 모바일, 차량용, 브랜드까지 다양한 스토리지 라인업을 갖춘 삼성전자는 SSD 내부에 탑재되는 D램 없이 PC에 탑재된 D램과 직접 연결하는 HMB(Host Memory Buffer) 기술을 적용한 SSD ‘PM9C1a’도 공개했습니다.

SSD 내부 연산 기능을 강화한 컴퓨테이셔널 스토리지(Computational Storage) 개발도 지속하고 있습니다. 인공지능에 최적화된 고성능, 저전력 제품을 통해 지속 가능한 미래를 만들어 나가겠다고 밝혔습니다.

한편, 삼성전자는 고객들에게 차세대 메모리 솔루션 개발/평가를 위한 최적화된 환경을 제공하는 ‘삼성 메모리 리서치 센터(SMRC)’를 오픈하고, 레드햇, 구글 클라우드 등과 협력하며 올해 4분기 한국을 시작으로, 미국 등 다른 지역으로 SMRC를 순차적으로 확장해 나갈 계획입니다.

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컴퓨터를 능가하는 두뇌를 탑재하다: Arm社와의 협력 강화하는 CPU

컴퓨터에서 CPU(Central Processing Unit, 중앙처리장치)는 사람의 ‘대뇌’에 비유되곤 한다. 기억, 해석, 연산, 제어라는 4대 주요 기능을 담당하는 가장 핵심적인 장치로서 PC의 전반적인 성능을 좌우한다. 모바일 CPU 역시, 운영체제(OS) 위에서 모든 소프트웨어(애플리케이션)를 실행하고 다른 하드웨어 장치들을 제어하는 역할을 한다.

CPU의 성능은 클럭[1] 속도, IPC[2], 코어[3] 수 등에 따라 결정된다. 과거 피처폰에 들어가던 CPU는 단순한 파이프라인 구조의 단일 코어로 병렬 처리가 제한돼 최대 주파수가 수백 MHz 수준에 불과했다. 하지만 오늘날 스마트폰의 CPU는 슈퍼스칼라[4] 구조로 여러 개의 명령어를 병렬 처리하고 최대 주파수는 3GHz(초당 30억 번의 신호를 생성한다는 의미)에 이르며, 멀티 코어 구조를 갖는다. 모바일 CPU가 이제 데스크탑 CPU 이상의 고성능 마이크로 아키텍처를 구현하는 것.

엑시노스에 탑재된 CPU는 소형화·저전력화를 위해 ‘빅코어(Big Core)’에서 ‘빅리틀(Big-Little)’로, 다시 ‘빅미드리틀(Big-Mid-Little)’ 구조로 발전해왔다. ‘빅리틀’은 전력 소모가 적게 필요한 곳에는 작은 코어(Little Core)를 돌려서 조금만 전류를 소모해 배터리를 절약하는 개념이다. 예를 들면, 문자를 쓸 때와 3D 게임을 할 때에 필요한 CPU 성능이 다르기 때문에, 문자를 보내기 위해 굳이 고성능의 CPU 코어를 돌리는 것이 불필요하다는 것이다.

엑시노스에 탑재되는 CPU 관련 모든 업무를 총괄하는 SoC설계2팀 정우경 PL은 “CPU는 SoC 등 모든 시스템의 경쟁력을 크게 좌우할 뿐 아니라, 반도체의 첨단 기술 적용에 있어 가장 최우선 순위에 있는 중추적인 분야”라며 입사 이래 20여년 간 몸담은 CPU에 대해 설명했다.

이어 그는 “개발 핵심은 제한된 전력 한도(power budget) 내에서 고성능을 내는 것”이라며 “다양한 시나리오에서 최대의 효율을 내기 위해 종류가 다른 CPU 코어들(Big-Mid-Little Core)을 적절히 조합해 운영하는 것이 중요하다”고 말했다. 엑시노스의 CPU는 게임, 카메라 등 고성능을 요하는 다양한 모바일 시나리오에서 최고의 경험을 제공할 수 있도록 동작 코어 조합을 최적화시킨다.

삼성전자는 반도체 설계 기업 Arm의 IP를 활용해 CPU 성능을 끌어올리고 있다. 내부 개발진의 구체적인 업무 영역에 대해 물었다. 정우경 PL은 “제품에 들어갈 CPU의 목표 성능을 결정하고, CPU IP를 입수, 성능을 예측 및 검토, 검증 작업을 거치며, 양산 전 디버깅[5] 등 CPU 성능 향상을 위한 전반적인 개발 업무를 수행한다”며 “Arm에서 RTL[6]로 제공된 CPU 설계를 최적의 반도체 칩으로 구현하는 것과 CPU 성능을 최대로 낼 수 있도록 적합한 메모리 서브시스템 등 CPU 주변 회로를 설계·구현하는 것 모두 SoC설계팀의 업무”라고 덧붙였다.

정우경 PL은 앞으로의 개발 방향에 대해 “Arm CPU를 채용하면서 ‘칩 레벨(Chip Level)’이 아닌 ‘세트 레벨(Set Level)’까지 소프트웨어 최적화를 하여 모바일 업계 최고 CPU를 만들 것이며, ‘E2E(End-to-End) Total Solution Provider’를 향한 비전을 갖고 있다”면서 “이러한 목표 달성을 위해 CPU 개발진들은 제품의 초기 개발 단계에서부터 Arm, 세트 업체, 파운드리 공정 등과 One Team으로 매우 긴밀하게 협력하고 있으며, 성능 향상을 위해 차세대 패키징(Advanced Packaging) 기술 활용 등 다양한 방안을 모색하고 있다”고 밝혔다.

특히, 정 PL은 앞으로 AR, 메타버스 등 미래 기술과 관련해서 CPU, GPU, NPU와 같은 모든 프로세서를 적절히 활용한 SoC 레벨의 통합 머신러닝(Machine Learning) 처리 성능이 중요한 핵심 경쟁력이 될 것으로 내다봤다. 이어 그는 “CPU도 머신러닝 처리 성능을 강화하여 경쟁력 확보에 힘쓸 것”이라고 강조했다.

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상상하는 것, 기술을 통해 이룬다: 6세대에 걸친 고도화된 독자 기술력 기반의 NPU

NPU(Neural Processing Unit, 신경망처리장치)는 딥러닝 알고리즘 연산에 최적화된 프로세서로, 빅데이터를 사람의 신경망처럼 빠르고 효율적으로 처리할 수 있다. 이러한 특징 때문에 인공지능(이하 AI) 연산에 주로 활용되는 반도체다. 설명은 다소 어렵게 들리지만, 이미 우리 생활에서 흔히 사용되고 있다. 스마트폰 카메라로 사진을 찍을 때 배경 안의 사물·환경·인물을 인식해 자동으로 초점을 조정하는 것, 음식 사진 촬영 시 카메라가 음식 모드로 자동 전환되는 것, 촬영된 결과물에서 불필요한 피사체만 지울 수 있는 것도 모두 NPU 덕분.

NPU가 없던 과거에는 주로 GPU로 AI 연산을 수행했는데, 하드웨어의 구조적인 차이로 인해 연산 효율이 떨어졌다. 이제는 AI 연산을 주로 NPU가 담당해 모바일 기기에서도 더 효율적으로 데이터를 처리할 수 있다. 데이터의 병렬 연산 처리에 최적화돼 AI 기반의 애플리케이션이 저전력으로 빠르게 동작하기 때문이다.

엑시노스의 NPU 개발 역사는 2016년 시작됐다. NPU를 탑재한 최초 제품은 엑시노스 9820으로 2019년 출시된 갤럭시 S10에 처음 들어갔다. SoC의 하드웨어 디자인 설계를 담당하다가 2세대 NPU부터 함께했다는 권석남 PL은 “6년 전 첫 TF가 구성될 때만 하더라도 20여명에 불과했던 연구원이 현재 해외 연구소까지 포함하면 10배 이상 늘었다”며 “지금은 NPU가 매우 관심이 높은 분야이지만, 당시만해도 해외 대학의 동영상 강의 등을 찾으며 공부해야 할 정도로 낯설고 새로웠다”고 회상했다.

과거 NPU를 활용하는 영역은 이미지 기반의 객체 검출 등 비교적 단순했다. 하지만 인공지능 시대로 접어들면서 최근에는 카메라 화질 개선, 음성 서비스 등 점차 더 많은 연산량을 필요로 하는 고성능 IP에 대한 시장 요구가 커지고 있다. 게다가 SoC에 들어가는 각 IP의 성능이 높아질수록 면적과 전력이 증가하다 보니, 가장 효율적인 아키텍처를 선정하는 것이 관건.

고성능 NPU일수록 인식 속도와 사진 결과물이 달라진다. 최신 엑시노스에 탑재된 NPU는 전작에 비해 성능이 두 배 이상 개선됐다. 6세대에 걸쳐 NPU 솔루션을 독자 개발해온 만큼, SoC설계팀의 기술과 노하우는 이미 고도화됐다. 권석남 PL은 “엑시노스의 NPU는 MLPerf 등의 벤치마크 성능, 파워 효율성, 면적 경쟁력 등 전반적인 분야에서 절대적인 경쟁력을 갖춘 IP 솔루션”이라며, “성능을 위한 아키텍처 최적화와 파워 효율성 개선을 통해 엑시노스의 경쟁력을 확보하고 있다”고 말했다.

앞으로 NPU와 관련된 기술은 어떤 방향으로 발전하게 될까? 이에 대해 권석남 PL은 “스마트폰에서 민감한 개인정보 유출 사고 위험을 최소화하기 위해 서버를 거치지 않고 개인 폰에서 AI 연산을 수행하는 온디바이스(On-device) AI가 확산될 것으로 예상된다. 이를 위해서는 한 단계 향상된 모바일 NPU의 성능이 필요하다”고 설명했다. 또한 “지금은 하나의 NPU가 여러 연산에 범용적으로 사용되지만, 미래에는 응용 프로그램별 특화된 AI 알고리즘을 동작 시키고자 하는 요구도 예상돼 각 도메인에 특화된 NPU를 개발하는 것도 중요해질 것”이라고 강조했다.

다가오는 자율주행 시대와 관련해서는 “가까운 시기에 현실화될 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)은 방대한 데이터의 자율주행 알고리즘을 실시간으로 수행할 수 있는 하드웨어가 반드시 필요하다. 이를 위해 더욱 높은 성능의 NPU가 요구되고 있고, 삼성전자도 시장 요구에 맞춰 자율주행 기기를 위한 강력한 성능의 NPU를 준비하고 있다”고 권 PL은 덧붙였다.

마지막으로 개발 과정에서 보람 있었던 순간을 묻자, 권석남 PL은 “엑시노스에 매년 향상된 성능의 NPU를 탑재하고 있다는 사실 자체가 큰 보람”이라고 말했다. 이어 “미래 시장의 핵심 IP로 성장할 분야이기에 개인적으로 NPU의 개발 업무는 개인과 기업 차원의 발전은 물론, 나아가 국가 경쟁력에도 일조하는 일이라는 자부심을 갖고 있다”며 ‘상상하는 것을 이룰 수 있는 최고의 분야’라고 전했다.

※ 기사 내 삽입된 이미지는 이해를 돕기 위해 연출된 것으로 실제 제품에 의한 결과물과 일치하지 않을 수 있습니다.

[1] 클럭(clock): 연산 작업을 위해 0 또는 1의 전기적 진동을 지속적으로 생성하는 것. Hz(헤르츠) 단위로 표기하며, 기본적으로 클럭 수치가 높을수록 처리 속도가 빠르다는 의미
[2] IPC(Instructions Per Cycle): 클럭 당 명령어 처리 횟수. 명령어 하나를 처리하는데 클럭이 얼마나 필요한지를 측정하므로CPU가 얼마나 효율적으로 작동하는지를 평가하는 단위
[3] 코어(core): CPU 내부에 있는 물리적인 처리 회로의 핵심 부분. 코어 개수가 많을수록 여러 가지 작업을 동시에 수행하는데 유리. 코어가 1개면 싱글코어, 2개면 듀얼코어, 4개면 쿼드코어, 6개면 헥사코어, 8개면 옥타코어 등으로 말함
[4] 슈퍼스칼라(superscalar): 파이프라인과 병렬 처리의 장점을 모은 것으로, 여러 개의 파이프라인에서 명령들이 병렬로 처리되도록 한 아키텍처. 여러 명령어들이 대기 상태를 거치지 않고 동시에 실행될 수 있으므로 처리속도가 빠름
[5] 디버깅(debugging): 설계된 프로그램을 확인하고, 프로그래밍 상의 오류를 찾아 고치는 작업
[6] RTL(Register Transfer Level): 디지털 회로 설계의 첫 단계로 일종의 소스코드

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전화, 문자, 사진 촬영은 기본, 오늘날에는 영상 편집, 회의하기, 원격으로 전자기기 구동하기 등 각종 앱을 통해 스마트폰으로 할 수 있는 것이 정말 많아졌는데요. 모바일 기기가 이렇게 여러 가지 기능을 구현할 수 있는 이유가 바로 ‘모바일 프로세서’ 덕분이라는 사실, 알고 계셨나요? <반도체 백과사전> 열한 번째 이야기에서는 손톱만 한 크기의 칩에 담긴 스마트폰의 두뇌, 모바일 프로세서의 내부 구조와 역할에 대해 알아보려고 합니다. 지금 확인해 보세요!

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반도체 시장에서 ‘메모리 반도체’보다도 훨씬 큰 영역을 차지하고 있는 ‘시스템 반도체’. 시스템 반도체는 디지털화된 전기적 정보를 읽고 연산해 인간의 두뇌와 같은 역할을 하기도 하고, 아날로그 신호와 디지털 신호를 상호 변경해주기도 하며, 사람의 오감처럼 센싱을 통해 데이터를 수집하기도 합니다. 그 응용 분야 역시 스마트 기기와 인공지능, 자율주행 자동차부터 스마트홈 시스템과 5G 네트워크까지 무궁무진한데요.

<반도체 백과사전> 열 번째 시간에는 사람처럼 인지하고 느낌으로써 우리의 삶을 더 풍요롭게 해줄 시스템 반도체의 세계를 소개하려고 합니다. 영상을 통해 만나볼까요?

The post [반도체 백과사전 Ep.10] 전자기기의 두뇌 역할부터 인간의 뇌신경과 오감을 닮은 반도체까지! 시스템 반도체의 다양한 역할과 종류, 단 3분이면 입력 OK! first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

삼성전자가 차세대 차량용 시스템반도체 3종을 공개했습니다.

삼성전자가 공개한 제품은 ▲업계 최초로 5G 기반 차량 통신 서비스를 제공하는 통신칩 ‘엑시노스 오토 T5123’, ▲인공지능 연산 기능을 제공하는 인포테인먼트(IVI: In-Vehicle Infotainment)용 프로세서 ‘엑시노스 오토 V7’, ▲차량용 인포테인먼트 프로세서에 공급되는 전력을 정밀하고 안정적으로 조절해주는 전력관리칩(PMIC) ‘S2VPS01’입니다.

최근 자동차 안에서 다양한 콘텐츠를 즐기는 소비자들이 늘고 있어 초고속 통신칩과 고성능 프로세서의 수요가 지속적으로 늘어나고 있습니다. 또한 차량에 탑재되는 전자 부품이 증가하여 차량내 전력을 효율적으로 관리할 수 있는 전력반도체의 역할이 부각되고 있습니다.

삼성전자는 이러한 트렌드 변화에 맞춰 통신칩, 프로세서, 전력관리칩 등 3종 시스템반도체를 공개했으며 늘어나는 첨단 차량용 반도체 수요에 적극 대응해 나갈 계획입니다.

삼성전자 시스템LSI사업부 Custom SOC 사업팀장 박재홍 부사장은 “최근 차량 내 인포테인먼트 시스템과 운전자들의 안전을 위한 차량의 지능화 및 연결성의 중요성이 높아지고 있다”며 “이에 삼성전자는 최신 5G통신 기술, 진화된 인공지능 기능이 탑재된 프로세서, 그리고 안정적이고 검증된 전력관리칩을 제공해 전장 사업을 강화해 나갈 계획이다”라고 말했습니다.

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업계 최초 5G 통신 서비스 제공하는 차량용 통신칩 ‘엑시노스 오토 T5123’

‘엑시노스 오토 T5123’는 차량용 통신칩으로는 업계 최초로 5G 통신 서비스를 제공해 초당 최대 5.1Gb(기가비트)의 초고속 다운로드 기능을 지원합니다. 이를 통해 사용자는 주행 중에도 끊김없이 고용량•고화질의 콘텐츠를 다운로드 받을 수 있습니다.

특히, 이 제품에는 최신 5G 기술 기반의 멀티모드 통신칩이 내장돼 5G 망을 단독으로 사용하는 SA모드(Stand Alone)와 LTE 망을 함께 사용하는 NSA모드(Non-Stand Alone)를 모두 지원합니다. 이를 통해 사용자는 언제 어디서도 안정적이고 빠르게 데이터를 송수신 할 수 있습니다.

‘엑시노스 오토 T5123’에는 Arm사의 ‘코어텍스(Cortex)-A55’ 코어 2개와 ‘GNSS (Global Navigation Satellite System)’를 내장해 텔레매틱스 시스템 개발을 더욱 용이하게 했습니다.

또한, 이 제품은 차량이 5G 모뎀을 통해 송수신 되는 빠른 데이터를 효율적으로 처리할 수 있도록 고속 인터페이스인 ‘PCI 익스프레스(PCIe, PCI Express)’와 저전력 고성능 모바일 D램 ‘LPDDR4X’를 지원합니다.

이 밖에도, 이 제품은 차량용 부품 신뢰성 평가 규격인 AEC-Q100(Automotive Electronics Council-Q100) 을 만족합니다.

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인포테인먼트용 프로세서 ‘엑시노스 오토 V7’

‘엑시노스 오토 V7’은 LG전자 VS(Vehicle component Solutions) 사업본부에서 제작한 폭스바겐 ICAS 3.1 인포테인먼트 시스템에 탑재됐습니다.

해당 제품은 인공지능 연산을 위한 신경망처리장치(NPU: Neural Processing Unit)를 탑재해 가상 비서 서비스, 음성, 얼굴, 동작인식 기능을 제공합니다. 또한, 선명한 화면을 위한 불량화소 및 왜곡 보정 기술, 이미지 압축기술(DRC: Dynamic Range Compression)을 내장했으며, HiFi 4 오디오 프로세서 3개를 통해 사용자가 최상의 음질로 음악, 영화, 게임 등을 즐길 수 있게 지원합니다. 이러한 기능을 안정적으로 구동하기 위해 최대 32GB(기가바이트) 용량과 초당 68.3GB(기가바이트)의 대역폭을 제공하는 LPDDR4X 메모리를 지원합니다.

또한, 최대 1.5GHz(기가헤르츠) 속도로 구동되는 Arm사의 ‘코어텍스(Cortex)-A76’ 코어 8개, ‘Mali-G76’ 그래픽 처리장치(GPU) 코어 11개로 구성돼 최대 4개의 디스플레이를 동시에 제어할 수 있고 카메라는 최대 12개까지 지원합니다.

특히, 그래픽 처리장치(GPU)는 2개의 그룹으로 분리돼 디지털 계기판, 중앙 정보 처리 장치(CID, Center Information Display), 헤드업 디스플레이(HUD, Head Up Display) 등 각각의 어플리케이션이 안정적이고 독립적으로 동작할 수 있도록 설계됐습니다.

이 밖에도, ‘엑시노스 오토 V7’은 데이터의 보안을 위해 독립된 보안 프로세서를 탑재해 OTP(One-Time Programmable)와 같은 주요 정보를 안전하게 보관하고, 물리적 복제 방지 기술(PUF, Physical Unclonable Function)도 제공합니다.

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차량용 시스템 안전 기준 ‘에이실-B’ 인증 획득한 전력관리칩 ‘S2VPS01’

‘S2VPS01’은 차량용 인포테인먼트(IVI: In-Vehicle Infotainment)용 프로세서에 공급되는 전력을 정밀하고 안정적으로 조절해주는 핵심적인 기능을 수행합니다.

특히, ‘S2VPS01’은 자동차 생산업체(OEM)와 주요 파트너사들이 필수사항으로 꼽는 조건 중 하나인 ‘에이실(ASIL)-B’ 인증을 획득했습니다. ‘에이실-B’는 차량용 시스템 안전 기준으로 사고의 발생가능성, 심각도, 운전자의 제어 가능성을 바탕으로 4개의 레벨(A, B, C, D)로 구분된다. 일반적으로 인포테인먼트 시스템은 B레벨 수준을 요구합니다.

이 밖에도, 장애가 일어날 수 있는 사용환경에서도 안정성을 높이기 위해 전압•전류의 급격한 변화에 대한 보호 기능, 발열 차단기능, 자가 진단기능까지 탑재됐습니다.

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삼성전자가 메모리, 시스템 반도체와 함께 LED 제품까지 ‘탄소 발자국’ 인증을 확대했습니다.

메모리 반도체 20종 카본 트러스트 ‘제품 탄소 발자국‘, 5종은 실제 탄소 배출량 감소 인정받아 ‘탄소저감 인증‘ 획득

삼성전자는 차세대 메모리 반도체 제품 20종^[1] 이 카본 트러스트로부터 ‘제품 탄소 발자국’ 인증을 취득하고, 지난해 ‘제품 탄소 발자국’ 인증을 받은 메모리 반도체 5종의 후속 제품은 탄소 저감을 인정받아 ‘탄소저감 인증’을 획득했다고 밝혔습니다.

[1] SODIMM(8GB/16GB), LPDDR5(8GB/12GB/16GB), RDIMM(16GB/32GB), 980 PRO SSD(250GB/500GB/1TB/2TB), HBM2E(16GB), GDDR6(16Gb), UFS 3.1(128GB/256GB), microSD EVO Select(64GB/256GB/512GB), Portable SSD T7(500GB/2TB)

* 카본 트러스트(The Carbon Trust): 2001년 영국 정부가 설립한 비영리 기관으로, 탄소 배출 절감을 위한 신기술, 혁신 등에 대한 지원과 정보 공유, 인증을 담당
* ‘제품 탄소 발자국’인증: 제품의 생산부터 폐기까지 발생하는 탄소를 탄소 발자국 산정 표준에 맞추어 산정한 제품에 부여하는 인증

삼성전자는 지난 9월 시스템 반도체 제품 4종에 이어 SODIMM(8GB/16GB), LPDDR5(8GB/12GB/16GB) 등 메모리 제품 20종에 대해서 ‘제품 탄소 발자국’ 인증을 추가로 획득했습니다. 또한, 메모리 제품 5종(HBM2E(8GB), GDDR6(8Gb), UFS 3.1(512GB), Portable SSD T7(1TB), microSD EVO Select(128GB)은 ‘탄소저감 인증’을 받았습니다.

‘탄소저감 인증’은 ‘제품 탄소 발자국’ 인증을 받은 제품 또는 그 후속 제품의 생산과정에서 발생하는 탄소 배출량을 실제로 감소시켰을 때 부여 받는 인증입니다. 해당 5개 제품의 생산과정에서 저감한 탄소 배출량을 환산^[2]하면 약 68만 톤으로 이는 30년생 소나무 약 1억 그루가 한 해 흡수하는 탄소량과 동일합니다.

[2] 5개 제품 각각의 출시일로부터 ’21년7월까지 판매된 제품 수 기준

삼성전자는 이전 세대보다 크기가 줄어들고 생산성이 향상된 차세대 메모리 칩으로 인해 제품 당 전력 사용량과 투입 원자재량 감축에 성공할 수 있었습니다. 더불어, 제품의 소비전력 효율을 높이는 동시에 일부 제품의 포장재 소재를 플라스틱에서 종이 포장재로 변경해 제품의 생산과 유통 전 과정에서 탄소 발생을 최소화했습니다.

전장 LED 패키지 4종은 업계 최초로 UL의 ‘탄소발자국 인증‘취득

이 외에도, 삼성전자의 전장 LED 패키지 제품 4종 ‘C-Series’ (Gen3 3W White, Gen3 3W Amber, Gen2 3W White, Gen2 3W Amber)는 업계 최초로 UL의 ‘탄소발자국 인증’을 받았습니다.

* UL: 전세계 기업 및 조직이 안전, 보안 및 지속 가능성 목표를 달성할 수 있도록 제품 안전 시험 및 인증을 비롯해 환경 시험, 헬스케어 인증, 교육 등 안전, 보안, 지속가능성과 관련된 서비스를 제공하는 글로벌 안전 과학 기업

이번에 인증을 받은 제품은 기존 내연기관차의 탄소 배출량 저감에 기여하고, 전력소모를 줄여 더욱 오랫동안 전기차 배터리를 사용 할 수 있게 합니다.

삼성전자는 최근 완성차 업계의 친환경 트렌드에 맞춰 제조 과정에서부터 탄소 배출량을 줄일 수 있는 LED 제품군 개발을 지속해나갈 계획입니다.

카본 트러스트 인증위원장 휴 존스(Hugh Jones)는 “삼성전자는 최근 반도체 전 제품군으로 친환경 인증을 확대해 나가고 있다”며, “삼성전자의 이러한 노력이 업계 전반으로 확대되어 반도체 업계 전체가 지속가능한 방향으로 성장하길 기대한다”고 밝혔습니다.

UL 소비재 부문 부사장 더그 록카드(Doug Lockard)는 “삼성전자는 이번 전장 LED 패키지 4종 ‘탄소발자국 인증’을 통해 자동차 제조업체들의 환경 친화적인 제품 선택에 더욱 많은 기회를 제공하게 됐다”며, “각 제품의 탄소 배출량을 정확하게 산정하는 삼성전자와 같은 기업들이 늘어나, 자동차용 제품들이 더욱 친환경적이 되길 기대한다”고 말했습니다.

삼성전자 DS부문 지속가능경영사무국 장성대 전무는 “지속가능경영을 위한 삼성전자의 환경친화적인 활동이 전 세계적으로 인정받고 있다”며, “삼성전자는 반도체 제품의 전과정에서의 탄소 배출을 줄이기 위한 노력을 통해 초격차 기술력을 넘어 친환경 반도체 제품 개발 노력을 계속해 나가겠다”고 밝혔습니다.

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2G와 3G, 4G(LTE)를 넘어 5G까지 무선이동통신 기술의 비약적인 발전으로 우리는 스마트폰을 통해 사물인터넷(IoT)과 가상/증강현실(VR/AR)까지도 이용할 수 있는 세상에 살고 있습니다. 이러한 첨단 이동통신 기술을 구현하기 위해 꼭 필요한 시스템 반도체가 있는데요. 바로 ‘모뎀 칩’입니다.

‘나는 신입사원입니다!’의 열 번째 주인공은 삼성전자 반도체에서 ‘모뎀’을 개발하는 이승혁 님인데요. 통신 기기의 핵심 장치로 꼽히는 모뎀 회로설계 직무와 이승혁 님의 회사 생활에 대한 이야기를 들어보겠습니다.

“제가 소속된 Modem개발팀은 통신 기기에 탑재되는 모뎀을 개발하고 검증해 칩으로 구현하는 업무를 하고 있습니다. 여기서 모뎀(Modem)은 휴대폰과 기지국 사이의 정보 송수신 처리 역할을 맡고 있습니다. 모뎀이 없으면 전화가 불가능하죠.

전체 과정 속에서 보면, 먼저 기지국에서 전달된 아날로그 신호를 RF(Radio Frequency) 칩에서 수신합니다. RF 칩을 통해 해당 신호들은 디지털화되고, 이후 모뎀으로 들어옵니다. 이러한 디지털 신호들을 실제 휴대폰 사용자가 들을 수 있게끔 각종 알고리즘으로 값을 추정하고 처리하는 것이 모뎀의 역할입니다.”

Modem개발팀의 업무는 크게 ‘시스템’과 ‘디자인’으로 나눠지는데요. 시스템 담당자들이 알고리즘을 설계하면 디자인 담당자들이 회로를 설계하고 검증해 칩으로 구현해 내는 과정으로 진행합니다. 이승혁님은 디자인 업무 중에서도 채널 추정을 위한 블록을 개발하고 있습니다.

“요리를 할 때 재료 손질, 계량, 칼질, 굽기 등 역할을 나누는 것처럼, 모뎀을 만들 때도 다양한 역할을 수행하는 블록(Block)을 세세하게 나눠 개발합니다.

그중 저는 채널을 추정하는 블록을 개발하고 있는데요. 완벽하지 않은 신호를 받더라도  최대한 가까운 값으로 추정해 보완할 수 있습니다. 이전과 비교해 요즘 휴대폰의 통화 음질이 굉장히 많이 개선되었잖아요. 바로 이러한 채널 추정 기능의 향상 덕분이라고 할 수 있습니다.”

한편, 이승혁 님처럼 각각의 블록을 맡아 개발하는 모뎀 하드웨어 설계 엔지니어들에게는 공통점이 있습니다.

“모뎀 하드웨어 설계 엔지니어는 특정 블록의 모뎀 설계를 온전히 도맡아서 해야 하기 때문에 먼저 맡은 블록을 정확하게 파악해야 합니다. 스스로 신호 하나하나의 의미를 따져보는 것이 중요한데요. 시간이 꽤나 소요되고, 지루한 작업일지라도 다들 책임감과 끈기를 가지고 공부하고 있습니다.”

“모뎀은 통합적인 시스템으로 이뤄져 있기 때문에, 다른 업무에 대한 이해도 필요합니다. 디자인 업무 외에도 시스템의 이동통신 표준, RF, 안테나 등에 대한 기본 지식을 갖춰야만 모뎀의 큰 그림을 그릴 수 있기 때문입니다. 도움이 필요할 때는 부서 선배님들께 부탁드리거나 다른 블록을 담당하는 동기들과 정보를 교류하며 틈틈이 공부합니다. 다행히 동기들이 시스템, 설계, 검증 등 다양한 파트에서 근무를 하고 있어 많은 도움을 받고 있습니다.”

학부에서 전자공학을, 석사는 레이더 신호처리를 전공한 이승혁 님은 대학 시절 수강한 전공 수업들을 통해 운명처럼 딱 맞는 진로를 결정할 수 있었다고 하는데요.

“디지털 논리 회로 수업을 우연히 수강했는데 그때 접한 디지털 수체계가 무척 흥미로웠습니다. 이어서 듣게 된 시스템 설계 수업에서도 회로설계에 큰 재미를 느꼈고요. 특히, 졸업 프로젝트를 통해 레이더 신호처리를 설계하고 검증한 후에 구현된 결과를 제 눈으로 직접 확인하면서 해당 분야에 강한 확신을 갖게 되었습니다.

이후, 자연스럽게 신호처리와 회로설계와 관련된 직무를 탐색했습니다. 이때 삼성전자 모뎀 개발팀의 5G 이동통신 모뎀이 세계 최초로 상용화되었다는 기사를 보았고, 훌륭한 엔지니어들과 함께 일하고 싶은 마음에 망설임 없이 지원했습니다.”

디지털 회로설계 업무를 하고 싶다는 구체적인 목표를 가지고 취업 시장에 뛰어든 이승혁 님. 삼성전자 반도체에 합격할 수 있었던 비결이 있다고 합니다.

“전공 수업에서 배웠던 내용을 여러 번 복습했습니다. 경험했던 프로젝트 등의 기억을 되새기며 당시 습득했거나 느낀 점들을 떠올렸죠. 그리고 포털 사이트에서 5G와 모뎀, 삼성전자 반도체와 관련된 키워드를 자주 검색하고, 유의미한 자료들은 문서화해 모았습니다. 특히 산업과 기술에 대한 기사들을 많이 찾아본 것이 면접에서 많은 도움이 되었습니다.

아, 그리고 대학 전공 수업을 최대한 많이 활용하라고 강조하고 싶어요. 입사 후 실무를 하면서 전공 과목이 다양한 이유를 알았습니다. 필요 없는 전공이 없더라고요. 특히, 통신 신호 처리 관련 수업에서 배운 내용들이 생각했던 것보다 훨씬 더 중요하게 다뤄집니다. 많이 알면 알수록 좋습니다.”

Modem개발팀은 서로의 업무가 긴밀하게 연결되어 있는 만큼 협력하고 소통하는 것이 무엇보다 중요한데요. 코로나19로 팀원들 간 부족해진 대화 시간을 늘리기 위해 특별히 마련된 시간이 있다고 합니다.

“팀원 모두가 적극적으로 참여하고 있는 ‘Walking Talking’이란 조직문화 활동이 있는데요. 참여를 신청한 부서원들에게 커피 쿠폰을 주고 함께 걸으며 이런저런 얘기를 나누도록 한 시간입니다. 소요 시간 별로 세 가지 코스로 나눠져 있는데, 코스를 다 돌 때까지 업무와 관련된 이야기는 하지 않게 권장하고 있어요.”

“시스템 반도체 시장 규모는 메모리반도체 시장의 2배 이상으로, 제품 종류가 상당히 많기 때문에 넓은 분야에서 수준 높은 기술력을 경험할 수 있는 곳입니다. 이름만 들어도 다 아는 쟁쟁한 경쟁사들과 기술력을 겨루며 무한대로 성장할 수 있죠.

돌이켜 생각해 보면 저도 취준생 시절 자존감이 떨어지고, 미래에 대한 불안감이 컸는데요. 그때마다 스스로 주문을 외웠습니다. ‘될 사람은 될 것이다, 그리고 그게 바로 나다.’ 자신감을 가지고 준비하다 보면 나의 가치를 알아보는 곳이 있더라고요. 지금 이 글을 읽고 있는 여러분 중에 언젠가 저와 함께 우리나라 모뎀 기술 개발에 기여할 분이 나타난다면 정말 좋겠네요!”

지금까지 운명처럼 빠져든 회로설계 분야에서 모뎀 하드웨어 설계 엔지니어로 커리어를 쌓고 있는 이승혁 님을 만나보았는데요. 어디에서도 들을 수 없는 삼성전자 반도체의 다양한 직무 이야기는 ‘나는 신입사원입니다!’ 11탄에서 계속됩니다.

* 기사에 포함된 사진들은 방역 수칙을 준수하여 촬영하였습니다.

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국내 팹리스∙디자인하우스에 기술교육 등 상생 협력에 박차

삼성전자는 작년 4월 ‘시스템반도체 생태계 강화 방안’을 발표한 이후 팹리스, 디자인하우스 등 국내 중소 업체들과의 상생 협력에 박차를 가하고 있습니다.

국내 중소 팹리스 업체의 제품 개발 활동에 필수적인 MPW(Multi-Project Wafer)프로그램을 공정당 년 3~4회로 확대 운영하고, 8인치(200mm)뿐 아니라 12인치(300mm) 웨이퍼로 최첨단 공정까지 활용할 수 있도록 지원하고 있습니다.

삼성전자는 전장, 모바일, 보안 등 다양한 응용처에 최적화된 공정 기술과 설계 인프라를 제공하고 있으며, 생태계 강화 방안 발표 이후 중소 업체들과 협력해온 제품이 올해 말부터 본격 양산될 예정입니다.

특히 삼성전자는 작년 하반기부터 국내 팹리스와 디자인하우스 업체의 경쟁력 향상을 위해 레이아웃, 설계 방법론•검증 등을 포함한 기술 교육도 제공하고 있으며 업체들의 만족도 또한 높습니다.

삼성전자는 2018년부터 파운드리 생태계 프로그램 ‘SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem)’를 운영하며, 파트너와 고객과의 협력 강화에 더욱 노력하고 있습니다.

‘SAFE-CDP’ 중소 팹리스 아이디어만으로도 칩 설계 가능하게

삼성전자는 고객들이 더욱 편리하게 설계할 수 있는 생태계를 만들기 위해 ‘통합 클라우드 설계 플랫폼(SAFE Cloud Design Platform, SAFE-CDP)’을 출시했습니다.

삼성전자와 클라우드 HPC(High Performance Computing) 플랫폼 업체인 리스케일(Rescale)이 함께 구축한 ‘SAFE-CDP’는 팹리스 고객들이 아이디어만 있으면 언제 어디서나 즉시 칩 설계를 시작할 수 있도록 가상의 설계 환경을 제공하는 서비스입니다.

이 서비스는 자동화 설계 SW 업체인 앤시스(Ansys), 멘토(Mentor a Siemens Business), 케이던스(Cadence), 시놉시스(Synopsys)의 SW를 공용 클라우드 상에서 구동될 수 있도록 구축한 플랫폼입니다.

공정이 미세화될수록 반도체 칩 설계는 복잡해지고 난도 또한 높아집니다. 특히 설계 작업의 후반부로 갈수록 필요한 컴퓨팅 자원도 기하급수적으로 증가하며, 칩 검증에 소모되는 시간도 상당합니다.

삼성전자의 ‘SAFE-CDP’는 서버 확장에 대한 고객들의 투자 부담을 줄이고, 칩 설계와 검증 작업에 필요한 컴퓨팅 자원도 단계에 따라 유연하게 사용할 수 있도록 지원합니다.

국내 팹리스 업체인 ‘가온칩스’는 삼성전자의 SAFE-CDP를 활용해 차량용 반도체 칩을 설계한 결과, 기존 대비 약 30%의 설계 기간을 단축하는 성과를 얻기도 했습니다. * 케이던스 SW(이노버스) 사용

삼성전자의 DSP(Design Solution Partner)인 가온칩스 정규동 대표는 “삼성의 통합 설계 플랫폼은 중소 팹리스 업체들의 시장 진입장벽을 낮춰줄 것”이라며, “제품 경쟁력 향상으로 국내 업체들이 더욱 성장할 수 있는 계기가 될 것”이라고 소감을 밝혔습니다.

특히 ADT(에이디테크놀로지), 하나텍 등 여러 국내 중소 업체들이 SAFE-CDP에 대한 사용 의사를 밝히고 있으며, 자체 서버 구축 대비 소요되는 시간과 투자 비용을 줄일 수 있어 보다 경쟁력 있는 반도체 제품을 설계할 수 있을 것으로 기대됩니다.

삼성전자 DS부문 파운드리사업부 박재홍 부사장은 “리스케일과 함께 선보이는 삼성전자의 통합 설계 플랫폼은 팹리스 업계가 클라우드 기반 설계 환경으로 옮겨가는 중요한 기반이 될 것”이라며, “파운드리 생태계 강화를 통해 고객들이 혁신적인 제품을 출시할 수 있도록 지속 기여할 것”이라고 밝혔습니다.

삼성전자는 화성, 평택에 잇따라 투자를 단행하며 파운드리 사업 강화에 속도를 높이고 있으며, 국내 중소기업들이 삼성의 최첨단 공정 기술을 보다 편리하게 활용할 수 있도록 접근성을 높여 생태계를 지속 확장해 나갈 계획입니다.

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■ 차세대 모바일 헬스케어를 위한 최적의 솔루션 제공, 바이오 프로세서

이번 제품은 삼성전자가 내놓은 첫 바이오 프로세서로, 기존 다기능 센서와는 달리 하나의 칩에 마이크로 컨트롤러(MCU)와 디지털 신호처리(DSP) 프로세서, 내장 플래시 메모리까지 구현했습니다.

기존에는 센서에서 측정된 생체신호를 처리하기 위해서는 별도의 칩이 필요했지만, 이번 삼성전자 제품은 데이터 프로세싱 기능을 내장하고 있어 생체 신호 측정부터 디지털 정보로 변환 처리하는 기능을 하나의 칩에 구현한 최초의 제품입니다.

최근 웨어러블 기기 등을 통해 수집된 개인의 건강정보를 분석해 복합적인 서비스를 제공하는 모바일 헬스케어가 각광받고 있는데, 삼성전자는 이번 바이오 프로세서의 양산으로 이러한 시장의 요구에 적극적으로 대응하고 시장리더십을 확보한다는 전략입니다.

또한 삼성전자 시스템반도체 사업은 이번 신제품을 통해 사업 영역을 기존에 집중하고 있던 모바일 SOC 분야뿐만 아니라 헬스케어 분야로까지 확대될 것으로 기대됩니다.

■ 칩 하나로 5가지 생체신호 측정, 기존 제품 면적의 1/4로 축소

이번에 양산을 시작한 바이오 프로세서는 체지방과 골격근량 및 심박수, 심전도 측정 등 모바일 헬스케어를 위해 가장 대표적인 5가지 센서 기능을 내장해 현재까지 나와있는 제품 중 단일 칩으로서는 가장 많은 생체 신호를 측정할 수 있습니다.

뿐만 아니라 심박수(PPG)와 심전도(ECG)를 조합해 혈압을 측정하는 등 별도의 알고리즘을 구성함으로써 두 가지 이상의 측정 정보를 분석해 새로운 데이터를 얻는 등 더욱 다양한 활용이 가능합니다.

또한 각각의 기능을 개별 칩으로 구성했을 때에 비해 면적을 4분의 1 수준으로 줄일 수 있어 글로벌 IT기기 제조사가 초소형 웨어러블 기기와 같은 다양한 형태의 제품을 출시할 수 있도록 디자인 유연성을 제공합니다.

한편 삼성전자는 바이오 프로세서를 활용한 팔찌 타입과 패치 타입의 웨어러블 레퍼런스 플랫폼을 고객사에 제공해 더욱 용이하게 신제품 개발을 할 수 있도록 지원할 계획입니다.

삼성전자 S.LSI 사업부 마케팅팀 허국 상무는 “IT기기가 진화하고 건강에 대한 대중의 관심이 더욱 증가함에 따라, IT를 활용한 개인 헬스케어에 대한 요구가 증가하고 있다” 며, “삼성전자의 바이오 프로세서는 다양한 생체신호를 분석할 수 있는 통합 솔루션으로서 웨어러블 기반의 헬스케어 서비스 확대에 크게 기여할 것으로 기대된다.” 고 말했습니다.

삼성전자의 바이오 프로세서는 이달부터 양산 출하를 시작했으며 2016년 상반기 피트니스/헬스케어 기기에 탑재될 예정입니다.

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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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