‘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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전 세계 전력 사용량의 1%가 오롯이 사용될 정도로 전력 소모량이 많은 ‘데이터 센터’. 저전력 반도체 사용은 이제 선택이 아닌 필수가 되었습니다. 과연 저전력 반도체가 지구에 미치는 영향은 어느 정도일까요? 최신 DDR5의 놀라운 나비효과를 <내일도 애쓰지(ESG)> 열세 번째 주인공 남홍주 님과 함께 알아보겠습니다.

‘속도는 빠르게, 용량은 크게, 전력은 낮게’ DDR5의 3COMBO!

홍주 님은 서버용 D램이 출하되기 전 최종 평가하는 업무를 담당하고 있는데요. 개발 초기 단계의 D램과 플랫폼을 함께 분석하며 동작에 오류가 있는지 밝혀내는 작업이 가장 짜릿하다고 합니다. 그런데, 이 업무와 저전력 반도체는 어떤 관련이 있는 걸까요?

데이터 센터의 서버에는 메모리 저장장치인 SSD가 들어갑니다. 여기에 사용되는 D램 캐시에 DDR(Double Data Rate)이 장착되어 있는데요. DDR 중 가장 최신 기술이 바로 삼성전자의 DDR5입니다. 전 세계 서버용 D램을 삼성전자의 최신 DDR5로 교체할 경우, 엄청난 변화가 나타납니다. 동작 전압은 1.2V에서 1.1V로 낮아지고, 동작 속도는 3200Mbps에서 6400Mbps로 빨라지는 효과를 볼 수 있죠. 고작 ‘0.1V’라고 생각하시는 분들도 있을 텐데요. 시.선.집.중!

데이터 센터는 수많은 서버들로 구성되어 있습니다. 하나의 서버에는 32개의 모듈이 들어가고, 각 모듈에는 40개의 D램 칩이 들어가는데요. DDR5 하나만 봤을 때에는 ‘0.1V’라는 작은 수치이지만 수많은 ‘0.1V’가 모여 엄청난 전력 감소를 가져올 수 있습니다. 실제로 전 세계 서버용 D램을 DDR4대신 DDR5로 교체할 경우, 1년에 약 1Twh의 전력량을 줄일 수 있습니다. 작년 한 해 서울 강북구에서 사용한 전력 소비량보다도 훨씬 많죠.

이런 큰 변화를 이뤄 내기 위해서는 철두철미한 평가가 필수인데요. 전 세계 어느 지역에서든 문제없이 동작을 수행할 수 있도록 초저온/초고온 등 극한 환경에서의 테스트도 진행됩니다. 하루 24시간이 모자란 홍주 님! 그녀에게 24시간 든든하게 의지할 수 있는 특별한 동료가 있다고 합니다. 그 정체가 궁금하다면 영상에서 확인해 보세요!

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전자기기의 속도를 좌지우지하는 요소 중에서는 램(RAM)의 성능을 빼놓을 수 없는데요. 램은 Random Access Memory의 약자로, 정보를 읽을 때 순차적이 아닌 랜덤하게 읽을 수 있기 때문에 읽기/쓰기 속도가 빠른 메모리입니다. 다양한 종류의 램 중 현재 가장 주력으로 사용되는 D램(Dynamic Random Access Memory)은 구조가 단순하며, 용량이 크고 속도가 빨라 컴퓨터나 모바일 기기에서 중앙처리장치의 연산을 돕는 고속 메모리로 사용됩니다.

D램의 진화, DDR과 LPDDR

메모리의 동작원리를 이해하기 전 컴퓨터의 성능을 나타낼 때 사용하는 CPU의 클럭 주파수의 개념을 먼저 알아보겠습니다. 클럭 주파수는 0과 1로 이루어진 디지털 신호의 파장인데요. 예를 들어 1GHz(기가 헤르츠)는 1초에 10억 번의 클럭이 반복되는 것이죠. CPU를 비롯한 PC 부품들은 이 클럭 주파수에 맞춰 데이터를 읽고 씁니다.

메모리 D램 신기술을 알리는 뉴스나 PC의 사양을 볼 때 ‘DDR D램’이라는 용어를 본 적 있을 겁니다. 여기서 DDR은 Double Data Rate의 약자로 90년대 말 국제표준화 기구인 JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council)이 새롭게 채택한 고속 메모리 기술입니다.

초기 D램은 컴퓨터의 동작 리듬에 맞춰 한 번의 클럭에 한 번의 데이터를 보내거나 받았습니다. 하지만 CPU의 속도가 비약적으로 증가하면서 그에 맞는 빠른 속도의 메모리가 필요했고, 모바일 기기가 증가하며 저전력 특성이 중요해 졌습니다. 그렇게 등장하게 된 것이 낮은 전력으로 한 번의 클럭 신호에 데이터를 두 번 전송할 수 있는 DDR D램 입니다.

이렇게 DDR D램이 등장하고, 이후 전송 속도를 높인 DDR2, DDR3, DDR4 등 세대를 거듭한 제품이 등장하게 되는데요. DDR D램의 세대는 모두 한 번의 신호로 2번의 데이터를 처리합니다. 하지만 클럭당 전송량이 아닌 클럭 주파수를 높여 동작 속도를 높입니다. DDR은 최대 데이터 전송 속도가 400Mbps, DDR2는 800Mbps, DDR3는 1,600Mbps 등으로 최대 두 배씩 증가하며, 동작 전압은 각각 2.5V, 1.8V, 1.5V로 낮아집니다.

또 이동성이 강조되는 스마트폰과 태블릿 같은 모바일 기기에 들어가는 저소비전력의 D램인 LPDDR(Low Power Double Data Rate)이 적용됩니다. 모바일 D램도 MDDR, LPDDR2, LPDDR3, LPDDR4, LPDDR5 등으로 구분하며, DDR과 마찬가지로 세대가 높아질수록 데이터 처리 속도와 소비전력을 향상했습니다.

삼성전자는 차별화된 기술 경쟁력으로 세계 최초, 최대 용량, 최고 속도 등 D램의 새로운 역사를 써 나가며 초격차 전략을 가속화하고 있습니다.

모바일기기에서 풀HD급 영화 9편을 1초에 전송하는 ‘초고속 시대’가 열리다

지난해 7월, 삼성전자는 5G 통신 시대에 맞춰 역대 최고 속도를 구현한 ’12Gb(기가비트) LPDDR5(Low Power Double Data Rate 5) 모바일 D램’을 세계 최초로 양산하며 또 한 번 세계를 놀라게 했는데요.

지난 2월에는 이 모바일 D램을 바탕으로 역대 최고 속도와 최대 용량을 구현한 16GB(기가바이트) LPDDR5 모바일 D램을 업계 유일하게 양산한다 밝혔습니다. 이 16GB LPDDR5 모바일 D램 패키지는 2세대 10나노급(1y) 12Gb 칩 8개와 8Gb 칩 4개가 탑재된 제품으로, 풀HD급 영화(5GB) 약 9편 용량인 44GB의 데이터를 1초 만에 처리할 수 있는 제품입니다.

한계 없는 모바일 D램의 진화. 삼성전자 모바일 D램의 10년 발전사를 좀 더 자세하게 알아볼까요?

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