올해는 ‘세계 최초로 24Gbps급 전송 지원 인터페이스(Interface) IP를 적용한 UFS 4.0 제품’으로 제품상을, ‘AI 활용 반도체 수율/불량 분석 방법론 개발’로 기술혁신상을 수상한 것. 이번 수상의 주역들과 함께, 두 기술에 대해 자세히 살펴보자.

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‘세계 최초’ 24Gbps급 전송 지원 인터페이스 IP 적용 기술

대규모 데이터를 활용하는 AI 등의 응용처가 확장되면서 데이터 전송 속도와 저장 용량이 계속 증가하고 있다. 이에 따라 고속 데이터 전송 기술 및 이를 활용한 제품 개발에 귀추가 주목되고 있다. 그리고 그 중심에 인터페이스 IP 기술이 있다.

인터페이스 IP는 효율적인 고속 네트워크 통신을 통해 원활한 데이터 이동을 돕는 기술로, *UFS와 같은 고속 데이터 처리 기술을 지원하고 이는 제품의 토대가 된다. 따라서 많은 기업이 이를 선제적으로 개발하기 위해 노력하고 있다. 이러한 환경 속에서 탄생한 기술이 바로, 이번 IR52 장영실상에서 제품상을 거머쥔 ‘24Gbps급 전송 지원 인터페이스 IP 적용 기술’이다.

* UFS(Universal Flash Storage) : 휴대전화나 태블릿 등의 디지털 기기에 사용되는 플래시 메모리의 한 종류로, 빠른 데이터 전송 속도와 저전력을 지원해 빠르고 효율적인 데이터 저장 및 읽기를 가능케 한다.

삼성전자는 해당 기술을 UFS 4.0 규격을 지원하는 컨트롤러 칩에 세계 최초로 적용했다. UFS 4.0은 기존 UFS 3.1 대비 데이터 전송속도를 2배 향상하고 전력 효율은 45% 개선한 제품으로, 이를 통해 UFS 시장에서 높은 점유율을 확보했다.

이러한 독보적 기술을 탄생시킨 주역, 파운드리사업부 IP개발팀 정영진 PL, 임병현 TL, 김성윤 TL, 메모리사업부 Controller개발팀 정용우 TL에게 해당 기술의 특성과 향후 발전 방향에 대해 물었다.

Q. 이번에 선보인 인터페이스 IP 기술은 현재 모바일 시장에 어떤 변화를 일으켰나요?

세계 최초 UFS 4.0용 인터페이스 IP는 이전 세대 대비 전송 속도와 전력 효율을 개선한 기술입니다. 이에 더해 고속 데이터 전송 시 오류가 발생하지 않는 error-free 전송을 보장함으로써 사용자의 모바일 경험을 향상시킬 수 있습니다. 해당 기술은 프리미엄 모바일 제품에 적용되고 있으며, 이전 규격(UFS 3.1)을 지원하는 환경에서도 UFS 4.0 시장이 빠르게 확장되고 있습니다. 더불어 오토모티브 제품에서 필요로 하는 대역폭과 응답 시간에 개선 효과가 있어 해당 시장에서 적용 또한 늘어날 것으로 예상됩니다.

Q. ‘세계 최초’라는 타이틀을 얻기까지, 여러 기술적 어려움을 극복하는 과정이 있었다고 들었습니다.

맞습니다. ‘세계 최초’로 인터페이스 IP 기술을 개발하고 ‘적용 제품까지 확보’하는 매우 도전적인 과제였습니다. 신규 사양의 인터페이스 IP를 선보이기 위해서는 먼저 국제 반도체 표준화 기구(JEDEC), 모바일 산업 프로세서 인터페이스(MIPI) 등과 같은 국제 표준 규격 단체와 차세대 기술 규격에 대한 제정 논의가 필요했습니다. 우리 연구진은 이와 동시에 신규 기술에 대한 사양 예측, 모니터링을 통한 선행 기술 개발, 그리고 제품에 탑재될 IP 개발을 병행했습니다.

그러나 신규 기술에 대한 예측은 언제나 변경 될 수 있기에, 이점을 늘 고려하며 IP 설계를 진행해야 한다는 어려움이 있었습니다. 따라서 IP를 검증할 수 있는 다양한 로직 설계 검증 기법을 활용했습니다. 또한, 각 인터페이스 개발자 간의 정확한 역할 분담과 빠른 의사 결정을 통해 개발 시간을 단축했습니다. 결과적으로 UFS 사양 확정 전에 IP 개발을 완료함으로써 해당 기술을 세계 최초로 선보일 수 있었습니다. 이러한 과정은 가시적인 성과 도출뿐 아니라, 기술적으로 한 단계 성장할 수 있는 계기가 되었습니다.

Q. 향후 고속 인터페이스 IP 기술에 기반한 UFS 제품 개발 계획도 궁금합니다.

ChatGPT와 같은 생성형 AI는 사용자의 요구에 따라 텍스트, 이미지, 동영상, 음악 등의 콘텐츠를 생성하는 데에 많은 데이터를 필요로 합니다. 이에 따라 UFS와 같은 데이터 저장 장치의 대역폭 확장에 대한 요구가 계속되고 있습니다. 이를 충족시키기 위해 국제 표준 단체와 업계는 차세대 규격 제정을 위한 논의를 진행 중입니다.

삼성전자 파운드리사업부 IP개발팀은 차세대 제품에 탑재될 신규 인터페이스 IP 역시 최초로 선보이기 위해 노력하고 있습니다.  이를 통해 스마트폰, 자동차, 서버 등 우리 일상에서 사용되는 다양한 기기에서 더욱 편리하고 풍부한 사용자 경험을 제공하고자 합니다.

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AI 활용 반도체 수율/불량 분석 방법론 개발을 통한 기술 혁신

반도체 경쟁력을 확보하기 위해선 설계, 공정, 제조 기술 외에도 불량 분석이 중요하다. 삼성전자 파운드리사업부 ‘PE(Product Engineering)’팀은 최근 AI 기술을 활용한 반도체 불량 분석 방법론을 개발하고, 이를 반도체 공정에 적용했다.

웨이퍼 불량 Map Pattern을 자동으로 분석하는 방법론과 공정 불량 인자 검출 자동화 기법을 접목한 것. 또한, 공정 미세화로 신규 난제가 증가함에 따라, 불량 분석 역량을 향상시키기 위한 전문가를 적극 양성하고, 성취감을 고취할 수 있는 조직 문화를 조성해 제품 경쟁력 강화에도 기여했다. 이를 통해 PE팀은 IR52 장영실상 기술혁신상을 수상했다.

기술 혁신은 산업 발전의 단단한 초석이 되는 일이기에, PE팀에서는 이번 프로젝트에 대한 책임감과 기대가 남달랐을 것. 해당 기술 혁신의 주역, 파운드리사업부 PE팀 오길근 PL과 김정환 TL, 윤방한 TL, 파운드리사업부 PA3팀 윤민홍 님에게 지난 과정에 대해 물었다.

Q. 이번 기술 혁신 과정에서 성공을 위해 특별히 중요하게 여긴 점이 있다면 무엇인가요?

반도체 경쟁력을 확보하기 위해서는 문제를 발견하고 개선하는 과정이 필수불가결하며 이를 위해서는 많은 인적, 물적 자원과 시간이 필요합니다. 또한, 기술적인 문제로 인해 예상치 못한 난관이 언제나 발생할 수 있습니다. 그렇기 때문에 실무진이 해당 과제의 필요성과 방향성을 충분히 이해하고, 이를 바탕으로 같은 목표를 향해 나아갈 수 있게끔 하는 조직 문화가 필수적입니다.

이번 기술 혁신은 팀원들이 해당 프로젝트에 대한 높은 이해와 지식을 바탕으로 기술적인 문제 해결에 적극적으로 참여했고, 아이디어로만 머물러 있던 부분을 차근차근 현실화할 수 있었던 점이 있었기에 가능했습니다. 특히, 다수의 팀원들이 AI/Machine Learning 등의 교육을 이수할 수 있도록 지원해 전문가를 지속 양성했고, 리더는 관련 기술을 보유한 사내·외 전문가와의 교류를 통해 프로젝트에 대한 몰입도를 높일 수 있었습니다.

Q. 앞서 언급한 예상치 못한 난관은 무엇이었나요?

웨이퍼 테스트 이후 바로 불량의 원인과 비율을 식별할 수 있다면 많은 자원을 절약할 수 있겠다는 기대감으로 ‘AI 활용 Wafer Map 분석’ 프로젝트를 시작했습니다. 그러나 초반에는 우려가 많았습니다. 새로운 기술이 실제로 업무에 적용되고 효과를 내는 것도 쉽지 않은 일이니까요.

수년간 관련 논문을 조사하며 우리의 조건과 상황에서 어떤 차별화를 가져올 수 있을지 고민했습니다. 이를 바탕으로 관련 부서를 설득하는 과정을 거쳤습니다. 그리고 우리가 생각한 기술을 바로 실현해 볼 수 있는 조직과 끈끈한 협업을 진행했으며, 이러한 과정을 통해 해당 프로젝트의 의미와 성과를 입증할 수 있었습니다.

Q. PE팀에서는 이번 수상이 지니는 의미에 대해 어떻게 생각하나요?

이번 수상은 가시적인 성과 외에도 지니는 의미가 많습니다. PE팀은 직접 공정이나 제품을 개발하는 팀이 아니기에 외부에 잘 드러나지 않는 부서입니다. 이번 수상을 계기로 평가·분석 역시 반도체 산업의 한 축을 담당하는 주요 분야임을 알리고, 팀원 모두 자부심을 바탕으로 세계 최고의 분석 경쟁력을 갖춘 엔지니어로 성장하며 앞으로 더 많은 것을 해낼 수 있길 기대합니다.

Q. 이번 수상을 발판으로 앞으로 나아갈 방향도 궁금합니다.

우리는 이제 시작이라고 생각합니다. 단기적으로는 이번 수상 기술을 실제 업무에 완전히 녹여 실질적인 경쟁력 확보에 주력할 계획입니다. 중장기적 목표로는 설비, 공정 데이터와 연계해 문제점을 자동으로 발굴, 개선하는 방안을 검토하고 있습니다. 향후 삼성전자 반도체가 파운드리 산업에서 독보적인 기술 경쟁력을 갖추는 데에 있어 확실한 길잡이가 되고자 합니다.

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이렇듯 삼성전자 반도체는 고유의 혁신 DNA를 기반으로, 차세대 기술 개발에 앞장서고 있다. 오늘도 반도체 소재, 제품 개발부터 양산에 이르는 모든 단계에서 선도적인 기술 발전을 위해 힘쓰는 연구원들에 대한 많은 격려와, 앞으로 삼성전자가 그려 나갈 반도체 산업의 미래를 기대해 주길 바란다.

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지난 12월 6일, 우리나라 최고 권위의 산업기술인상인 ‘IR52 장영실상’ 30주년을 기념하는 행사가 열렸습니다.

‘IR52 장영실상’은 매일경제와 과학기술정보통신부·한국산업기술진흥협회가 1990년에 공동으로 제정해 우수한 신기술을 개발한 기업과 이에 앞장선 연구원에게 수여하는 상으로, 1991년 1월에 시상을 시작한 이래로 지금까지 1,600여 개의 제품, 약 6,100명의 연구원에게 상을 수여하며 우리나라의 산업 발전에 공헌해 왔습니다.

30주년을 맞은 올해 시상식에서는 과학기술진흥 유공 ‘IR52 장영실상 30주년 기념’ 정부 포상과 지난해 장영실상 최우수상, 올해 18~52주차 장영실상 수상 제품에 대한 시상식이 함께 진행되었는데요. 삼성전자 반도체는 System LSI사업부 박재홍 부사장을 비롯해 메모리사업부 D램개발실의 광대역폭 메모리 플래시볼트(HBM2E Flashbolt) 기술이 수상의 영광을 안았습니다.

삼성전자 System LSI사업부 박재홍 부사장 과학기술훈장 수상

박재홍 삼성전자 System LSI사업부 Custom SOC사업팀장 부사장은 세계 최고 수준의 AP 개발은 물론, 제품 개발용 환경 및 협력 생태계 구축을 통해 대한민국 시스템 반도체 산업의 경쟁력을 높였다는 공로를 인정받아 IR52 장영실상 30주년 기념 과학기술훈장(혁신장)을 수상했습니다. 박재홍 부사장은 앞으로도 대한민국 시스템 반도체 산업을 발전시키기 위해 노력하겠다는 소회를 밝혔습니다.

삼성전자 메모리사업부 D램개발실 광대역폭 메모리 플래시볼트(HBM2E Flashbolt) 최우수상 영예

한편, 차세대 D램 기술인 ‘광대역폭 메모리 플래시볼트(HBM2E Flashbolt)’는 IR52 장영실상에서 ‘최우수상’ 수상의 영예를 안았습니다.

HBM2E Flashbolt는 슈퍼컴퓨터 연산을 위한 고성능·대용량 D램으로, 기존 제품보다 더 많은 용량과 더 높은 속도를 원하는 고객사들의 요청을 충족시키기 위해 개발되었는데요. 인공지능(AI) 가속기가 필요로 하는 성능을 만족시킬 수 있는 유일한 메모리 제품이라는 점이 특징입니다.

HBM2E Flashbolt는 고성능 그래픽 D램(GDDR6)과 비교해도 더 뛰어난 성능을 보여줍니다. 면적은 GDDR6의 절반이지만, 용량은 4배 가량 크며 초당 2.8배 더 많은 데이터를 처리할 수 있습니다. 또한, 세계 최초로 개발한 12단 적층 기술을 적용해 소비 전력도 기존 대비 3분의 1가량 감소시켰는데요, 복수의 칩을 적층하기 위해 머리카락의 20분의 1 이하 수준의 굵기인 실리콘 관통 전극(TSV: Through Silicon Via) 6만 개를 연결하는 3D-TSV 첨단 패키징 기술을 적용했습니다.

HBM2E Flashbolt은 AI, 5G, 슈퍼컴퓨터 등에서 그 활용도가 무궁무진할 것으로 기대되며, 용량과 성능에 대한 시장의 기대도 점점 높아지고 있는데요. 삼성전자 메모리사업부 D램개발실은 앞으로 16단 적층 제품을 개발해 용량을 늘리고, 성능 측면에서도 6.4Gbps 이상의 제품을 개발하겠다는 포부를 밝혔습니다.

행사에 참석한 임혜숙 과학기술정보통신부 장관은 “30년 간 세계 최고·최초를 지향하는 혁신성으로 장영실상을 수상한 제품 하나하나가 우리 경제성장과 수출 강국의 크나큰 원동력이 되어왔다”며, “대한민국의 국제적 위상을 실감하고 있다”고 밝혔는데요. 대한민국은 물론, 세계적으로 반도체 산업의 미래를 밝혀 나갈 삼성전자 반도체의 혁신! 현재에 안주하지 않고 혁신에 도전하는 삼성전자 반도체의 행보를 기대해 주세요.

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‘IR52 장영실상’은 신제품 개발에 공헌한 연구개발자들의 노고를 가리기 위해 만들어졌습니다. 2018년 29주차 ‘IR52 장영실상’에는 삼성전자 DS부문 메모리사업부를 대표해 이종열 상무와 강동구 님, 박재천 님, 장세정 님이 수상의 영예를 안았습니다.

※ IR52 장영실상
한국 산업기술의 발전을 이끈 기업의 과학기술을 선정하여 시상하는 제도로 ‘IR(Industrial Research)’은 기업의 연구성과를 발굴하는 것을, ‘52’는 1년 52주 동안 매주 1개 제품을 선정함을 의미한다.

세계 최고의 기술이 집약된 ‘800GB NVMe Z-SSD’

‘800GB NVMe Z-SSD’는 세계 최고의 성능을 자랑합니다. ▲3비트 V낸드보다 읽기 속도가 10배 이상 빠른 Z-NAND ▲고속 응답(Ultra Low Latency) ‘컨트롤러’ 기술 ▲초고속 초절전 LPDDR4 모바일 D램을 탑재해 기존의 고성능 ‘NVMe SSD’보다 쓰기 응답속도는 5배 이상 빠른 16㎲, 임의 읽기 성능은 750K IOPS를 구현했습니다. 그뿐만 아니라, 최대 42,000TB까지 쓰기 사용 용량을 보증하며, 평균 무고장 시간을 기존의 2배인 200만 시간으로 대폭 늘려 업계 최고의 내구성과 신뢰성을 제공합니다.

이처럼 ‘800GB NVMe Z-SSD’는 초고속, 최단 응답시간, 고내구성, 고신뢰성의 솔루션을 만족시키며, 인공지능(AI), 빅데이터, 사물인터넷(IoT) 등 차세대 IT 시장에서 독보적인 제품으로 각광받고 있습니다.

미래 지향적인 기술을 고안해내다

4차 산업혁명 시대는 방대한 데이터를 사물인터넷 기술로 빠르게 입력하고, 강력한 연산처리 능력을 가진 CPU/GPU를 사용해 인공지능 소프트웨어로 분석합니다. 우리 삶에 필요한 정보를 다양한 형태로 생성하기 위해 데이터 처리속도와 응답속도를 획기적으로 높이는 스토리지 역할이 매우 중요합니다.

메모리사업부 이종열 상무는 “처음 제품 개발을 시작할 때만 해도 이 제품이 필요한 슈퍼컴퓨터, 빅데이터, 사물인터넷 시장이 얼마나 빨리 확장될지 정확하게 예측하기 어려웠지만, 미래 기술을 위해 반드시 필요한 제품이라는 생각으로 전력을 다한 결과 좋은 성과를 얻었다”며, “이번 수상은 수많은 메모리사업부 구성원들의 노력에 대한 격려로 생각한다”는 수상 소감을 전했습니다.

기술의 한계를 뛰어넘어야 하는 어려움

삼성전자는 SSD 시장에서 ‘누구도 따라올 수 없는 최고의 제품을 만들겠다’는 명확한 목표를 가지고 신제품 개발에 뛰어들었습니다. 물론 그 과정은 녹록지 않았는데요.

메모리사업부 강동구 님은 “개발 콘셉트를 잡고 하나씩 도전해나가는 모든 과정이 고비였다”며 “어떻게 하면 기존 제품을 획기적으로 넘어선 속도를 구현할 수 있을지, 기술의 한계를 돌파하는 부분이 가장 중요했다”고 답했습니다.

이어 메모리사업부 장세정 님은 “‘800GB NVMe Z-SSD’는 Z-NAND의 저지연(Low Latency) 특성을 잘 드러낸 제품으로, 다양한 작업 부하 환경에서도 반응성이 뛰어난 디바이스를 만들기 위해 소프트웨어 최적화에 주력했다”고 설명했습니다.

세계 최고의 메모리를 위한 삼성전자의 끊임없는 도전

여러 어려움 끝에 세계 최고의 기술력을 선보인 삼성전자 Z-SSD 개발 주역들의 포부가 궁금해지는데요. 메모리사업부 박재천 님은 “고성능, 저전력, 고신뢰성을 목표로 최고의 SSD를 만들겠다”는 포부를 밝혔으며, 강동구 님은 “새로운 시장을 개척한 ‘800GB NVMe Z-SSD’를 시작으로, 더욱 우수한 성능과 가격 경쟁력을 갖춘 Z-SSD 개발에 힘쓰겠다”는 목표를 전했습니다.

지금까지 세계 최고의 성능을 바탕으로 SSD시장의 새로운 지평을 연 삼성전자의 Z-SSD와 이를 구현해 낸 기술 개발의 주역들을 만나보았는데요. 끊임없는 도전과 피땀 어린 노력으로 세상을 놀라게 할 삼성전자를 응원해주세요!

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