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.

The post 연구진이 소개하는 IR52 장영실상 속 삼성전자 반도체의 기술 경쟁력 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

미래를 이끌 글로벌 기술 트렌드를 엿볼 수 있는 ‘CES 2023’이 1월 5일(현지시각 기준) 미국 라스베이거스에서 개최되었습니다. CES(The International Consumer Electronics Show)는 미국소비자기술협회가 1967년부터 매년 진행하고 있는 세계 최대의 가전·IT 박람회로, 수많은 기업들이 참가해 최신 제품과 혁신 기술을 선보이는 자리입니다.

이번 CES 2023에서 삼성전자 반도체는 앙코르 앳 윈 호텔(Encore At Wynn Hotel, 이하 앙코르) 내 ‘Samsung Semiconductor Showcase’라는 별도의 전시 공간을 마련해 초청한 고객들을 대상으로 혁신적인 기술력을 집약한 반도체 제품들을 선보였습니다. 기술이 발달하고, 일상이 편리해질수록 그 기술력을 뒷받침해주는 반도체의 역할은 점점 더 중요해지고 있습니다. 특히 메모리 반도체는 스마트폰, TV, 컴퓨터, 스마트워치 등 우리의 일상 곳곳에 녹아 들어 있는데요. 우리의 일상을 한층 편리하게 해주는 첨단 메모리 제품들을 Samsung Semiconductor Showcase 현장에서 만나보았습니다.

미래를 선도할 메모리 제품들이 한자리에

삼성전자 반도체는 그동안 독보적인 기술력으로 세계 메모리 반도체 시장을 이끌어왔는데요. 앙코르 호텔 내부에 꾸려진 전시 공간에는 업계를 리딩할 차세대 PC, 서버, 모바일용 메모리 제품들로 가득했습니다. 전시 공간은 오전 8시부터 입장이 시작되었는데요. 비교적 이른 시간임에도 많은 고객들의 발걸음이 쉴 새 없이 이어졌습니다. 이번 전시에서 삼성전자 반도체는 고성능은 물론 높은 에너지 효율에 중점을 둔 탁월한 메모리 제품 라인업을 선보였는데요. 과연 어떤 제품들이 비즈니스 파트너들의 눈길을 사로잡았을까요?

성능의 한계는 어디까지? DDR5 모듈 & 모바일용 UFS 4.0 메모리

고속, 대용량의 데이터 처리가 필요한 고성능 컴퓨팅, AI 등에 사용되는 최신 D램인 DDR5. 이번 Samsung Semiconductor Showcase에서는 14나노 공정 기반의 24Gb DDR5 칩으로 만든 모듈인 PC용 ‘UDIMM’과 서버용 ‘RDIMM’을 만나볼 수 있습니다. PC용 DDR5 UDIMM은 현존하는 PC용 DDR5 모듈 중 최고 용량인 48GB를 자랑하는 제품으로 높은 성능을 갖추고 있어, 빠른 데이터 처리, 3D 모델링이나 고해상도의 게이밍을 즐기기 원하는 PC 사용자들에게 적합한 D램 모듈입니다. 또한 워크스테이션이나 entry level의 서버에도 사용할 수 있습니다.

업계 최초의 512GB 용량 서버용 모듈인 DDR5 RDIMM은 이전 모듈 대비 성능과 용량은 2배로 늘어나고 전력 효율은 30% 향상된 제품인데요. 성능은 물론, 전력 효율의 향상을 통해 서버와 데이터센터의 에너지 소비를 줄임으로써, 환경을 위한 지속 가능한 발전에도 기여할 것으로 많은 기대감을 모으고 있습니다.

모바일용 차세대 규격인 UFS 4.0에 맞춰 플래시 메모리를 더욱 콤팩트한 패키지로 구현한 고성능 임베디드 칩인 삼성전자 ‘UFS 4.0’. 연속 읽기 4200MB/s, 연속 쓰기 2800MB/s를 제공하며, 데이터 전송 대역폭(bandwidth)이 기존 UFS 3.1 규격의 2배인 23.3Gbps에 달해, 더욱 빠르게 데이터를 저장하고 읽을 수 있는 것이 특징인 제품입니다. 최신 스마트폰을 비롯한 모바일 기기에 탑재될 예정이며, 앞으로는 차량용 반도체와 메타버스 기기 등에도 광범위하게 확산될 것으로 기대됩니다.

빠른 데이터 처리 성능을 자랑하는 최신 SSD 제품들

메모리 반도체 전시에 SSD가 빠질 수 없죠? 지난 해 ‘삼성 테크 데이 2022’에서 공개됐던 삼성전자 반도체의 최신 고성능 SSD 제품들을 이번 현장에서도 엿볼 수 있었습니다.

메타버스나 인공지능 등 데이터 처리량이 많은 분야에 사용되는 서버용 ‘PM1743’ 제품이 그중 하나였는데요. 기존 PCIe 4.0 대비 대역폭이 2배로 커진 최신 PCIe 5.0 규격을 기반으로 최대 15.36TB의 큰 저장 용량과 14000MB/s의 빠른 연속 읽기 속도를 자랑합니다. 이전 세대에 비해 약 40% 향상된 전력 효율을 바탕으로 서버와 데이터센터에서 운영 효율을 크게 높일 수 있어 탄소 배출과 에너지 사용을 줄이는데 큰 기여를 하는 제품이기도 합니다.

폭증하는 데이터 처리를 위한 최첨단 메모리 솔루션

초거대 AI 모델을 지원하기 위한 최첨단 솔루션, PIM(Processing-in-Memory)과 PNM(Processing-near-Memory) 기술도 이번 CES에서 만날 수 있었습니다. PIM(Processing-in-Memory)은 프로세서가 수행하는 데이터 연산 기능을 메모리 내부에 구현한 기술로, PIM 기술을 활용한 ‘HBM-PIM’ 솔루션을 활용한다면, 기존의 PIM 기술을 적용하지 않은 GPU 가속기와 비교해, 평균적으로 약 2배 증가한 성능과 약 50%의 에너지 소모를 아낄 수 있을 걸로 기대됩니다.

PNM(Processing-near-Memory) 역시 PIM처럼 메모리를 데이터 연산 기능에 활용해 CPU와 메모리 간 데이터 이동을 줄여주는 기술인데요. 삼성전자 반도체가 최근 개발한 ‘CXL-PNM’ 기술은 메모리의 효율적인 사용과 용량 확장을 용이하게 해주는 CXL 인터페이스를 활용합니다. 높은 메모리 대역폭을 요구하는 추천 시스템이나 인-메모리 데이터베이스 등의 응용에서 약 2배 이상의 성능 향상을 기대할 수 있습니다.

한편, CXL 인터페이스를 활용한 ‘512GB Memory Expander’ 제품도 많은 관심을 모았는데요. 이 솔루션을 활용하면, 서버 시스템에서 별도의 CPU를 추가하지 않고도 메모리 용량을 테라바이트(TB) 레벨까지 손쉽게 늘릴 수 있고 대역폭도 획기적으로 증가시킬 수 있어, 데이터 처리량이 날로 폭증하고 있는 가운데 고객들에게 이상적인 해결방안을 제시하는 제품입니다.

제품을 담당하고 있는 메모리사업부 신사업기획팀 김준 님은 “Memory Expander는 최근의 트렌드인 AI나 빅데이터와 같은 응용처에서 폭증하는 데이터 처리 수요를 충족할 수 있는 제품이다”는 설명과 함께 “전세계 최초로 512GB의 용량을 제공하고 있으면서도 하드웨어와 소프트웨어 솔루션까지 제공하는 통합 솔루션 프로바이더로서 차세대 메모리 생태계를 구축하고 있다”며 제품에 대한 자부심을 드러냈습니다.

미래 기술과 지속 가능한 환경을 위한 노력

한편, 이번 CES에는 처음으로 Sustainability zone도 마련되어 방문한 고객들에게 삼성전자 반도체의 친환경 비전도 선보였습니다. 이 공간에서는 “기술을 지속가능하게 하는 기술”이라는 친환경 비전에 따라 삼성전자 반도체의 4대 환경 목표를 소개하고, 이를 실현하기 위한 주요 기술인 업계 유일의 온실가스 통합 처리 시설 ‘RCS (Regenerative Catalytic System)’도 소개하였습니다. RCS는 처리 효율이 95%로 내구성이 뛰어난 촉매를 활용하여 온실가스 처리율을 더욱 높인 삼성전자 반도체만의 독자적인 기술로서, 이러한 혁신적인 기술을 바탕으로 삼성전자 반도체가 꿈꾸는 지속가능한 미래를 CES를 방문한 고객들과 공유했습니다.

또한 원료 추출부터 제품 개발, 생산 및 폐기에 이르는 전 과정에서 자연에 미치는 영향을 최소화하고자 진행하고 있는 ’LCA (Life Cycle Assessment’ 프로세스를 소개했으며, 이러한 노력을 인정받아 업계 최초로 받은 탄소 발자국 인증과 “탄소 저감 인증 등의 성과도 함께 전시했습니다.

미래 메모리 반도체 기술의 혁신 방향을 제시하고, 반도체 업계의 지속가능한 발전 청사진까지도 제시한 ‘Samsung Semiconductor Showcase’ 현장! 내일은 시스템 반도체 전시 제품 소식을 들고 다시 찾아올 테니 지켜봐 주세요!

영상으로 만나보는 ‘Samsung Semiconductor Showcase 속 주요 전시 제품’

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