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중소기업이 D램 신기술을 개발했다고?…무엇을, 어떻게?

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Friday, October 04, 2024, 14:10:01

현재 양산중인 6F2보다 셀 면적 최대 50% 감소 결과 측정
태성환경연구소 “데이터 용량은 커지는데 전력 사용량은 줄어”

울산 = 인더뉴스 제해영 기자ㅣ㈜태성환경연구소(회장 윤기열/대표이사 김석만) 나노FAB기술개발센터는 셀(데이터저장 장소) 어레이 변형을 통해 3.5F2 DRAM 기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔습니다.(본지 2024년 10월 04일자 <“기존 D램보다 성능 2배↑”…국내 중소기업, 반도체 ‘新기술’ 만들었다> 기사 참조)

 

AI의 활용이 확대되면서 데이터센터를 비롯해 AI 서버 등에 차세대 메모리 수요가 늘어나고 있습니다. 이러한 차세대 메모리는 고용량, 고속연산, 고성능, 저전력의 특성이 필요합니다.

 

특히, 데이터센터의 전력 소비량 중 메모리 14%와 메모리가 제대로 동작하기 위해 소모되는 팬(PAN) 전력 5%를 포함하면 20%에 육박하는 전력을 메모리가 소모하고 있습니다.

 

이에 따라 MS, 구글, 메타 등은 AI 인프라 투자가 진행될수록 탄소중립 목표 달성에서 멀어지고 있는데요. 최근 엔비디아는 이에 대응하기 위해 AI 가속기에 소비전력이 낮은 HBM(고대역폭 메모리; 적층구조)을 탑재하는 방향으로 대응하고 있습니다.

 

HBM(High Bandwidth Memory; 고대역 메모리)은 구조상 전력소모와 발열을 제어하는 데 어려움이 큽니다. 이에 따라 메모리 제조사들은 4F2 (F2는 메모리 셀 크기 단위; 앞 숫자가 작을수록 고집적), 3D DRAM(셀을 수직으로 쌓는 구조) 등 새로운 구조의 저전력 DRAM 개발에 박차를 가하고 있습니다.

 

AI 패권이 달린 차세대 DRAM의 개발 경쟁이 치열한 상황에서 전 세계 DRAM 엔지니어들에게 떨어진 과제는 공정의 미세화, HBM 패키징(하이브리드 본딩) 등 여러 분야가 있겠지만 가장 기본은 칩 크기를 줄이면서 용량은 늘리는 것입니다.

 

이번에 태성환경연구소가 개발한 신기술이 반도체의 용량을 획기적으로 늘릴 수 있다는 주장입니다.

 

이와 관련 정혁제 개발실장은 “3.5F2 DRAM은 현재 주요 DRAM 제조사가 양산 중인 6F2, 개발중인 4F2 보다 집적도가 높은 구조”라며 “6F2 대비 4F2의 차이점은 셀을 수직으로 세운 구조인데, 3.5F2 역시 수직배열이다”라고 설명했습니다.

 

이어 “현재 개발 경쟁이 치열한 3D DRAM이 4F2의 조합으로 이루어진 구조”라며 “4F2가 3.5F2로 전환되면, 3.5F2가 3D DRAM에도 적용되는 셈인데, 이 경우 집적도와 용량은 기존 대비 더 크게 증가하게 된다”고 덧붙였습니다.

 

 

여기에 전력소모 측면에서도 탁월한 성능을 발휘한다는 것도 신기술의 장점으로 꼽힙니다. 임채록 개발총괄이사는 “셀 하나에 걸치는 비트라인(데이터를 저장할 셀을 선택하는 신호라인)의 길이가 4F2의 0.866배가 되고, 이 길이가 13.4%(2-1.732)F/2F) 수축되고, 서브블록에 걸치는 비트라인의 길이도 13.4% 수축된다”고 설명했습니다.

 

그는 “셀이 수축할 때도 워드라인(비트라인과 교차하는 라인; 이 지점에 데이터 저장) 간의 간격과 필라(pillar; 기둥형 커패시터) 형상 간의 간격은 최소 패터닝(형상) 크기, 즉 1F를 유지해야 하는데, 워드라인을 이층 구조로 하고 필라 형상들은 육각형(벌집) 모양으로 배치해 이를 구현했다”고 설명했습니다.

 

결과적으로, 이 구조는 기존 6F2 기준으로 셀 면적의 40~50% 정도를, 4F2 대비 10~15% 정도를 줄일 수 있게 되는데요. 이에 따라 셀에 데이터를 쓰고 읽을 때, 서브블록에 걸치는 비트라인 상에 걸리는 전압이 감소해 전력도 감소한다는 겁니다.

 

임채록 이사는 이러한 구조가 가능해진 과정에 대해서도 자세하게 설명했습니다.

 

그는 “이 구조를 설계하고 HFSS, LT Spice, TCAD 툴을 활용해 공정 시물레이션, 소자 시물레이션, DRAM 셀 검증 등을 진행해 특성을 분석했고, HFSS 툴을 이용해 기하학적 모델링, Boundary, Excitation 조건 설정, 주파수 분석을 진행했다”고 했습니다.

 

이어 “비트라인, 워드라인의 커패시턴스 및 Cb/Cs ratio의 계산을 진행해 검증했다”면서 “DRAM 셀 구조에서의 셀 트랜지스터 특성을 분석해 전기적 특성을 예측했고, 셀 트랜지스터의 Retention time과 Write time 성능을 검증했다”고 말했습니다.

 

 

무엇보다도 신기술이 상용화 가능성이 높다는 게 개발사가 강조하는 입장입니다.

 

윤기열 태성환경연구소 회장은 “이번에 개발된 셀 구조는 범용 DRAM의 용량 증가는 물론 HBM이나 3D DRAM의 용량 증가에도 활용될 수 있기 때문에 실용적으로 중요한 기술개발”이라고 말했습니다.

 

이어 그는 “기술개발은 (주)태성환경연구소 나노FAB기술개발센터의 연구원들과 협력 전문가 그룹의 UNIST 정홍식 교수, 울산대학교 김용수 교수, 오산대학교 김대영 교수, 부산대학교 이재현 교수 등의 자문을 받아 진행했고, 국내외에 특허출원 (국내 20건, 해외 10건) 중이고, 곧 등록될 예정”이라고 덧붙였습니다.

 

☞ 용어 설명

 

*3.5F2 DRAM 설계 및 검증에 활용한 툴

- HFSS: 고주파 전자기 해석 SW

- Virtuoso: 전자설계 자동화 SW

- TCAD: 반도체 공정 및 디바이스 최적화 SW

- LT-Spice: 아날로그 회로 설계 SW

- OrCAD: 전자회로 설계 및 시뮬레이션

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제해영 기자 helloje@hanmail.net

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2024.10.02 17:04:52

인더뉴스 김용운 기자ㅣ"MBK와 영풍이 적대적 공개매수를 통하여 고려아연의 경영권을 빼앗는 경우 고려아연의 미래는 없다." 최윤범 고려아연 회장이 2일 오후 서울 용산구 그랜드하얏트 호텔에서 긴급 기자회견을 열고 사모펀드 MBK파트너스와 영풍의 경영권 인수 시도에 대응해 2조원대 회사 자금을 투입해 대규모 자사주 매입 결정을 한 배경과 앞으로 계획을 직접 밝혔습니다. 최 회장은 이날 기자회견에서 "이유를 불문하고 고려아연이 지금과 같은 혼란과 분쟁의 한가운데 처하게 돼 주주와 임직원, 협력업체, 지역사회 및 국민 여러분께 걱정을 끼쳐드리게 된 점 깊은 사과의 말씀드린다"며 "회사와 주주, 임직원, 협력업체를 지키고 지역사회, 그리고 국민 여러분의 우려를 불식하기 위해 진심을 담은 간절한 결정"이라고 말했습니다. 최 회장은 고려아연과 함께 사모펀드인 베인캐피털도 4300억원을 들여 공개 매수에 참여, 고려아연 지분 2.5%에 해당하는 51만여주의 공개 매수에 나선다고 밝혔습니다. 이에 따라 고려아연과 베인캐피털의 합산 공개 매수 규모는 전체 발행 주식의 18%인 약 372만주이며 전체 금액은 3조1000억원 규모입니다. 최 회장은 "베인캐피털은 고려아연의 경영이나 이사회에 관여하지 않는 순수한 재무적 투자자"라며 "베인캐피털은 고려아연 현 경영진이 추진하는 트로이카 드라이브 등 미래 사업 방향을 적극적 지지하고 있다"고 강조했습니다. 최 회장은 "금번 고려아연이 취득하는 자사주는 향후 적법 절차를 거쳐 전량 소각함으로써 주주 가치를 확고히 높이겠다"며 "이는 금번 사태로 초래된 자본시장 혼란 및 회사 비전과 미래에 대한 불확실성 신속히 수습하고자 한 결정"이라고 말했습니다. 최 회장은 "MBK가 경영권을 장악하는 경우, 결국 MBK는 고려아연을 중국기업이든 누구든 높은 가격을 제시하는 매수인에게 매각할 것"이라며 "이러한 결과를 방지함으로써 비철제련 세계1위의 토종기업으로서 2차전지 공급망에서 니켈 등 핵심 원소재를 생산하는 국가기간산업을 지키고자 한다"고 덧붙였습니다. 이에 따라 고려아연은 오는 4일부터 23일까지 주당 83만원에 320만9009주의 자기주식을 공개 매수할 예정입니다. 자사주 매입에 소요되는 비용은 총 2조6635억원 입니다. 한편 이날 오전, 최 회장의 기자회견에 앞서 서울중앙지법 민사50부(김상훈 부장판사)는 영풍 측이 고려아연 최윤범 회장 측을 상대로 제기한 자기주식 취득금지 가처분 신청을 기각했습니다. 법원의 가처분 신청 기각으로 고려아연은 경영권 방어 수단으로 거론된 대항 공개매수와 자사주 매입을 병행할 수 있게 되었습니다. MBK파트너스는 법원 결정이 알려진 직후 입장문을 내고 "이 사건 분쟁의 당사자는 MBK·영풍과 현 경영진인 최윤범 회장일 뿐이고, 고려아연은 분쟁의 당사자도 아니므로 분쟁의 일방 당사자인 최윤범 회장을 위해 회사 자금을 사용해 자기주식을 취득해서는 안 된다"고 주장했습니다. 영풍은 이날 고려아연의 자사주 취득 절차를 중지하라는 내용의 가처분 소송을 서울중앙지법에 추가로 제기했습니다. 이에 고려아연은 즉각 반박 자료를 내고 "MBK의 주장은 자사주 취득이 아닌 당사의 중간배당에 적용되는 규정이고 비상장법인에 적용되는 사항임에도 허위 사실을 유포하고 있다"며 "법적 책임을 묻겠다"고 밝혀 양 측의 법률 공방은 계속될 전망입니다.


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