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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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[C-레벨 터치] 최태원 SK 회장, 세계경제포럼 슈왑재단 총회서 ‘사회적 가치 거래 아이디어’ 제안

[C-레벨 터치] 최태원 SK 회장, 세계경제포럼 슈왑재단 총회서 ‘사회적 가치 거래 아이디어’ 제안

2025.06.19 15:57:24

인더뉴스 이종현 기자ㅣ최태원 SK 회장이 19일 서울 여의도 콘래드호텔에서 열린 세계경제포럼 슈왑재단 총회에서 '사회적 가치 거래 방안'을 제안했습니다. 최태원 회장은 이날 총회 개회식에서 발표를 통해 SK의 사회성과인센티브 경험, 사회문제 해결을 위한 기업과 사회적 기업 간의 협력, 사회문제 해결 성과에 보상하는 새로운 시장 시스템을 제안했습니다. 개회식에서는 세계경제포럼 슈왑재단과 사회적가치연구원의 공동 보고서 '가치의 재정의: 성과기반금융에서 사회적 가치 거래로'가 발표됐습니다. 이는 세계 최초로 주류 경제를 대상으로 하여 사회적 가치 거래의 필요성과 가능성을 제안하는 보고서입니다. 최태원 회장은 "선한 의지만 있다고 사회문제가 해결되는 것은 아니다"라며 "성과를 화폐적으로 정확하게 측정하고 세제혜택 등 금전적 인센티브가 주어진다면 기업이 더 많은 사회적 가치를 창출할 것이다"라고 강조했습니다. 이어 "시장 메커니즘을 활용하여 사회적 가치를 거래 가능한 가치로 파악할 수 있다면 시장 시스템은 더 활발하게 움직일 것이다"라며 "이윤 창출과 사회혁신을 동시에 이룰 수 있을 것이다"라고 말했습니다. 또한, 금일 발간된 보고서가 이러한 아이디어를 담고 있다고도 덧붙였습니다. 최태원 회장은 보고서의 공동서문을 통해 이러한 방식이 다양한 사회문제에 직면하고 있는 글로벌 경제의 근본을 재구상하는 시도가 될 것이라고 했습니다. 최태원 회장은 지난 2013년 세계경제포럼에서 '사회문제 해결 성과에 기반한 금융지원' 방법을 의미하는 SPC(Social Progress Credits) 개념을 제안한 바 있습니다. 이후 SK는 2015년부터 지금까지 약 10년간 한국의 사회적 기업을 대상으로 사회문제 해결 성과를 측정하고 현금 인센티브를 주는 '사회성과인센티브' 프로젝트를 진행했습니다. 10년간 이 프로젝트에 참여한 사회적 기업은 약 500여개, 기업들이 창출한 사회문제 해결 성과는 약 5000억원, 기업들에게 SK가 보상으로 지급한 인센티브는 약 700억원입니다. 그리고 2025년 1월 세계경제포럼에서 '사회성과인센티브(SPC)'성과를 발표하면서 세계 최초로 '사회문제 해결을 위한 성과기반금융'을 주제로 하는 보고서를 발표했습니다. 이를 더 발전시켜 이번 세계경제포럼 슈왑재단 총회에서 발표한 것입니다. 이날 슈왑재단 총회 개회식에서 발표된 보고서의 '사회적 가치 거래(Tradeable Impact)'는 긍정적인 사회성과를 거래가능한 자산으로 전환하고 이를 통해 시급한 사회문제를 해결하는 시장 메커니즘을 의미합니다. 이는 기업이 사회문제를 해결하면 해당 성과를 화폐적으로 측정하고 일정 부분에 대해 어떤 형태로든 크레딧(Credits)을 제공하고 교환하는 시장 시스템입니다. 예를 들면, 정부는 사회문제를 해결한 기업에 대해 직접 보상하거나 세액공제 및 세액공제권 거래제도를 지원할 수 있고 기업은 기존 비즈니스 모델에 사회문제 해결 요소를 넣고 성과에 따라 경제적 보상을 받아서 기업의 경제적 가치를 높일 수 있습니다. 시장 참여자들은 그런 기업의 성과를 시장 가치로 인정하고 사고팔 수도 있고 금융상품으로 만들 수도 있습니다. 이를 통해 사회적 가치로 돈을 벌 수 있는 새로운 시장이 생기는 것이며 정부는 사회문제 해결을 위한 직접 세출을 줄일 수 있고 기업의 혁신적인 아이디어를 활용할 수 있습니다. 기업은 사회문제 해결에 자원을 투입하면서도 기업가치로 인정받을 수 있고 시장에서 그 성과를 거래할 수 있기 때문에 비즈니스 성과로 연결할 수 있으며 투자자들은 새로운 투자수익을 찾아낼 수 있습니다. 본 제안은 약 20여년간 기업-사회혁신-정부 부문 간 협력을 주제로 하는 슈왑재단 총회에서 발표되었다는 점에서 중요한 의의를 지닌다고 SK그룹은 강조했습니다. 슈왑재단은 세계경제포럼(WEF)이 1998년에 설립한 글로벌 최고 수준의 사회혁신 네트워크로 지난해 기준 전 세계 10만명 이상의 사회적 기업가를 지원하는 120개 이상의 기관 회원과 약 500여명의 세계적으로 영향력 있는 기업가와 사회혁신가들로 구성되어 있습니다. 슈왑제단은 사회혁신이 주류 경제에 통합되도록 지원하며 민간 영리 기업과 사회적 기업 간의 파트너십을 촉진하고 부문 간 협력을 통해 영향력을 확장합니다. 지난 1월 슈왑재단을 통해 '사회혁신에 대한 기업의 지지 서약'이 발표되었는데 첫 번째 서명그룹으로 SK를 비롯해 마이크로소프트, SAP, EY, 딜로이트, 이케아 등 글로벌 기업들이 참여했습니다.


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