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반도체, 인공지능(AI) 발 맞춰 진화한다'세미콘코리아 2018' 개막… 업계 전문가 한목소리

[키뉴스 김주연 기자]올해 세미콘코리아 2018 기조연설을 관통하는 주제는 4차 산업혁명의 핵심, 인공지능(AI)이었다.

AI는 인간의 뇌가 하는 일을 모사하기 위해 탄생한 기술이다. 사람의 뇌처럼 데이터를 모으고, 저장하고, 생각·계산한다. 이 모든 역할을 반도체가 맡는다. 특히 모바일 기기의 보급화로 막대한 이미지 데이터가 쌓여 AI의 기반이 구성됐다.

지난해 전세계 데이터 사용량은 29제타바이트(ZB) 규모로 추산된다. 2020년에는 60ZB, 2025년에는 160ZB로 늘어날 것으로 전망된다.

반도체도 이에 발맞춰 발전해야한다. 현재까지 반도체 기술은 소자 업체 주도로 회로 선폭과 공간(Line&Space)을 줄여 단위 면적당 트랜지스터 수를 늘리고 생산성을 높이는 방향으로 변화·발전해왔다.

하지만 최근 들어 기술 개발의 효과가 이전 만큼 나오지 않고 있다. 소자 업체의 힘만으로는 기술 혁신에 한계가 있다는 것이다. 이에 소자 업계는 장비·소자 업체와 협력해 반도체 기술을 발전시키고 있다.

▲왼쪽부터 순서대로 D램, 낸드, 로직 반도체의 기술 및 비용을 설명하는 그래프. 위쪽에 있는 그래프는 회로 선폭과 공간(Line&Space)으로, 시간이 지날수록 줄어드는 모습을 볼 수 있다. 아래 그래프는 비트·트랜지스터 당 비용으로, D램·낸드의 감소폭은 점차 줄어들고 있고, 로직 반도체는 오히려 상승하고 있다./KIPOST

강호규 삼성전자 반도체연구소장(부사장)은 31일 ‘세미콘코리아2018’ 기조연설에서 강 연구소장은 “로직 반도체의 경우 심지어 신기술을 적용할수록 비용이 올라가고 있다”며 “이전까지는 반도체 소자 업계의 설계·공정 기술이 업계 발전을 주도했지만, 앞으로는 소재·장비에서의 혁신이 요구된다”고 말했다.

실제 삼성전자는 협력사와 공동개발(JD) 프로젝트를 진행하고 워킹그룹을 활성화해 반도체 성능을 끌어올렸다. 반도체 구조가 무너지지 않도록 기체, 액체, 고체의 어떤 상태도 아닌 초임계 산화탄소(ScCO2)를 이용한 세정 건조 장비를 개발한 게 대표적인 예다.

▲삼성전자가 협력사와 진행한 공동개발(JD) 프로젝트와 협력사와 꾸린 워킹그룹 숫자는 지난 2013년보다 5배 이상 증가했다./KIPOST

강 부사장은 “스핀주입자화반전메모리(STT-M램) 제작에 활용되는 아이온빔(Ion Beam) 식각 장비, 3D 반도체의 각 층 구조를 볼 수 있는 전자빔(e-Beam) 계측 장비 등도 활용 중”이라며 “영하 30℃에서 작동, 쓰루풋(throughput)을 높인 극저온 식각장비도 공동 개발, 몇 년 내 양산 라인에 도입할 예정”이라고 말했다.

강 부사장에 이어 연단에 오른 에반겔로스 엘레프테리우(Evangelos Eleftheriou) IBM 클라우드 및 컴퓨팅 인프라 부서장은 상변화메모리(P램)로 비(非) 폰노이만 구조의 뉴로모픽 칩을 개발할 수 있다고 설명했다.

현재 활용되는 폰 노이만 구조는 사용자의 명령에 따라 CPU가 내장 메모리에서 순차적으로 데이터를 불러내 처리한다. 하지만 CPU와 저장장치 간 주고받는 정보가 급증하면 작업 처리 속도가 느려지는 ‘폰노이만 병목현상’이 나타난다.

비 폰 노이만 구조는 인간의 두뇌처럼 하나의 코어에서 여러 일을 한 번에 처리하게 할 수 있어 빅데이터 처리의 핵심으로 꼽힌다.

▲상변화메모리(P램)는 가해진 전압에 따라 소재가 결정질 상태와 비정질 상태를 반복하면서 데이터를 저장·추출한다. 전원이 끊겨도 정보가 지워지지 않고 극저전압에서도 상 변화를 유도할 수 있어 데이터 처리 속도가 빠르다./IBM

에반겔로스 엘레프테리우 IBM 부서장은 “P램은 극저전압에서도 물질 내 변화가 이뤄져 정보를 저장하고 추출할 수 있다”며 “뉴런처럼 각 소자가 별도 작동하는 ‘무질서(stochasticity)’ 성질을 가지고 있어 여러 기능을 구현할 수 있고, 이를 활용해 인간의 뇌처럼 작동하는 뉴로모픽 칩도 만들 수 있다”고 말했다.

유럽 반도체 연구소 아이멕(imec)에서는 탄소나노튜브(CNT)를 활용한 박막형 나노시트(Nanosheet) 구조의 로직 반도체와 AI를 위한 차세대 메모리, 입출력(I/O) 속도를 높일 수 있는 3D 적층 패키징 기술 등을 발표했다.

안 슈티겐 imec 반도체 기술 및 시스템 부문 수석 부사장은 “새로운 소재나 구조로 무어의 법칙을 지속하거나 넘어서려는 시도는 지속될 것”이라고 말했다.

김주연 기자  kjy@kinews.net

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#반도체#세미콘코리아
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