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삼성전자가 칼 갈고 준비한 메모리 新무기 3선 [강해령의 하이엔드 테크] <1편>

산업기업 2024.03.09 10:00:00

정보기술(IT) 시장에 관심 많으신 독자 여러분, 안녕하세요. 인공지능(AI) 시대가 열리면서 반도체의 모양·성능도 정말 다양하게 변하고 있죠. D램 구조도 각양각색으로 바뀌고 있습니다. 대표적인 제품이 HBM이죠. 그런데 오늘은 그간 많이 다뤄졌던 HBM 외에도 독특하게 고안된 반도체 장치들을 들여다 보려고 합니다. 삼성전자가 세계적인 반도체 설계 학회 'ISSCC 2024'에서 보여줬던 D램 계층별 새로운 제품에 대해 구체적으로 살펴보고 삼성의 접근 방식을 탐구하려고 합니다. 이번 시리즈에서 콕 집어본 장치는 △LLW △GDDR △HBM-PIM 입니다. 먼저 LLW 콘셉트부터 보시겠습니다. ■LLW: AR 시대에 대응하는 새로운 무기 LLW D램. Low Latency Wide I/O 의 줄임말입니다. 어려워보이지만 뜯어보면 쉽습니다. 이 D램을 딱 한마디로 요약하면요. 온디바이스 AI 기기를 위한 용량 작은 고대역폭메모리(HBM)입니다. 독자님들, HBM의 역할은 너무나 잘 알고 계시죠. 서버 등 고성능 컴퓨팅 기기(HPC)용 연산 장치 옆에 딱 붙어서 연산 속도를 극대화하는 D램인데요. 범용인 DDR D램 모듈보다 탑재 위치가 가깝고 데이터 전송 속도(대역폭·Bandwidth) 면에서 큰 장점이 있어 하이퍼스케일 데이터 연산 장치로 각광받고 있습니다. 그런데 AI는 서버를 벗어나 점점 우리 손바닥 위에서도 구현이 되고 있죠. 우리가 손에 들고 다니는 노트북 PC·스마트폰·최근 뜨고 있는 증강현실(AR)·가상현실(VR) 헤드셋이나 스마트 안경 등도 폭증하는 데이터를 연산해 AI를 보여줘야 합니다. 전자 기기에 주로 탑재되는 LPDDR D램 모듈로는 우리가 원하는 만큼의 AI 연산 속도를 구현할 수 없다는 문제에 봉착하게 됩니다. 그래서 나온 개념이 LLW D램입니다. 기존 LPDDR D램보다 정보 출입구(I/O) 수를 대폭 늘려 데이터 이동 통로를 늘린 것이 특징이고요. 이 D램의 위치는 AI 반도체나 그래픽을 처리하는 칩 바로 옆에 붙어서 지근 거리에서 연산을 돕습니다. 그런데 이 콘셉트 어디서 많이 들어본 것처럼 상당히 익숙하시죠? 맞습니다. 이미 비슷한 형태의 D램이 상용화된 사례가 있습니다. 애플의 AR 헤드셋 '비전 프로'에 탑재된 SK하이닉스의 커스텀 D램입니다. 비전 프로 안에서 각종 외부 정보를 받아들여서 연산하는 'R1' 칩 바로 옆에 탑재가 된 D램인데요. 기존 LPDDR D램보다 입출구(I/O)수를 무려 8배 많은 512개를 뚫은 게 특징입니다. 삼성전자 자료를 보면 LLW D램을 SK하이닉스의 커스텀 D램과 상당히 비슷하게 접근한 모습입니다. HBM에서 했던 것처럼 실리콘관통전극(TSV)을 활용해 입출구(I/O)를 만들었을 것으로 추정되고요. SK하이닉스의 커스텀 D램과 같은 I/O 수를 구현해서 LPDDR5 D램보다 2.5배 높은 초당 128기가바이트(GB) 대역폭을 구현했습니다. 덕분에 데이터 지연성(latency)은 LPDDR D램의 절반 수준이어서 병목 현상을 빠르게 해결한 모습이고요. 전력 효율도 좋습니다. LPDDR 칩이 비트당 3피코줄(pJ) 안팎의 전력을 소모하는 것에 비해 LLW D램은 동일 조건에서 70%나 줄어든 비트 당 1pJ을 구현한다고 합니다. 앞으로 삼성전자가 어떤 고객사에 LLW D램을 공급하게 될 지를 지켜보는 것도 D램 시장에서의 관전 포인트가 될 것 같습니다. ■GDDR7 : I'm Still Alive 다음은 GDDR입니다. 말그대로 그래픽용 DDR 규격의 D램입니다. 한동안 HBM의 강세에 GDDR은 기가 죽은 것처럼 보였죠. 그래픽처리장치(GPU)가 중용되는 AI 시장에서 대역폭과 용량이 '생명'이 되면서, GPU 옆엔 GDDR보다 HBM이 붙어있는 게 더 효율적이라는 프레임과 평가가 나온 뒤부터였는데요. 그래도 GDDR. 아직 살아있고 쓰임새도 많습니다. 하이퍼스케일 이외의 좀 더 로우엔드(low-end)의 AI 시장에서는 HBM 대신 저렴한 GDDR을 쓸 여력이 남아있고요. 점차 게임기·VR 디바이스 역시 진화에 진화를 거듭할 것이기에 GDDR 성능과 시장 수준도 고도화가 예상됩니다. 세계 GDDR 시장 매출은 2018년 32억 달러 규모에서 2030년 48억 달러까지 증가할 것으로 예상되죠. 최근 세계 반도체표준협회인 국제반도체표준협의기구(JEDEC)에서도 차세대 GDDR7 D램에 대한 표준을 공식화하며 화제가 됐습니다. I/O 당 최대 속도를 초당 48Gb로 규정하고 PAM3 신호 방식을 처음으로 채택했다고 한 게 가장 눈에 띄죠. 삼성전자는 GDDR7 D램에 대한 자신감이 있습니다. 지난해 7월 입출구 당 32Gb, 그러니까 1초에 320억 개의 0또는 1을 전송할 수 있는 초고속 D램을 세계 최초로 개발했죠. 조금 전 설명드린 LLW D램의 한 개 입출구 당 데이터 전송 속도가 2Gb·삼성전자 12단 HBM3E 속도가 초당 10Gb인 걸 고려하면 엄청난 속도입니다. 삼성전자는 ISSCC 발표에서도 GDDR7의 장점을 설명했는데요. 지난해 개발 완료 발표 당시의 초당 32Gb 속도보다 한층 업그레이드 된 초당 40Gb 속도를 제시하기도 했고요. 특히 PAM3 신호 방식으로 전세대인 GDDR6·GDDR6X 제품에서 썼던 PAM4나 PAM2(NRZ·Non Return to Zero) 신호 방식에 비해 더욱 개선된 스피드를 구현할 수 있다고 소개했습니다. 여기서 우리에게 조금은 생소한 개념인 PAM을 조금 더 살펴보면요. PAM은 펄스 진폭 변조(Pulse Amplitude Modulation)의 줄임말입니다. 반도체가 데이터 신호를 받아들이거나 외부로 전달할 때는 마치 맥박이 뛰는 것처럼 주기(사이클)가 있는데요. 한 맥박이 뛸 때, 그러니까 한 사이클마다 몇 번의 변조를 주면서 데이터를 전송할 수 있는가를 정한 일종의 규칙이 PAM입니다. 즉 PAM3는 한 주기(사이클)마다 3개·PAM4는 4개의 단계(level)로 나눠서 데이터를 전송할 수 있는 방법입니다. 그렇다면 PAM4는 한 사이클마다 더 많은 데이터를 전송할 수 있을테니 좋은 것 아니냐고 물을 수 있을텐데요. 일종의 '과유불급'이랄까요. PAM4는 다양한 변조가 가능한 대신 외부 간섭 현상에 취약하다는 단점 때문에 오히려 데이터 전송 오류가 더 많이 발생할 수 있다고 합니다. 그래서 GDDR7은 NRZ와 PAM4를 절충한 PAM3를 채택한 것으로도 보이는데요. 실제 삼성의 자료에서도 보면 PAM3의 코딩 효율(Coding Efficiency)은 PAM4 신호 방식을 썼을 때보다 11.5%나 올라갔다고 설명했습니다. 삼성 자료에서도 "PAM3를 쓰면 PAM4에 비해 비트오류율(BER)이 개선돼 1.5배 더 나은 성능을 기대할 수 있다"며 "PAM4보다 PAM3 신호 방식이 속도 확장을 더 보장할 것"이라고도 덧붙였죠. 지금까지 삼성의 LLW와 GDDR7 D램 성능에 대해 알아봤는데요. 2편에서는 삼성이 PIM(Processing-In-Memory) 기술을 차세대 메모리에 어떻게 적용하는지를 알아보겠습니다. 좋은 주말 보내세요.

사용할 땐 '원터치' 전자제품, 분해는 '한땀 한땀'…서울도시금속회수센터 가보니[지구용]

사회사회일반 2024.03.09 09:00:00

냉장고에서 물을 꺼내 마시고 전자렌지로 밥을 데워 먹고 스마트폰과 노트북으로 업무를 하고 여가 시간엔 태블릿으로 유튜브를 보고, 더우면 손풍기를 꺼내고 추우면 전자 난로를 꺼내고. 우리는 하루에도 셀 수 없이 많은 전자 제품에 둘러싸여 살아갑니다. 그런데 이런 작은 전자제품 버릴 때마다 어떻게 버려야 할지, 버려진 뒤엔 어떻게 처리하는지 궁금하지 않으셨나요? 중소형 전자제품의 처리는 지역자치단체별로 다르지만 서울시의 경우 별도의 회수 및 처리 시설이 있습니다. 바로 서울 25개 자치구의 중소형 전자 폐기물이 모이는 곳, 서울 성동구 송정동에 위치한 서울도시금속회수센터(이하 SR센터)입니다. 손풍기, 안마기 버리면 어디로 가나 했더니…"여기 다 모였네" 노트북이나 스마트폰 등 조그만한 가전제품 안에는 알루미늄과 구리, 코발트 심지어는 금과 은 등의 귀금속도 들어있습니다. 2020 일본 도쿄 올림픽에서는 폐가전에서 귀금속을 추출해 재활용 메달을 만들기도 했죠. 그저 버려질 운명이었던 귀중한 자원을 활용할 수만 있다면 그야말로 노다지가 따로없을텐데요. 그래서 폐가전제품 재활용을 ‘도시광산업’이라고 부르기도 합니다. 문제는 자원이 각 제품마다 너무 조금씩 들어있는데다 분리해 내기가 어렵다는 점. 이런 어려움을 해결하기 위해 2009년 서울시가 설립한 곳이 바로 SR센터입니다. 자원을 순환시켜 환경도 보호하고 이렇게 번 수익으로 취약 계층을 고용하고 있죠. 2009년 6월부터 서울시 내 소형 폐가전 배출 수수료가 전면 폐지된 것도 바로 SR센터 설립의 영향입니다. 서울시에 따르면 지난 한 해 SR센터에서 처리한 자원은 소형가전 3931톤, 휴대폰은 7000대에 달합니다. 자원순환실천플랫폼에 따르면 폐가전 100㎏을 재활용할 경우 이산화탄소 배출량 34㎏을 줄일 수 있고, 이는 소나무 다섯 그루를 심는 것과 효과가 비슷하다고 하니 얼마나 많은 양인지 짐작이 가시죠? SR센터 현장으로 가기 전에, SR센터가 만들어진 배경을 짚고 넘어가면 좋을 것 같습니다. 국내에서 전자폐기물 관리가 강화된 건 유럽연합(EU)에서 2005년부터 시행한 WEEE(전기 및 전자제품 폐기물지침·Waste Electrical and Electronic Equipment) 영향이 큰데요. WEEE는 EU가 전자 제품에서 발생하는 폐기물을 수거·관리하기 위해 시행한 제도입니다. 유럽에 유통되는 전자제품이라면 WEEE 인증을 반드시 받아야 합니다. 기준 불만족시 EU 국가별로 규정한 페널티를 부담해야 하죠. 이 인증을 받기 위해선 품목별 재활용율 및 재생율 목표 설정, 재활용 정보 보고 의무화, 회원국별 전자폐기물 회수율 목표 설정 등을 공개해야 합니다. 버려진 다음은 아무도 생각하지 않는다 자 그럼 본격적으로 우리가 버린 중소형 폐가전이 SR센터에서 어떻게 처리되는지 살펴보도록 하겠습니다. 우선 중소형 폐가전이란 어떤 것들을 포함할까요? 냉매가 들어있어 별도의 처리가 필요한 냉장고와 에어컨, 세탁기 등을 제외하고 웬만한 가전기기나 전자제품은 모두 중소형 폐가전이라 생각하면 쉽습니다. 전기로 돌아가는 일상 용품 대부분이 여기에 들어가겠죠. 물론 SR센터라고 모든 중소형가전을 처리하는 건 아닌데요. 대표적으로 옥장판과 같은 전기매트류는 수거나 처리를 하지 않고 있습니다. 이런 제품은 내부의 전선과 매트가 딱 붙어있어 분해가 어렵기 때문입니다. 부피와 들어가는 수고 대비 재활용할만한 가치가 적어서 현재는 재활용하지 않고 있는 실정입니다. 전기매트 뿐 아니라 이렇듯 분해가 어려워 재활용이 안되는 제품들이 적지 않다고 합니다. 디자인을 위해 나사 등을 보이지 않게 감춰 처리하거나 타사와 다른 별도의 독특한 나사를 사용하는 경우도 늘어나 해체하는 어려움도 커졌다고. 제조사에서 잘 만드는 법 뿐 아니라 잘 버려질 수 있는 방법을 고민해야 하는 이유입니다. SR센터에서 중소형 폐가전을 처리하는 절차는 이렇습니다. 각 지자체에서 모아온 중소형 폐가전이 센터에 도착하면 우선 야외에서 분류 작업을 진행합니다. 유용한 자원이 많이 들어있어서 완전 분해가 필요한 제품끼리, 또는 바로 파쇄해야할 제품 등으로 분류합니다. 여기서 완전 분해가 필요한 제품은 위 사진 속 모습과 같이 전동 드릴 등 장비를 활용해 작업자들이 그야말로 한 땀 한 땀 분해합니다. 전선이나 회로 기판, 구리, 고철 등 자원별로 분류해 전문 재활용·재생 업체에 판매하면 SR센터의 업무는 끝이 납니다. ◇중소형폐가전 어떻게 버리면 될까? 1. 각 주민센터에 설치된 소형 폐가전 수거함에 배출. : 수거함이 없는 주민센터도 있으니 전화 확인 필요. 2. 각 구청 청소행정과에 전화해 수거 신청. 3. 각 구청 홈페이지 대형폐가전 수거신청 페이지 참조. : 대형폐가전 수거 신청 페이지에 소형폐가전 배출 방법도 안내돼 있는 경우 많음. 4. 아파트의 경우 분리배출장에 모아두면 단지 차원에서 처리하는 경우도. : 이 역시 단지마다 방침이 다르므로 확인 필요. 5. 버리는 중소형 폐가전이 5개 이상일 경우 폐가전 방문수거 배출예약 시스템에서 온라인 또는 유선 신청. 편리한 무선 제품이 늘어나면서 생긴 일 시대가 변화하면서 사람들이 많이 사용하는 가전제품도 달라집니다. SR센터에 따르면 최근 눈에 띄는 변화는 바로 무선 전자 제품의 증가라고. 무선 전자 제품의 경우 제품 내에 배터리가 들어있어 해체나 압축 등 처리하는 과정에서 종종 폭발을 일으키기도 합니다. 요즘 들어 재활용 센터에서 화재가 전보다 자주 발생하는 이유가 이 때문이라고. 작업자 분들의 작업 안전도가 걱정되는 부분입니다. 또 한 가지 변화는 바로 초소형 가전이 폭발적으로 늘고 있다는 점입니다. 생각해보면 책상에 놓는 작은 가습기나 여름철 필수품인 손풍기, 어버이날 선물로 인기라는 전자 안마기도 모두 전자 제품입니다. 그리고 문이 자동으로 열리는 쓰레기통이나 높이가 조절되는 책상처럼 과거에는 아날로그였던 물건들이 점차 자동화 되면서 새롭게 생겨나는 전자 폐기물들이 늘고 있다고. 이런 작은 폐기물들의 문제는 처리가 번거롭다는 것도 있지만 크기가 작다보니 일반 쓰레기로 버려지는 경우도 적지 않다는 점입니다. 적절한 처리 없이 버려지는 전자 폐기물은 당연히 토양 오염 등 환경 파괴로 연결되고요. SR센터에 산더미처럼 쌓여있는 폐가전 제품과 일일이 손으로 하나하나 폐기물을 분해하는 모습을 보면서 많은 생각이 들었습니다. '부채라는 좋은 대체재가 멀쩡히 있는데 난 왜 손풍기를 샀을까?' '전기로 문을 여닫는 쓰레기통이 정말로 우리 삶에 필수 불가결한 것인가?'하는 생각 등등. 전자제품이 없다면 지금 이 글도 이렇게 편하게 쓰지 못하겠지만, 없어도 지장 없는 부분이 있는지 돌아보는 계기였습니다. 지금 당장 줄일 수 있는 전자 제품, 혹은 훌륭한 대체재가 있는 전자 제품, 용사님도 한 번쯤 떠올려보시면 어떨까요? 지구용레터 구독하기 이 기사는 환경을 생각하는 뉴스레터 ‘지구용’에 게재돼 있습니다. 쉽지만 확실한 변화를 만드는 지구 사랑법을 전해드려요. 제로웨이스트·동물권·플라스틱프리·비건·기후변화 등 다양한 소식을 메일로 전해드릴게요. 구독 링크와 아카이브는→https://url.kr/use4us