삼성전자 차세대 M램 발표

앞으로는 CPU가 필요 없는 일체형 반도체가 나올 것 같다. 삼성전자가 개발한 M램이 그 주인공인데 인텔도 울고 갈 신기술인 M램은 과연 어떤 것인지 M램에 대하여 알아보자.

 

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M램은 무엇인가?

1월12일 삼성전자 자사 연구진이 M램을 기반으로 한 인-메모리 컴퓨팅을 세계 최초로 구현해냈다. 그 결과를 국제학술지 네이처에 게재했다고 발표했는데, 정승철 삼성전자 종합기술원 전문연구원이 제1 저자로 그리고 함돈희 종합기술원 펠로와 김상준 종합기술원 마스터가 공동 교신저자라고 한다. 삼성전자 반도체 연구소와 파운드리 사업부 연구원들도 이번 프로젝트에 참여했다고 하는데, 컴퓨터를 한 번이라도 조립해본 사람들은 알겠지만 가장 먼저 선택해야 할 사항이 바로 중앙처리장치 즉 CPU이다. 여기서 선택 장애가 시작되는데, 인텔이냐 AMD냐 흠.. 기거 짜장면이냐 짬뽕이냐처럼 아주 어려운 결정이다. 다음으로 선택할 건 바로 메모리 반도체의 꽃인 D램인데, CPU가 연산을 담당한다면 한국 반도체 산업의 중심인 메모리 반도체는 데이터를 저장하는 역할을 한다. 이걸 일명 폰 노이만 구조라고 부르는데, 삼선자는 CPU와 메모리의 분업이란 컴퓨팅의 오랜 공식을 깨기 위해 도전장을 내밀었다. 메모리 반도체가 들어가는 모듈이 CPU의 역할이던 연산까지 담당하는 인-메모리 컴퓨팅 기술을 통해서인데, 이번엔 D램과 낸드플래시의 장점을 결합한 M램 모듈을 테스트한 것이다.
그 결과 기존 컴퓨터의 98% 수준에 해당하는 성능이 나왔다고 한다. 전문가들 사이에서 CPU 없는 컴퓨터의 시대가 곧 도래할 거란 평가가 나오면서 앞으로 M램이 대세가 된다면 많은 변화가 생길 것으로 예상하고 있다.

CPU가 없다고??

일단 CPU가 없다고 상상해보면 지존에 떨어져 있던 여러 칩들이 통합될 거고 통합된 만큼 연산도 빨라지고 여기에 메인보드 크기도 상당히 줄어들 것이다. 거기다 전력까지 낮아진다고 하니 앞으로 한층 더 작고 가벼운 컴퓨터나 노트북 심지어 스마트폰마저 크기나 두께를 줄일 수 있고 배터리 사용량도 적어지면서 에너지 효율이 높아질 것이다. 이건 많은 사람들이 경험했겠지만 컴퓨터 잘 모르면 D램이나 SSD, 뭐 CPU 잘못 껴있거나 어떤 충격에 의해 어긋나 있어서 컴퓨터 고장 난 줄 알고 AS 맡기면, 여기서 이상한 사람 만나면 멀쩡한 거 고쳐야 한다고 덤터기 씌우고 멀쩡한 부품 바꿔치기하고 그랬는데 M램이 나오면 이런 문제가 많이 줄어들 것이다. 더군다나 M램은 그 구조가 인간의 뇌와 비슷하기 때문에 인공지능 칩으로 개발할 수 있다고 한다. 이렇게 인공지능 칩으로 M램이 부각되고 있는 가장 큰 이유는 AI 기술의 발달로 컴퓨터가 처리해야 할 데이터가 기하급수적으로 늘고 있다는 게 문제의 핵심으로 CPU와 메모리의 성능은 계속 올라가고 있지만 두 부품이 데이터를 주고받는 데 걸리는 시간은 줄어들지 않고 있기 때문이다. 그래서 인-메모리 컴퓨팅 기술이 중요해지고 있고 그 중심에 M램이 있는 것이다. 더 자세히 들어가 살펴보자면 인-메모리 컴퓨팅은 각 기능을 담당하는 칩들을 메모리와 모듈로 묶고 모듈 안에서 연산까지 처리하면 데이터 병목현상, 즉 데이터 통로가 정체되는 현상을 막을 수 있는 기술로써, 지금까지 차세대 반도체로 M램을 비롯해 다양한 소재의 칩으로 인-메모리 컴퓨팅을 개발하고 있었다. 대표적으로 R램과 P램을 활용한 연구 성과가 많았던 반면 그동안 M램에 관한 성과는 적었는데, 그 이유는 M램은 데이터 안정성이 높고 속도가 빠른 장점에도 불구하고 낮은 저항값을 갖는 특성으로 인해 인-메모리 컴퓨팅에 적용해도 전력 이점이 크지 않다고 평가됐기 때문이다. 전력을 많이 잡아먹는다는 것은 발열이 심하고 효율이 떨어진다는 뜻이다.
삼성전자 연구진은 이러한 M램의 한계를 기존 전휴 합산 방식이 아니 새로운 개념의 저항 합산 방식의 인-메모리 컴퓨팅 구조를 제안함으로, 저전력 설계에 성공했다고 밝히면서 M램이 차세대 인공지능 칩의 주인공이 될 수 있는 환경을 만든 것이다.

 

출처 삼성전자

 

상용화가 될 수 있을까?

이렇게 개발해서 상용화되고 가격만 기존 CPU정도 수준만 책정해도 불티나게 팔릴 것이다. 컴퓨터나 스마트폰에서 가장 비싼 부품이 바로 중앙 처리장치기 때문이다. 하지만 M램이 상용화되는 과정은 쉽지 않을 것이다. 이유는 반도체의 창시자 미국에서 메모리 반도체 영역은 내어줘도 비메모리 반도체 영역은 절대 내어주지 않는다는 점이다. 메모리반도체시장보다 비메모리반도체시장이 훨씬 더 크기도 하고 국가 안보와 직결되기때문이다. 그렇기에 CPU의 강자 인텔과 AMD, AP의 강자 퀄컴이 삼성전자에게 비메모리반도체 주도권을 쉽게 양보할 수 없을테니 이재용 삼성부회장이 말한 시스템반도체 평정은 쉽지 않은 길이고, 중국도 비메모리반도체 특히 화웨이가 인공지능 칩을 자체적으로 만들려다 미국한테 아작이 난 상황이기도 하다. 만약 차세대 M램이 미국의 이익을 훼손하지 않는 범위에서 사용화된다면 인텔이나 AMD, 퀄컴도 빠르게 이쪽으로 전환하게 될 것이다. 그럼 그만큼 시장도 상당히 빠르게 커질 것이다. 그리고 반도체 업계를 보면 표준으로 정해져야 팔릴 수가 있는데, 이 표준을 정하는 것이 거의 미국 반도체 기업들이다. 대표적으로 JEDEC이 국제반도체표준협의기구인데 여기서 표준을 결정을 하게된다. 이건 미국 전자산업협회와 국제 전자제조업체협회가 공동으로 반도체 표준발전을 위해1958년에 설립된 기관인데 JEDEC는 거의 미국꺼라고 보면 된다. 물론 예외가 있기도 한데, 램버스 D램으로 1999년 인텔이 램버스 D램을 밀어준다고 하자 그 당시 좋다고 참여했던 일본 반도체기업 히타치, NEC, 도시바와 미국 반도체기업 마이크론과 독일 반도체기업 인피니온 그리고 한국에서는 유일하게 LG반도체가 램버스 D램 진영을 선택했고 한국 반도체기업 삼성전자와 하이닉스(옛 현대전자)는 DDR D램 진영을 선택하면서 희대의 게임이 시작되었다.
당시 램버스 D램은 가격도 비싸거니와 특허가 복잡하게 얽혀있었기 때문에 한국 반도체 기업들은 램버스 D램 진영이 어려울 거라 판단했다고 한다. 그런데 여기서 램버스 D램에 치명적 결함이 생기면서 램버스 D램 진영이 물을 먹게 된다. 그 덕에 램버스 D램 진영의 반도체 기업들이 몰락하면서 한국의 삼성전자와 하이닉스가 메모리 반도체에서 우위에 설 수 있었던 계기가 된 것이다. 어쨌든 이건 예외적인 이야기고 대부분은 이렇게 인텔, IBM 등 미국의 메이저 반도체 기업들에 의해 규격이 정해지다 보니 한국은 그것에 따라갈 수밖에 없는 상황인데, 결국 CPU 만드는 회사가 갑인 거고 그들에 의해 표준으로 인정받지 못하면 아무리 좋은 물건을 만들어도 힘들다는 말이다.

 

 

만약 삼성의 M램이 표준규격이 된다면??

만약 미국 반도체 기업들이 삼성전자의 M램을 표준규격으로 선택해준다면 어떻게 될까? 우선 미국은 자신들에 유리한 상황을 만들 것이다. M램의 특허도 미국이 가장 많이 가지고 있기 때문에 특허적인 문제에서도 어느 정도 제재가 가능할 것이고 설계기술에서도 미국이 앞서기 때문에 삼성전자가 개발한 M램안에 자신들의 CPU만 설계하고 나머지는 삼성전자 파운드리에 맡기는 형식으로 생산에 나설 확률이 높을 것이다. 이렇게 삼성전자의 M램에 대한 기술력이 시장에서 인정받고 표준으로 자리 잡게 된다면 삼성전자의 파운드리 산업이 크게 성장할 수 있는 발판이 생기면서 대만 TSMC와 차별화할 수 있는 하나의 무기가 될 수 있을 텐데, 아쉽지만 미국의 반도체 산업 보호로 인해 삼성전자가 M램으로 인텔이나 퀄컴을 때려잡는 건 어렵다. 대신 TSMC 점유율은 더 가져올 수 있다 정도로 정리할 수 있다.

마무리...

최근 테슬라 같은 경우를 보더라고 차량용 반도체 대란에서도 생산량에 문제없이 최고의 판매량을 기록할 수 있었던 것 역시 잡다한 반도체를 통합했기 때문이다. 예를 들어 테슬라 모델 3 같은 경우 차량의 거의 모든 기능을 단 5개의 전자제어 유닛 즉 ECU가 수행한다고 한다. 반면 다른 회사 차량들은 기능이 단순한 차는 ECU가 30~40개 기능이 많은 차는 70~100개 정도 된다고 하는데 즉 테슬라는 중앙의 통합제어장치 몇 개가 차량 기능을 모두 담당하는 반면 다른 회사의 자동차는 그런 제어장치가 각 기능 부위별로 흩어져 제각각 움직인다는 것이다. 이걸 통합하면서 테슬라는 효율적인 시스템과 안정적인 칩 공급을 받을 수 있었던 것이다. 그러니 M램이 앞으로 대세가 될 것은 자명한 일 일 것이다.
앞으로 4차 산업혁명이 확산될수록 칩은 통합되고 더 작아질 것이다. 손톱만 한 크기의 칩 하나로 모든 기능이 통합된다면 컴퓨터, 스마트폰, 가전, 자동차 등 우리 일상생활과 함께하는 물건들의 큰 변화가 생기게 될 것이며, 또한 원자재 가격도 높아져 가는 인플레이션 시대에 웨이퍼 같은 원자재와 전력도 아낄 수 있는 건 덤일 것이다. M램이 빨리 상용화가 돼서 더 나은 미래를 만들어 주면 좋겠다.

CPU 중앙연산처리장치