이 기사는 2022년 10월 14일 08:00 thebell 에 표출된 기사입니다.

삼성전자는 RE100 가입 등 기업의 환경적 책임이 강화되는 추세에 맞춰 친환경 반도체 '그린칩'을 내세우고 있다. 제조공정과 성능 등 다방면에서 친환경을 추구하고 있지만 삼성전자가 고부가 제품인 서버용 반도체의 비중을 높이는 만큼 화두는 전력효율성 증가에 이은 '열 관리'다.

주요 고객사들이 하이브리드형 서버 인프라 구축을 선호하면서 메모리 반도체의 전력효율성을 높여 열 부하를 줄이는 게 필수가 됐다. 하이브리드형 서버 인프라는 중요 서버를 근거리에 설치해야 하기 때문에 열 관리가 무엇보다 중요하다. 특히 은행 등 금융기관에서 이 같은 서버 인프라 수요가 많은데 하이케이 메탈 게이트(HKMG) 등 신기술 적용으로 전력효율성을 증가시킨 고부가 서버를 선호하는 점을 주목했다


◇프라이빗 클라우드·온프레미스 중요성 여전, 전력절감·열관리 중요성 재부각

서비스형 인프라(IaaS) 대두로 아마존, 마이크로소프트에서 제공하는 퍼블릭 클라우드 서비스를 이용하는 곳이 많아졌다. 최근에는 퍼블릭 클라우드와 프라이빗 클라우드, 온프레미스(기업에서 서버 및 클라우드를 직접 관리)를 함께 혼용하는 하이브리드형 서버 인프라가 필수로 여겨지는 추세다. 퍼블릭 클라우드에서 일어날 수 있는 보안사고 및 데이터 전송 속도 최적화를 위함이다.

특히 은행 및 증권사 등은 프라이빗 클라우드나 온프레미스 등 서버 인프라를 여전히 건물내부 또는 인근 도심 내에 두는 경우가 많다. 마이크로초(㎲) 단위로 중요한 금융정보가 주고 받아 레이턴시(응답지연)에 민감하기 때문이다. 퍼블릭 클라우드 이용을 염두한 데이터센터의 경우 국내의 춘천 등 선선한 교외 등을 선호하지만 거리가 멀수록 상대적으로 레이턴시 대응력이 떨어진다.

문제는 협소한 도심 내 서버 인프라의 냉각 등 열 관리다. 데이터센터를 교외나 극지방 등에도 둘 수 있는 퍼블릭 클라우드는 열관리에 이점을 가진 지역을 선정해 설립을 추진할 수 있다. 반면 프라이빗 클라우드 및 온프레미스의 경우 사업 건물 내부 또는 도심에 위치해 상대적으로 열관리가 어렵다.

건물이 밀집된 도심은 열섬현상 등으로 변동이 심하고 여름철 일교차가 적은 국소기후가 발생해 서버 인프라를 유지관리하는 데 적합지 않다. 동일한 규모라도 일정 온도로 통제하기 위해 퍼블릭 클라우드 대비 다량의 전력 및 에너지가 추가 소모된다. 하이브리드 서버 인프라를 선호하는 기업들 사이에서 자체 소비전력이 낮아 열관리가 용이한 저전력 반도체의 중요성이 높아지는 이유다.

삼성전자 사업부 관계자는 "규모가 크고 기후가 일정한 곳에 위치한 데이터센터의 경우 침지 냉각 등 대형 열 관리 시설을 설계하기 쉽지만 회사 건물내부에 있는 온프레미스나 퍼블릭 클라우드 서버는 이를 구축하기 어렵다"며 "특히 국내 여의도처럼 부동산 시세가 높고 은행 및 금융기관 등이 밀집해 1개 건물에 업무구역이 빽빽히 배치된 곳은 서버 인프라의 자체 전력소모를 처음부터 줄이는 솔루션이 필요하다"고 설명했다.

◇메모리 집적화에 동반된 전력효율성, 전류 누설 방지기술이 핵심

삼성전자는 D램, 솔리드스테이트드라이브(SSD) 등 낸드플래시 메모리의 최신 세대 전력효율을 이전 대비 30% 향상시키는 데 성공했다. LPDDR5X의 경우 속도를 1.3배 향상시킨데 이어 전력효율은 20% 정도 늘었으며 DDR5는 모듈 차원에서 30%의 전력 효율을 개선했다. SSD 역시 기업 데이터센터, 서버용 엔터프라이즈 모델인 PM1743 기준 전 세대 대비 30% 수준으로 전력효율을 높였다.

D램 및 SSD의 향상된 전력효율 스펙은 고객사의 발주 요구에 따른 맞춤형 패키징에 따라 천차만별이지만 14나노미터(㎚) 공정 등 칩 미세화 및 집적도 향상에 따라 세대가 바뀔수록 증가하고 있다. 시스템 코어 전압과 주파수를 조절해 리소스 할당에 따라 전력소모를 최적화하는 동적 전압기술(DVFS) 성능 상향 역시 같은 맥락으로 최신 세대의 메모리 칩이 같은 용량에도 더 높은 전력 효율성을 가질 수 있도록 한 배경이다.


삼성전자에서 지난해 업계 최초로 D램에 도입한 HKMG 역시 저전력 메모리 반도체를 이루는 핵심 기술이다. 세대가 거듭될 수록 반도체 칩의 집적화 및 소형화가 진행되면서 전류가 흐르는 회로 등도 좁아진다. 이를 감안하지 않고 동일한 소재를 사용해 설계할 경우 누설되는 전류 양이 많아져 전력효율성을 높이는 데 한계가 있다.

삼성전자 관계자는 "트랜지스터 크기가 작아짐에 따라 전류가 흐르는 게이트 및 절연막 역시 꾸준히 미세화돼 누설 전류가 늘어나는 경우가 발생한다"며 "유전율 값(K)이 높아 전류 누설을 줄일 수 있는 물질을 사용한 HKMG 기술을 적용하면 전류 누설 및 전력 소모를 줄일 수 있어 효율성이 늘어나게 된다"고 설명했다.