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넥스트 레벨: 초저온·저전력 반도체, 반도체 미세화의 한계에 도전하다

반도체의 미세화 경쟁은 한계에 직면했습니다. 초거대언어모델(LLM) 기반의 생성형 인공지능(AI)의 확산으로 인해 필수 인프라인 데이터센터가 폭발적으로 증가하고 있습니다. 그러나 데이터센터가 소비하는 전력량은 상상을 초월하는 수준입니다. 한 대기업 데이터센터의 연간 전력 소비량은 웬만한 개발도상국의 연간 전력 소비량을 뛰어넘기도 합니다. 이로 인해 미세화에 따른 효율성 저하와 온도 상승으로 인한 칩 화재 문제가 발생하고 있습니다. 이러한 문제에 대한 대안으로 초저온·저전력 반도체가 주목받고 있는 이유입니다. 서울대 전기정보공학부 교수인 김장우 교수는 "칩을 미세하게 제작할 수 있지만 그만큼 전압을 낮추지 못해 칩이 뜨거워지는 정적 전류 문제가 반도체 업계의 가장 큰 난제입니다"라며 "AI 연산에 특화된 초저온·저전력 반도체가 반도체의 미래를 결정짓게 될 것"이라고 분석하고 있습니다.

미세화 경쟁의 한계도 해결해야 할 숙제입니다. 칩이 너무 작아지다 보니 스위치를 켜지 않아도 전류가 흐르거나 회로 밖으로 넘어가는 간섭 현상이 발생하는 것입니다. 이러한 이유로 아예 새로운 반도체 기술이 필요하다는 의견이 제기되고 있습니다.

김 교수는 "반도체 온도를 영하 200도 이하로 낮추면 칩이 아무리 미세화되어도 간섭 현상이 발생하지 않습니다"라며, "양자컴퓨터에서도 초저온 반도체가 필수적으로 사용되어 연구가 열심히 진행되고 있으며, 성과를 내고 있다"고 말했습니다.

초저온·저전력 반도체는 반도체의 미래를 개척하는 중요한 기술입니다. 이를 통해 반도체의 효율성을 높이고 칩의 온도를 낮춤으로써 간섭 현상과 화재 문제를 해결할 수 있습니다. 넥스트 레벨인 초저온·저전력 반도체의 개발은 국내 반도체 산업에 대한 경쟁력 강화와 더불어 세계적인 기술 선도를 이끌어갈 수 있는 기반이 될 것입니다. 이를 위해 우리는 꾸준한 연구와 개발을 추진해야 합니다.

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