우리 #반모 할래? 8탄, 지구 온난화를 늦추는 ‘저전력 반도체’
최근 수 년 간, 전 세계 곳곳에서 기상이변이 발생하고 있습니다. 올해 여름도 예외가 아닌데요. 미국과 캐나다에서는 50도에 육박하는 폭염이 기록됐고, 영국과 독일, 중국의 경우는 폭우로 도시가 침수되기도 했습니다.
이러한 기후 변화의 주요 원인은 온실가스 배출로 인한 ‘지구 온난화’인데요. ‘쉽게 알아보는 반도체 모임, #반모 8탄’에서는 최고의 전력 효율을 바탕으로 지구 온난화를 늦추는 ‘저전력 반도체’에 대해 알아보겠습니다.
사용량이 증가할수록 점점 뜨거워지는 ‘데이터센터’와 ‘지구’
5G, 인공지능, 사물인터넷 등 기술이 급속도로 발전하고, 유튜브나 OTT 등 영상 플랫폼 사용이 일상화되면서 엄청난 양의 영상과 사진들이 ‘데이터센터’에 저장되고 있습니다. 데이터를 처리, 저장하고, 소비자들에게 끊김 없이 제공하기 위해서 데이터센터는 24시간 가동되어야 하며 이는 어마어마한 양의 ‘전력’을 필요로 합니다. 또한 데이터센터 가동을 위한 전력 사용 외에도, 쉬지 않고 가동되는 데이터센터의 열기를 식히기 위한 전력도 필요합니다.
이러한 전력 사용의 증가는 지구 온난화를 야기하는 온실가스 배출의 주요 원인이기에, 데이터센터의 전력 소모를 최대한 줄이는 것이 전 세계적인 과제가 되었는데요. 데이터센터의 전력 폭증을 해결할 수 있는 방안으로 주목받고 있는 것이 바로 ‘저전력 반도체’입니다. 전력을 덜 소모하고 열 발생이 적어 데이터센터 전체의 전력 효율을 최적화할 수 있기 때문입니다.
환경을 위한 차가운 솔루션, ‘저전력 반도체’
기존에는 데이터센터 서버에서 주로 HDD(Hard Disk Drive)를 사용해 데이터를 저장했는데요. 2000년대 등장한 SSD(Solid State Drive)는 HDD보다 성능은 뛰어나면서도 소비 전력과 발열이 적은 장점 때문에 HDD를 대신하는 최적의 데이터센터 솔루션으로 자리잡았습니다. 하지만, 인류가 만들어 내는 데이터의 양은 엄청난 속도로 증가해, 2025년에 축적되는 데이터가 2018년까지 쌓인 데이터 대비 5.3배나 증가한 175ZB(제타바이트)에 달할 것으로 예상되고 있습니다. 이 때문에 데이터센터 전력 효율의 중요성은 계속해서 커지고 있습니다.
* 제타바이트(ZB): 데이터 정보량을 나타내는 단위. 10의 21제곱을 의미하는 접두어 제타(zetta)와 컴퓨터 데이터량을 표시하는 단위인 바이트(byte)의 합성어
이에 삼성전자 반도체는 SSD의 전력 효율을 최대로 끌어올리고자 노력하고 있습니다. SSD가 작동할 때 불필요하게 소모되는 ‘잉여 전력’ 요소를 찾아내고, 온도가 어떻게 변화하는지도 모니터링해 최대한 발열을 줄일 수 있는 기술도 개발하고 있습니다. 이러한 노력의 일환으로, 2021년 2월에는 데이터센터 전용 고성능 저전력 SSD ‘PM9A3 E1.S’를 출시하고, 3월에는 업계 최초로 ‘하이케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate, 이하 HKMG)’ 공정을 적용해 저전압에서도 고성능 구현이 가능한 DDR5 모듈을 선보였습니다. 이후 5월에는 DDR5 D램 모듈의 성능을 극대화하고 전력 사용은 최소화하는 전력관리반도체 (PMIC) 3종을 출시했고요.
‘저전력 메모리 반도체’로 데이터센터의 전력량을 얼마나 줄일 수 있을까?
2020년에 출하된 전 세계 데이터센터 서버용 HDD를 모두 SSD로 교체한다고 가정하면, 전력량은 연간 3TWh(테라와트시)나 절감됩니다. 여기에 2020년 출하되는 서버의 D램을 기존 DDR4에서 최신 DDR5로 업그레이드 하면, 연간 약 1TWh를 추가로 절감할 수 있습니다. 또한 그 결과로, 서버를 직접 가동하는 전력 외에도 열기를 식히는 에너지를 포함해 데이터센터 전반적인 운영 facility에 드는 전력도 3TWh가 절감됩니다.
이를 모두 합치면 연간 총 7TWh의 전력량이 절감되는데요. 이는 노후 화력발전소 2.5기를 대체할 수 있는 전력량입니다. 이처럼, 저전력 반도체를 사용하면 에너지를 큰 폭으로 절약할 수 있고, 그에 따라 온실가스 배출량도 저감된다는 것을 알 수 있습니다.
* 와트시(Wh): 전력량의 단위. 전력량은 전력과 시간의 곱으로 정의되므로, 전력의 단위인 와트(W)와 시간의 단위인 시(h)를 곱한 와트시(Wh)로 표기
지금까지 뛰어난 성능과 전력 효율로 지구 온난화를 낮추는 ‘저전력 반도체’에 대해 알아봤습니다. 삼성전자는 2009년 ‘그린메모리’ 캠페인을 시작으로, 매년 더욱 진일보한 저전력 반도체 제품을 선보여왔는데요. 앞으로도 지속 가능한 미래를 만들어나가기 위해 노력할 예정입니다. 오늘도 여러분들에게 유익한 시간이 되었기를 바라며, 다음 #반모에서 만나요!
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