파드레의 요모조모

https://www.hankyung.com/economy/article/202004149519j

中 '반도체 굴기' 재시동 
'반도체 코리아' 불길한 그림자

양쯔메모리테크 선전포고
삼성이 작년 하반기 내놓은
128단 3D 낸드 연말 생산

< 삼성 반도체기술 주시한 리커창 > 리커창 중국 총리(오른쪽)가 지난해 10월 산시성 시안의 삼성전자 반도체 공장을 방문해 전시 제품을 살펴보고 있다. 한경DB

중국 반도체기업 양쯔메모리테크놀로지(YMTC)가 128단 3D 낸드플래시를 개발했다고 발표했다. 메모리 반도체 세계 1~2위를 달리는 삼성전자와 SK하이닉스조차 작년 하반기에 양산을 시작한 최첨단 제품이다. 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)이 진정 국면에 접어들자 중국이 ‘반도체 굴기’에 시동을 걸고 있다는 분석이 나온다.
YMTC는 14일 홈페이지에 “셀 하나에 4비트의 데이터를 저장해 처리하는 128단 3D QLC 낸드플래시 성능 테스트에 성공했다”며 제품명(X2-9060)과 제품 사진을 공개했다. 예상 양산 시점은 올해 말이다. 낸드플래시만 따지면 중국과의 기술 격차가 1년까지 좁혀진 셈이다.

낸드플래시는 쌓아올린 셀의 단수가 높고 단위 셀이 처리하는 용량이 클수록 프리미엄 제품으로 평가된다. 지금까지 하나의 셀로 4비트의 정보를 처리하는 QLC 제품을 128단으로 구현한 업체는 삼성전자와 SK하이닉스뿐이다. 시장에선 YMTC가 양산에 들어가면 낸드플래시 가격이 떨어질 수 있다는 관측이 벌써부터 나온다. YMTC는 중국 최대 반도체기업 칭화유니그룹의 자회사다. 전문가들은 YMTC가 양산에 앞서 신제품 개발 소식을 공개하며 삼성전자에 선전포고를 했다고 분석했다. D램은 중국과의 기술 격차가 2년 이상이지만 낸드플래시는 1년 안팎까지 좁혀졌다는 설명이다.

중국 최초의 D램 생산 업체인 창신메모리테크놀로지(CXMT)의 행보도 공격적이다. 이 회사는 한국과 대만 기술자들을 타깃으로 경력직 채용에 나섰다. 주력 제품인 D램(8GB DDR4)과 스마트폰 D램(4GB LPDDR4X)의 성능을 끌어올리는 게 목적이다.
반도체업계에선 중국 업체들의 배후엔 ‘반도체 자립’을 목표로 내건 중국 정부의 강력한 지원이 있다고 지적했다. 중국 정부는 2025년까지 반도체 자급률 70% 달성을 목표로 한 ‘제조 2025’ 전략을 추진하고 있다. 한국반도체디스플레이학회장을 맡고 있는 박재근 한양대 교수는 “중국 업체들의 반도체 기술이 한국에 위협적인 수준까지 올라왔다”며 “중국에 세계 1위를 내준 LCD(액정표시장치)의 전례를 되풀이하지 않으려면 기술 격차를 더 벌려야 한다”고 지적했다.

YMTC, 128단 3D 낸드 개발
메모리 이어 시스템반도체까지…中 '종합 반도체그룹' 집중 육성
미국의 대(對)중국 무역 보복이 한창이던 2018년 4월 26일. 시진핑 중국 국가주석은 우한에 있는 양쯔메모리테크놀로지(YMTC) 공장을 전격 방문했다. YMTC는 칭화대가 지분 100%를 보유한 국유 반도체 그룹 ‘칭화유니’의 자회사로 중국의 ‘반도체 굴기(起·우뚝 일어섬)’를 상징하는 기업이다.

시 주석은 이날 중국 반도체업계 종사자들이 ‘금과옥조’로 여기는 ‘반도체 심장론’을 설파했다. 그는 “반도체는 사람의 심장과 같다. 심장이 약하면 덩치가 아무리 커도 강하다고 할 수 없다”며 ‘2025년까지 반도체 기술 자립도 70% 달성’을 주문했다. 중국 정부 예산 1조위안(약 170조원)을 투자하겠다는 전폭적인 지원 방침도 밝혔다.
프리미엄 낸드 제품 연말 생산

중국의 기술력은 이후 2년간 ‘일취월장’했다는 평가를 받는다. 시 주석이 찾았던 YMTC는 최근 세계 최고 수준의 낸드플래시 반도체로 평가받는 ‘128단 3D QLC’ 개발과 테스트 성공 사실을 14일 전격 공개했다. 국내 반도체업계는 긴장하고 있다. “낸드플래시 기술 격차가 1년 정도로 좁혀졌다’는 우려가 나온다.
YMTC가 개발 사실을 공개한 ‘128단 3D QLC’ 낸드플래시는 글로벌 메모리반도체업계를 이끌고 있는 삼성전자와 SK하이닉스도 지난해 하반기에 양산에 성공한 ‘프리미엄’ 제품이다. 낸드플래시는 전원이 꺼져도 데이터가 저장되는 메모리반도체다. 주로 스마트폰, 노트북 등의 저장장치로 활용된다. 단수(반도체 셀을 쌓아올린 층수)를 64단에서 96단, 128단으로 높이고, 한 셀의 저장용량이 MLC(2bit) TLC(3bit) QLC(4bit) 순으로 커질수록 뛰어난 성능의 프리미엄 제품으로 평가된다. YMTC는 올 연말께 본격 생산에 들어갈 것으로 알려졌다.

중국 반도체 업체들은 메모리반도체의 다른 축인 D램 분야에서도 급성장하고 있다는 평을 듣는다. 지난 2월 중국 업체 중 처음으로 D램을 판매했다고 밝힌 창신메모리테크놀로지(CXMT)가 대표적이다. CXMT는 최근 첨단 제품 개발을 위해 한국과 대만 업체 직원들을 대상으로 ‘경력직 채용’ 공고를 내고 인재 확보에 나섰다. 국내 반도체업계 관계자는 “퇴직을 앞둔 고참 직원들이 중국 업체들로부터 ‘이직 제의’를 받고 있다”고 말했다.
기술력 키워 한국 업체 맹추격

1~2년 전까지만 해도 중국의 ‘반도체 굴기’에 대한 국내 업계의 반응은 냉소적이었다. 하지만 최근 중국 업체들이 실제 제품을 공개하자 당황하는 기색이 역력하다.
YMTC의 신제품 전격 공개도 기술력에 대한 자신감에서 비롯됐다는 분석이 나온다. 이날 공개한 ‘엑스트래킹(Xtracking)’이란 기술은 반도체 셀과 주변부 회로(페리)를 다른 웨이퍼에서 생산해 붙이는 기술이다. 한 웨이퍼에서 생산하는 방법을 주로 썼던 국내 업체와 다른 길을 선택한 것이다. 이 기술은 최근엔 미국 마이크론과 국내 업체들도 활용하고 있다.
황철성 서울대 재료공학부 교수는 “중국의 낸드플래시 기술은 한국 기업들에 상당히 위협적인 수준까지 올라왔다”며 “한국 기업들이 가지 않았던 새로운 기술 로드맵을 개척하고 있다는 점에서 주목해야 한다”고 설명했다.
중국 업체들은 D램, 낸드뿐만 아니라 파운드리(반도체 수탁생산), 팹리스(반도체 설계 전문기업)로 영역을 넓히며 삼성전자와 같은 ‘종합 반도체 기업’으로 성장하고 있다. 칭화유니그룹이 대표적이다. 칭화유니는 메모리반도체 YMTC뿐만 아니라 팹리스 ‘유니SOC’ 등을 통해 스마트폰에 들어가는 5세대(5G) 이동통신 통합칩셋(SoC) 개발에도 성공했다.
화웨이 산하 팹리스 하이실리콘과 파운드리 업체 SMIC의 경쟁력도 ‘상당하다’는 평가를 받는다. 이들 기업의 주력 제품 점유율은 글로벌 시장 4~5위 수준으로 높아졌다.
시스템반도체 분야도 일취월장

Getty Images Bank

전문가들은 중국 내 수요가 충분하다는 점을 들어 중국 반도체산업이 급성장할 것으로 전망한다. 데이터센터를 늘리기 위해 공격적으로 반도체를 사들이는 알리바바와 텐센트, 중국 반도체 설계 사관학교로 유명한 화웨이 등이 중국 반도체 업체들의 잠재 수요처로 꼽힌다.

기술 저변도 만만찮다는 지적이다. 반도체와 제조 방식이 비슷한 LED(발광다이오드)나 태양광 웨이퍼 분야는 이미 중국 업체들이 시장을 이끌고 있다. 중국 시장 점유율이 30%에 이르는 LED 업체 산안광뎬이나 웨이퍼 시장의 강자로 꼽히는 룽지 등이 대표적인 성공 사례로 꼽힌다. 이필상 미래에셋자산운용 홍콩법인 리서치본부장은 “중국을 저렴한 노동력을 기반으로 글로벌 업체들이 주문한 IT 기기를 생산하는 하청공장으로 봐선 곤란하다”며 “낸드플래시와 비메모리 분야에서는 한국을 턱밑까지 추격해 들어오고 있다”고 말했다.
황정수/송형석 기자 hjs@hankyung.com

냉장고나 에어콘은 사실 동일한 구조를 갖고 있다.

에어콘에는 에어콘용 가스가 들어있다.  이 가스를 압축기에서 압축을 하면 부피가 줄어들면서 고압의 기체상태가 된다 이것이 콘덴서를 지나면서 열을 발산하면 고압의 액체상태로 변하게 된다.

이것이 리시버드리이어를 지나면서 드라이어는 내부의 물을 제거하고 팽창밸브를 지나며 넓은 공간을 지나면서 압력이 줄어들고 증발기에서 액체가스는 액체에서 기체로 변하고 기화에 필요한 열을 주변에서 빨아들이게되는데 이 빨아들이는 열이 주변을 냉각시키는 것이다.

모 회사에서 AS 엔지니어를 교육시키면서 액체에서 기체로 변하며 주변의 열을 흡수하여 주변을 냉각시키는 것에 대해 베르누이의 법칙이라고 가르치는데 말도 안되는 것이다

증발기는 집안에 있는 실내기안에 있는  모듈인데 냉매가 부족하면 증발기 앞에서 결로가 생기고 물이 흐르는 일이 발생할 수 있다.

냉매가 너무 부족하면 에어컨이 시원하지않다. 

보통 실외에 있는 실외의 콘드(condensor)에 문제가 생겨 가스가 빠지는 일이 많다.

냉장고나 얼음/냉 정수기에도 같은 원리를 사용한다.

특별히 정수기에는 단열이 잘 안되어 여름에 얼음이 많이 녹는 일이 많이 발생할 수 있다.

냉장고나 정수기 에어콘에 있는 열을 발산하는 콘드에 먼지가 많이 끼던가 기타 문제로 열을 제대로 발산을 못하면 냉방이나 냉장 냉동이 잘 안되고 고장이나 오동작을 할 수있다.

일전에 바람이 부는 이유에 대해 포스팅을 한적이 있었다.

햇빛에 데워진 공기가 상승하는데 이것이 상대적인 것이라서 주변에 많이 팽창해서 상승하면 내가 밑으로 가라앉을 수도 있다.  이런 것이 국지적으로 나타날 수도 있고 큰 지역적으로 크게 나타날 수도 있는 것인데 이 공기 자체도 무게가 있다. 

이 공기의 무게를 기압이라고 하고 이 기압은 상승기류일때와 하강기류일대 압력(누르는 힘)이 다르다. 이때 공기가 마구 올라가면 올라가면서 누르기 힘드니 저기압이 되는 것이고 공기가 자꾸 밀려 내려오면 누르는 힘도 더 세어져서 고기압이 되는 것이다.

지표면이 복사열로 인해 높은 하늘보다는 따듯하기 때문에 하강기류 즉 고기압에서는 공기중의 물방울은 쉽게 증발해서 없어진다. 그래서 맑은 하늘이 나타나게 된다.

반면에 상승기류일때는 공기중의 물입자가 차가워져서 에너지를 잃어버려 기체에서 액체로 변하게 되는데 이것이 바로 구름이 된다.

이러한 공기의 흐름은 지구의 자전과 겹쳐서 아주 복잡하게 움직인다. 그러나, 대체적으로 서쪽으로 움직여서 편서풍이라고 한다. 

어릴때 학교다닐때 배웠던 단원에 탄소의 순환이라는 단원이 있었다.

생각이 나서 적어본다.  내가 중학교2학년때 수학에서 원과 타원 쌍곡선 포물선의 정의와 촛점거리 초점등을 공부했는데 지금은 고1에서 포물선과 원을 좀 배운다. 옛날처럼 초점과 초점거리 등등을 다루지도 않는다. 배우는 내용이 적어서 이런 내용을 하는지 잘 모르겠다.

탄소는 공기중에 CO2의 상태로 존재하는데 식물은 광합성을 통해서 탄소에 붙은 산소(O2)를 떼어내고 물분자에서 수소와 산소를 떼어내어 탄소 사슬을 형성한다. 이 과정을 광합성이라고 하고 이렇게 만들어진 탄소 사슬은 식물의 잎이 되고 줄기가 되고 뿌리가 되고 열매가 된다.

이렇게 만들어진 식물의 잎이 되고 줄기와 뿌리와 열매는 초식동물과 분해자에 의해서 소비되고 이렇게 소비된 식물의 잎과 줄기와 뿌리와 열매는 우리의 몸속에서 탄소의 사슬이 끊어지고 산소와 결합하여 이산화탄소( CO2 )와 물( H2O )가 나오개 된다. 

사실 탄소는 식물과 동물의 몸을 형성하는 물질인데 이것이 땅속에 묻혀 순환에서 사라지는 양이 있다. 따라서 탄소가 점점 줄어들어 문제가 될 수 있을 것인데 세계에 화산이라든가 유전등이 있어서 사라지는 탄소를 보충하게된다. 단 요즘은 유전등에서 너무나 많은 석유를 꺼내 사용함으로써 탄소가 너무 많이 공급되는 문제가 있다.

학교에서 화학을 배우면서 제일 먼저 멘들레프의 주기율표를 배웁니다.  멘들레프의 주기율표를 배우는 이유는 원자의 최외곽 전자의 배치에 따라 원자의 화학적 성질이 정해진다는 것을 이해하는 것입니다. 아래 보어의 원자모델을 보면 첫번 궤도에 전자 2개 두번째 궤도에 전자 8개 3번째 궤도에 전자 8개등 각 궤도에 8개의 전자들이 들어갑니다.

물론 전자가 늘어나고 원자핵과의 거리가 멀어지면서 새로운 궤도가 늘어나면서 제일 위의 표준 주기율표와 같이 기다란 주기율표가 되지만  일반적으로 고등학교에서 공부하는 정도의 과학에서는 8족 정도의 주기율표의 의미 정도만 기억하면 되겠다.

당연히 주기율표의 원자를 순서대로 암기하는 친구들이 있는데 그 의미를 물어보면 모르는 친구들도 있다.  당연히 그렇게 외울 필요는 없다. 물론 좀 외우면 도움이 될 수도 있다.

중요한 것은 그 의미를 이해하고 활용하는 것이 되겠다.

이 주기율표와 원자모델에서 의미하는 것은 최외곽에 배치될 수 있는 원자의 수와 그 숫자에 따른 원자의 특성이 궤도마다 반복적으로 비슷하게 나타난다는 것이다.

원자의 궤도에 8개의 전자가 꽉차면 안정된다.( 물론 수소와 헬륨은 첫 궤도로 2개의 전자만 들어갈 수 있다. )

그래서, 원자는 최외곽의 전자를 꽉 채워 8개를 맞추던지 남으면 보내버리던지 하여 안정적인 궤도를 유지하고 싶어하고 그렇게 전자를 주고 받으면서 원자는 다른 원자와 화학적 결합을 하고 안정적이된다. 

이때 전자가 1개 부족하던지 1개가 남으면 2개 부족하던지 2개 남는 원자보다 더 강한 화학적 반응성을 갖는다.

최외곽 전자가 1개인 1족은 더 강한 화학반응 성질을 갖고 강알카리성을 갖고 7족은 1개의 부족한 전자가 있고 1개를 채우고 싶어 강산의 특성이 있다. 8족은 최외곽 전자의 수가 꽉차서 아주 안정적이어서 반응을 하지않는다. 4족의 경우에는 반응은 자주 하지않지만 아주 견고한 결합을 형성한다.

4족에 탄소는 동식물의 몸을 이루는 탄소화합물을 이루고 실리콘은 3족과 5족의 성분을 섞어서 반도체를 만드는 기본 소재가 된다.

이렇게 남는 원자와 부족한 원자의 수를 결합 손이라고 생각하면 화학식을 이해하는 것도 아주 쉽게 된다.

수소는 1족으로 1개의 손이 있고 산소는 6족으로 2개의 손이 있다. 산소는 2개의 손으로 수소를 하나씩 잡아서 H-O-H가 되어 H2O(산소)가 된다. C는 4개의 손이 있고 산소는 2개의 손이 있어 CO2 이산화탄소가 된다. 수소와 결합하면 CH4(메탄)이 되는 것이다. 이런 성격이 표의 아래칸들이 비슷하게 나타난다는 것이다.

이 주기율표를 공부하는 것은 바로 이런 화학적 성격과 결합을 이해하고 활용하는데 있다. 학생들이 공부하는데 참조가 되길 바란다.

학교에서 바람이 부는 이유를 배운다.

하지만 잘 생각이 나지않을 것이다.

사실 내 딸이 어릴때 애 엄마에개 물었다. 그런데, 애 엄마가 네게 물어보라고 했다. 해서 열심히 설명해주었는데 듣다가 딴데 갔었다. 좀 서운한 면도 있었는데 지금 커서 말하길 어려워서 그랬다고 한다.

그래도 가끔 생각나는 질문이어서 그때 딸아이에게 대답해주었듯이 적어보고자 한다.

1. 햇빛을 받으면 땅에는 복사열이 생기고 복사열로 데어진 공기는 보일샤를의 법칙(그때는 법칙이란 말을 안했다.)에 의해 1도가 상승할때 마다 전체부피(0도씨기준 부피)에서 1/273 씩 부피가 증가한다. 참고로 273도가 되면 부피가 0도씨 기준 2배가 된다. 부피(단위 부피당 무게)가 이렇게 증가하면 밀도가 낮아지고 밀도가 낮아지면 공기는 위로 상승하게된다. 공기가 위로 상승하면 주위에 무거운 공기가 그 자리를 채우려고 이동하는데 그게 바람이다.

큰 틀에서 고기압 저기압등도 이런 원리로 볼 수 있다.

2. 지구의 자전에 있다.

지구가 자전을 하는데 매우 빠른 속도로 하고 있는데 하루 1바퀴라도 엄청 큰 지구라는 구체에서 회전이기 때문에 매우 빠른 것이다.  일단 지구 표면에서는 공기가 마찰때문에 지구가 도는 자전과 비슷하게 돌지만 위로 올라갈 수록 지구의 자전과 상관없이 제자리에 있고 싶어하는 성질이 생기게 된다. 이때 이것이 상층과 지표의 반대방향의 바람으로 나타난다. 그래서, 지구는 편서풍이 부는 것이다.

이렇게 에너지의 차이가 생기고 불균형이 생기면 하늘에 제트기가 날아다니는 지역에 아주 강력한 바람이 불게되는데 이것이 제트기류이다.