과학의 최전선에서 전하는 인사이트 『요주의 과학』
안녕하세요, 『요주의 과학』입니다 이번 호에서는 컬럼비아대 석민구 교수님의 강연을 통해 국가 안보의 핵심이 된 반도체 IC 설계 기술의 최전선 R&D 방향을 쉽고 명쾌하게 파헤쳐 볼 거예요. 그리고 주목! 최근 온 세상 과학계를 들썩이게 만든 노벨 과학상(생리의학상, 물리학상, 화학상) 수상자들이 '대체 왜 이 상을 받았을까?' 그 위대한 발견의 스토리를 오늘부터 3주간 쉽고 재밌게 풀어낼 예정이니 기대해 주세요! (이번 주는 생리의학상!) 끝으로 독자 여러분을 사회적가치연구원 EPC 세미나에 모시는 특별한 초청장도 준비하였으니, 놓치지 말고 끝까지 함께해 주세요~ 그럼 이제 뜨거운 과학 현장으로 GO GO! |
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미래 기술 전쟁의 승패를 가를, 손톱만한 칩의 비밀 |
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오늘 『요주의 과학』에서 만나볼 연사는 바로 컬럼비아대학교 전기공학과 석민구 교수님입니다. 교수님은 비메모리 반도체 설계 분야의 세계적인 전문가로, '세계에서 가장 적은 전력을 소모하는 칩' 에 대한 여러 개의 세계 기록을 보유하고 계세요. 특히, 사람의 뇌 구조에서 영감을 얻은 뉴로모픽 및 메모리내연산(PIM) 하드웨어 연구를 통해, 기존보다 수십 배에서 수백 배 더 효율적인 컴퓨터 칩을 설계하는 방법을 제시하며 미래 기술의 판도를 바꾸고 계시답니다. |
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반도체, 기술 패권과 안보의 '전략적 자산'이 되다 반도체는 6,000억 달러 규모의 거대 시장을 형성하며 컴퓨터, 자동차 등 모든 완성품의 필수 부품이자 국방력에 영향을 미치는 핵심 자원이에요. 결국 반도체는 이제 단순한 부품이 아니라 기술 패권을 좌우하고 국가 안보를 담보하는 ‘전략적 자산’이 된 거예요. 특히 중국이 반도체 공정에 필수적인 희토류의 수출 통제를 강화하고 나선 것처럼, 공급망 위협이 반도체 산업을 직접 겨냥하면서, 반도체 기술 우위 자체가 국제 정치의 핵심 무기로 자리 잡았어요. 첨단 반도체는 크게 로직 칩(CPU, GPU), 메모리 칩(DRAM, Flash), 아날로그 칩(이미지 센서, 전력반도체) 세 종류로 나뉩니다. 로직 칩은 5나노, 3나노 같은 첨단 제조 기술과 복잡한 설계가 필요한 반도체의 '두뇌' 역할을 하고, 메모리 칩은 대규모 양산 기술이 필요한 '기억 창고'입니다. 특히 메모리 분야는 최근 AI 수요로 호황을 맞았는데, 최근 삼성전자가 HBM 등 메모리 사업 호조로 5분기 만에 분기 영업이익 10조 원대를 회복한 것은 물론, SK하이닉스 역시 HBM 시장을 선도하며 주가가 사상 최고가를 경신한 것이 이를 증명하죠. 마지막으로 아날로그 칩은 설계 노하우가 중요한 '감각 기관' 역할을 한답니다. |
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AI 빅뱅 시대, 산업계가 달리는 3개의 트랙 AI 기술의 폭발적인 성장은 반도체 산업의 연구개발(R&D) 경쟁을 극한으로 끌어올리고 있습니다. 산업계는 '더 빠르게, 더 많이, 더 효율적으로'라는 공통 목표 아래 크게 세 가지 트랙을 동시에 달리고 있어요. - 첫 번째, 로직 칩(CPU, GPU)의 성능 경쟁입니다. 초미세 공정 선점과 함께, 엔비디아 ‘Grace Hopper Superchip’처럼 칩 통합 패키징 기술을 통해 성능과 에너지 효율을 동시에 높이고 있답니다.
- 두 번째, 메모리 칩의 고속, 고밀도 혁명입니다. DRAM은 HBM과 PIM 연구로 속도와 기능을 강화하고, NAND 플래시는 수직 적층 기술로 용량을 극대화하고 있어요.
- 세 번째, 애플리케이션 프로세서(AP)의 전력 효율 최적화예요. 모바일 기기에 필수적인 AP는 전력 소모를 최소화하면서 AI 작업을 지원해야 합니다.
이러한 개별 칩 개발 경쟁과 함께, '칩과 소프트웨어의 수직 통합'이라는 새로운 전략이 대세입니다. 애플, 구글 등 IT 공룡들이 소프트웨어에 최적화된 맞춤형 하드웨어를 직접 설계해 효율을 극대화하고 공급망을 안정화하려는 것이죠. 석 교수님은 이 움직임을 무어의 법칙을 넘어설 NEW 패러다임으로 강조하셨답니다. 학계의 시선: 미래 난제 해결을 위한 5대 연구 아젠다 산업계가 당장의 성능 향상에 집중한다면, 학계는 미래 기술의 근본적인 난제를 해결하는 데 초점을 맞춥니다. 대표적인 5대 아젠다로는 '아날로그 데이터 홍수' 해결과, 꾸준히 증가하는 메모리 수요를 위한 '새로운 메모리 구조' 개발이 중요해요. 이 외에도 해킹을 막는 보안 기술, RF 통신 연구, 그리고 전자 장비의 에너지 효율 향상 연구가 핵심 과제로 꼽힌답니다. 석민구 교수님의 발표집은 이 모든 복잡하고 뜨거운 반도체 전쟁의 판세를 이해하는 데 큰 도움이 될 거예요. 꼭 한번 확인해 보시길 추천드립니다! |
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2025 노벨 생리의학상 이야기 - 때론 스스로에게 관대할 필요가 있다! 올해 노벨 생리의학상은 ‘말초 면역관용(peripheral immune tolerance)’ 원리를 규명한 세 명의 과학자(Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell, Shimon Sakaguchi)에게 돌아갔습니다. |
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면역관용이란 면역계가 정상적인 자기 몸에게 ‘관용을 베푸는’ 현상입니다. 물론 적절한 수준이 중요하죠. 관용이 너무 약하면, 자기 세포나 조직을 침입자 다루듯 공격하기 때문에, 류마티스 관절염, 제1형 당뇨병, 루푸스 같은 자가면역질환(autoimmune disease)에 걸릴 수 있습니다. 반대로 관용이 지나칠 경우, 면역계가 죽어 마땅한 암세포를 잘 제거하지 못할 가능성이 생깁니다. 굳이 ‘말초’ 관용이라 표현한 것을 보면, ‘중추(central)’ 관용도 있을 것 같죠? 맞습니다. 면역계에서 ‘중추’란 림프구의 생성과 분화, 성숙을 담당하는 장소, 골수(bone marrow)와 흉선(thymus)을 말합니다. B세포*와 T세포*는 모두 골수 출신이지만, B세포는 골수에서, T세포는 흉선에서 각각 성숙 단계를 거칩니다. 이 때 면역계가 중추관용을 획득합니다.
*B세포: 항체를 생성해 병원체를 제거하는 항체 매개 면역을 담당하는 림프구
*T세포: 감염된 세포를 직접 파괴하거나 면역 반응을 조절하는 세포 매개 면역을 담당하는 림프구
분자 수준으로 들여다보면, B세포와 T세포 표면에는 특정 항원(antigen)에 결합하는 수용체(receptor)가 있습니다. 이 부분이 외부 분자를 인식하여 면역반응을 유도합니다. B세포끼리도, T세포끼리도, 세포 by 세포 다른 수용체를 발현하기 때문에 전체적으로 놀라울 만큼 다양한 항원을 감지할 수 있죠. ‘앞으로 어떤 적군이 쳐들어올지 몰라서 최대한 많이 준비해 봤어’ 전략이랄까요?! 문제는 확률상 자기 몸으로부터 유래한 분자(a.k.a. 자기항원)를 외부 침입자처럼 인식하는 수용체도 생긴다는 겁니다. 이런 애들이 훗날 몸 구석구석 퍼진다면 자기 파멸과 함께 파국은 시간문제... 다행히, 자기항원에 대한 수용체를 떡하니 내놓고 있는 미성숙한 B세포나 T세포는 중추에서 한번 검거됩니다. 수용체를 뜯어고치거나, 문제의 세포를 죽이면 고민 해결! 이제, 피아식별 못하는 애들은 사라지고, 성숙한 B세포와 T세포가, 제대로 된 적군을 무찌르려, 말초 면역계로 출정합니다. 하지만 언제나 예외는 있는 법. 어른이라고 다 완벽하지 않듯, 성숙한 림프구 중에도 여전히 사리분별 못하고, 자기항원에 반응하는 금쪽이가 있습니다. 교묘히 중추관용 감시망을 빠져나갔거나, 골수나 흉선에는 없고 말초 조직에만 있는 분자를 새롭게 만나면, ‘그때는 맞고, 지금은 틀린’ 림프구가 됩니다. 이 대목에서 올해 노벨 생리의학상의 주인공 ‘조절 T세포(regulatory T cell)’가 등판합니다. 조절 T세포는 기관, 조직, 혈관, 림프관 등 몸 여기저기를 순찰하다가, 자기항원에 반응하는 B세포와 T세포를 죽이거나 기능을 억제하여 말초관용을 유도합니다. 또한, 자기항원 외에 음식, 장내 미생물, 약물 같은 무해한 외부 물질에 대해 우리 면역계가 과도하게 반응하지 않도록 자제시키는 역할을 하죠. 관용의 대상이 중추에서보다 말초에서 살짝 더 확대된 셈입니다. |
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면역관용이란 개념은 1949년 Macfarlane Burnet이 처음 제안했고, 1953년 Peter B. Medawar 등이 이를 실험적으로 증명하면서 학계에 안착했습니다. 그 업적으로 Burnet과 Medawar는 1960년 노벨 생리의학상을 수상했죠. 흠… 그다지 새롭지 않은 개념에다가, 노벨상도 이미 배출한 면역관용 관련 분야에 2025년 노벨상이 다시 주어진 이유가 뭘까요? 1990년대 초까지만 해도 중추관용이 면역관용의 전부인 양, 말초관용에 대한 이해가 거의 없었습니다. 게다가, ‘돌격 앞으로!’가 아니라 ‘워~ 워~’ 면역 반응을 억제하는 림프구가 존재할 거라는 가설이 한때 등장했음에도 불구하고, 실험으로 입증이 안돼서 사실상 폐기 상태였죠. 그러나 1995년 Sakaguchi가 조절 T세포를 발견하고, 2001년 Burnkow와 Ramsdell이 이 세포의 분화와 기능을 제어하는 유전자(Foxp3)를 콕 집어 내면서, 말초관용의 실체를 증명했죠. 새로운 발견 자체로도 의미가 컸지만, 응용 측면에서는 자가면역질환의 원인 규명과 치료 전략 마련에 새로운 장이 열렸습니다. 스스로를 보호하고, 과민반응을 막는 면역계의 촘촘한 ‘관용’ 시스템! 이 정도면 노벨상 받을 자격이 충분해 보이죠 |
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탄소중립 시계를 앞당기는 '미리 인센티브', EPC |
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환경 보호 그 자체가 경제적 가치로 전환될 수 있을까요? 잠깐, 탄소중립, 마냥 기다릴 수 없어요! 탄소중립 시대, 기업과 사회의 고민이 깊어지고 있습니다. 새로운 해법이 필요한 지금, ‘미리 인센티브’ EPC가 지속가능한 미래를 위한 실마리가 될 수 있을까요? 사회적가치연구원에서는 기존의 탄소배출권 중심 전략을 넘어 환경 보호 그 자체가 경제적 가치로 전환되는 새로운 패러다임, EPC(Environmental Progress Credit)를 연구하고 있습니다. 기후 위기에 맞서는 새로운 길, 즉 "일방적인 희생이 아닌 지속가능한 미래를 위한 현명한 투자 방법"을 함께 고민해보면 어떨까요? 10월 21일 (화), 탄소중립과 지속가능경영에 관심 있는 모든 분들을 초대합니다!☞ 사회적가치연구원 <탄소중립 시계를 앞당기는 ‘미리 인센티브’, EPC> 세미나 신청 링크 (참가비 무료) |
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발행인 : 최종현학술원 과학혁신팀 | 전소민 PM(에디터), 정민선 팀장(특별기고), 이주섭 팀장, 이우원 PM |
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