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“외계서 촉발된 중성자가 자율차 소프트에러 유발”

우주 공간에는 양성자(陽性子, Proton), 중성자(中性子, Neutron), 중이온(heavy ion) 등 수많은 방사(放射) 입자가 떠다닙니다. 태양, 그리고 초신성 폭발이 이러한 방사 입자를 대량으로 만들어내는 원인입니다. 지구 인근 우주에 떠다니는 방사 입자 다량은 지구 대기 중으로 떨어집니다. 방사 입자, 즉 양성자나 중이온 등은 지구 대기를 뚫고 들어올 때 하늘 위에 떠다니는 질소 혹은 산소 원자와 충돌하고, 이들 산소나 질소 원자 내 원자핵은 충돌로 인한 분해 과정을 거쳐 최종적으로 중성자만 지상에 떨어지게 됩니다.

이런 중성자는 우리 삶에 알게 모르게 많은 영향을 미칩니다. 중성자는 전하를 띠지 않은 입자입니다. 그렇기 때문에 아주 밀도가 높은 콘크리트도 상당한 깊이로 뚫고 들어간다 합니다. 전하가 없기 때문에 에너지를 잃는 일이 없기 때문입니다. 이러한 중성자는 뉴욕 해수면 기준 한 시간에 단위 제곱센티미터당(cm²) 13개가 떨어진다고 합니다. 조금 더 높은 곳에 있을수록, 단위 면적이 넓을수록 중성자를 더 많이 맞게 됩니다.

이처럼 외계 방사 입자로 촉발된 중성자가 반도체에 닿으면 크나큰 문제를 야기할 수 있습니다. 중성자가 반도체 실리콘과 충돌하면 실리콘 핵이 깨지면서 고에너지 알파 입자 등으로 변이돼 나오게 됩니다. 이 과정에서 전자전공쌍 생성(Electron-Hole Pair Generation)이 일어나게 되고 이때 발생한 전자가 계획하지 않은 이상 동작, 즉 소프트에러를 일으킬 가능성이 생깁니다. 0이 1이 될 수도, 1이 0으로 동작할 수도 있게 되는 것입니다.

2009년과 2010년 미국에서 발생한 도요타와 렉서스 차량 급발진 사고 역시 이러한 소프트에러에 의한 것으로 확인됐습니다. 쓰로틀밸브를 닫아야 하는데 소프트에러에 의해 이것을 영구적으로 열어버린 것이 사고로 이어졌던 것입니다. 소프트에러는 물리 고장과 달리 전원을 껐다 켜면 그 증거가 사라지므로 향후 일어날 다양한 사고의 책임소재 역시 가리기가 쉽지 않습니다.

차량 전자장치 오류로 인한 사고를 방지하기 위해 2011년 11월에 표준으로 제정된 ISO26262, 그리고 2018년 2월 새롭게 발효된 ISO26262 제2판에선 차 반도체의 소프트에러 평가 규정이 존재합니다. 차량 반도체의 소프트에러율이 어느 정도인지 측정하고, 그 정도에 따라 안전 등급을 매기는 세세한 사항 일체가 정리돼 있습니다. 자동차 반도체의 최고 안전 등급인 ASIL(Automotive Safety Integrity Level) D를 받으려면 10 FITs(Failure-in-Time, 10 FITs는 10억 시간당 10번 고장)의 낮은 소프트에러율을 달성해야만 합니다. 그러나 아직 국내 반도체 업계와 그 주변 생태계에선 차량 반도체 소프트에러에 관한 인식이 낮은 실정입니다. 설계 등 만드는 것도 어렵지만, 만들어진 칩을 어떻게 비용 효율적으로 평가하는 지도 중요합니다. 

큐알티는 2017년부터 첨단반도체안전혁신콘퍼런스(ASSIC)를 개최해 가까운 미래에 큰 문제가 될 수 있는 차량 반도체 소프트에러 해결방안에 대한 논의를 꾸준히 해 왔습니다. 

오는 4월 28일 웨비나로 개최되는 ASSIC 2022에선 반도체 소프트에러에 관해 다양한 지식과 경험을 갖고 있는 전 세계 반도체 전문가가 나와 평가와 분석에 대한 실무 정보를 제공합니다. 

카밀레 벨렌저 샴페인(Camille Belanger-Champagne) 캐나다 트라이엄프(TRIUMF) 박사는 양성자 및 중성자 평가 빔 시간을 최대한 활용하는 다양한 노하우를 소개합니다. 트라이엄프는 캐나다의 입자 가속기 센터입니다. 전 세계 유수의 반도체 업체가 수시로 이 센터에 방문해 소프트에러에 관한 평가를 실시하고 있습니다. 보통 칩 하나 평가하는 데 적게는 3일, 많게는 5일 정도가 소요됩니다. 시간당 400~700달러 비용을 줘야하는 시설이기때문에 빔 시간을 최대한 활용하는 것이 매우 중요합니다. 

대일 맥모로우(Dale McMorrow) 미국해군연구소(Naval Research Lab) 박사는 레이저를 활용한 반도체 소프트에러 평가 방법을 소개합니다. 레이저를 반도체에 쬐면 마치 중성자가 반도체에 닿아 소프트에러를 일으키는 것과 비슷한 환경을 조성할 수 있습니다. 레이저는 에너지의 크기, 위치, 깊이를 조절할 수 있습니다. 따라서 어떤 크기의 에너지가 반도체의 어떤 영역에 소프트에러를 일으킬 수 있는지를 미리 확인할 수 있습니다. 미국해군연구소는 이처럼 레이저를 활용해 반도체 소프트에러를 평가하는 기술을 세계 최초로 개발한 곳입니다. 

영국 라드테스트(Radtest)는 이처럼 레이저를 활용해 반도체 소프트에러를 평가할 수 있는 장비를 개발한 회사입니다. 리처드 샤프(Richard E. Sharp) 라드테스트 CEO가 직접 나와 관련 시스템을 소개합니다. 

이외 미국 SK하이닉스 법인의 김장률 팀장은 자동차용 최신 D램과 솔리드스테이트드라이브(SSD)의 기술 개발 방향을 제시합니다. 큐알티에선 기중식 박사가 소프트에러 평가 표준인 JEDEC JESD89B 개정에 따른 변경 사항과 시사점을 정성수 최고기술책임자(CTO)가 큐알티의 첨단 방사선 평가 및 평가 자료 분석 시스템을 소개합니다. 

자율주행자동차 기술은 눈과 손이 비교적 자유로운 레벨3 시대를 맞이하고 있습니다. 각국의 법 제도 개정 이후 완전한 자율주행차가 열리는 시대도 멀지 않았습니다. 따라서 안전에 대한 중요성은 보다 높아질 수밖에 없겠습니다. 이번 행사를 통해 미래 자동차 반도체의 안전 영향, 그리고 평가 방법에 대한 노하우를 습득하시기 바랍니다. 

행사 등록 비용은 무료입니다. 해외 연사 발표시 한글 자막도 제공됩니다. 

◆ 행사개요

– 행사명 : ASSIC 2022(Advanced Semiconductor Safety Innovation Conference)
– 주요 주제 : Advanced Radiation Testing, Data Analysis & Validation Examples
– 행사 날짜 : 2022년 4월 28일 오전 10시부터 오후 5시까지
– 행사 위치 : 온라인 웨비나 
– 등록 비용 : 무료

◆ 프로그램 구성

한주엽 기자 다른기사 보기