우주 환경에서 작동하려면 높은 내방사선 요구돼
현재 최신 우주용 CPU는 ST마이크로의 65nm 수준
스타링크, 원웹 등 저궤도 위성 인터넷 서비스 상용화가 가속화되면서 항공우주용 반도체 시장이 빠르게 성장하고 있다. 시장조사업체 시장 얼라이드마켓리서치에 따르면 항공우주 반도체 시장은 2021년 69억달러 규모에서 2031년 129억달러로 연평균 7.6% 고성장할 것으로 전망된다.
이러한 성장세에도 불구하고 항공우주용 반도체 시장은 국내에 잘 알려지지 않는 응용 분야다. 이는 국내에 항공우주용 반도체 개발 및 생산을 하는 기업이 적은 탓이다.
항공우주용 반도체는 높은 내(耐)방사선 설계가 요구된다. 고궤도 및 우주 환경에서는 양성자와 중성자, 중이온 등에 의한 다양한 오류가 발생할 수 있기 때문이다. 방사선으로 인한 대표적인 오류로는 변위손상방선량(DDD), 총 정리방사선량(TID), 단일사건효과(SEE) 등이 있다.
DDD는 원자가 이온화되지 않으면서 원자의 격자 배열을 바꿔 부품을 영구적으로 손상시킨다. 원자 배열을 바꾸기 때문에 해당 피해는 복구가 불가능하다.
TID는 전하를 띤 입자들이 전자 부품에 부딪혀 표면의 원자들을 이온화시키는 피해를 준다. 이러한 피해는 일시적인 경우가 많아 복구가 가능하다.
마지막으로 SEE는 우주용 반도체에서 가장 빈번하게 발생하는 오류다. 업계에서는 ‘소프트에러’라고 지칭하기도 한다. 해당 오류는 양성자 및 중성자 등의 입자들이 전자회로와 충돌해서 발생하며, 회로가 0을 1로, 1을 0로 계산한다.
이러한 오류들이 고궤도 및 우주 환경에서 발생하면 치명적인 결과를 야기할 수 있다. 이를 방지하기 위해 항공우주 업계에서는 내방사선 및 극한 환경 작동 능력 등 신뢰도 검증에 오랜 시간을 할애하고 있다. 실제로 우주용 반도체 신뢰도 테스트에는 보통 4~5년이 걸리며, CPU 등 중요 부품은 10년 이상의 시간이 소요된다.
현재 인공위성에 탑재되는 최신 우주용 CPU는 ST마이크로일렉트로닉스(ST)의 C65SPACE 제품이다. 해당 반도체는 65나노미터(nm)의 레거시 공정에서 생산됐지만, 개발 난이도는 엔비디아, AMD 등에서 생산하는 첨단 반도체 못지않다. ST는 2014년부터 해당 반도체 개발을 시작했고, 지난해 우주용 반도체 인증을 받는데 성공했다.
항공우주용 반도체 개발에는 많은 시간이 소요되는 만큼 일반 반도체에 비해 가격도 높다. 정성수 큐알티 CTO는 “우주용 반도체는 외계에서 사용할 수 있는 소자, 열도 잘 견디고 내방사선 기능을 갖춰야 한다"며 "일반 반도체 대비 1000배에서 10000배가량 비싸다”고 설명했다.
디일렉=노태민 기자 [email protected]
《반도체·디스플레이·배터리·자동차전장·ICT부품 분야 전문미디어 디일렉》
◆ 행사개요
– 행사명 : ASSIC 2023(Advanced Semiconductor Safety Innovation Conference)
– 주요 주제 : ASSIC 2023 “Single Event Effect Testing: Growing Needs & Timely Solutions” 단일 이벤트 영향 평가: 늘어나는 요구에 때 맞는 해결책
– 행사 위치 : 온라인 웨비나
– 등록 비용 : 무료
