<자막원문>

진행: 한주엽 디일렉 대표

출연: 기중식 큐알티 박사

-오늘 큐알티의 기중식 박사님 모시고 반도체 소프트에러 관련된 얘기 해보도록 하겠습니다. 박사님 안녕하십니까.

“안녕하십니까.”

-저희가 4월 28일 날 얼마 안 남았습니다. 지금 4월 15일인데 첨단반도체안전혁신콘퍼런스(ASSIC) 2022를 큐알티가 개최하는 것을 저희가 약간 후원을 해서 열기로 했습니다. 그래서 ASSIC 2022라는 행사명으로 개최를 하는데 박사님 ASSIC가 첨단반도체안전혁신콘퍼런스의 약어죠?

“맞습니다.”

-반도체 안전 혁신이라는 건 다양한 분야에서 쓰일 수 있겠지만 특히 자율주행차가 많이 늘어나면서 안전에 대한 게 높아지고 있는데 사실 이게 저희가 많이 다뤘는데 되게 내용이 어려워요. 소프트에러는 왜 일어나냐? “외계에서 들어오는 중성자로 인하여 소프트에러가 일으켜지고 그걸로 차에서 문제가 일어날 수 있다.” 이런 내용들은 저희가 많이 그동안 다뤘는데 제가 짤막하게 좀 내용에 대해서 여쭤볼게요. 외계에서 중성자가 들어온 건 아니죠?

“그렇습니다. 외계에서 들어오는 것은 주된 게 양성자입니다. 양성자가 대기에서 들어오면서 대기 중에 질소나 산소와 충돌해서 어떻게 보면 이차적으로 부수적으로 생기는 입자라고 생각하시면 될 것 같습니다.”

-양성자가 주로 들어오는데 질소나 이런 거랑 대기 중에서 만나고 깨지면서 결국에는 땅에 떨어지는 거는.

“주로 중성자가 떨어지는 겁니다.”

-많이 떨어집니까? 얼마나 떨어집니까?

“그 숫자가 물론 지역마다 그리고 고도마다 숫자가 다른데. 보통 우리가 기준으로 얘기하는 부분이 뉴욕 해수면에서의 숫자를 많이들 얘기를 합니다. 거기에 시간당 단위 제곱센티미터당(cm2) 한 13개 정도가 떨어지고 있습니다.”

-시간당 단위 제곱센티미터당(cm2) 13개. 많이 떨어지는 거죠?

“어떻게 보면 13개라고 그러면 적을 수도 있는데. 사실은 면적이 단위 제곱센티미터(cm2)니까. 예를 들어서 우리 몸만 하더라도 면적으로 따지면 엄청 넓게 되는 거죠. 그러니까 그렇게 하면 굉장히 사실은 그 숫자가 많다고 생각할 수 있습니다.”

-중성자는 어떻습니까? 제 몸에 맞으면 맞고 뒤로 뚫고 들어갑니까? 아니면 어떻습니까?

“워낙 사실은 에너지가 강하고 그리고 특히 중성자는 전기를 띠고 있지 않기 때문에 굉장히 투과력이 좋습니다. 그래서 저희들 몸 같은 경우에는 다 그냥 통과를 합니다.”

-통과를 해요?

“실제로 그런 중성자를 맞기 싫어서 방어를 하려면 얼마만큼 필요한가 하면 아주 강화 콘크리트로 거의 한 2~3m 정도의 두께가 돼야지만 사실은 완전히 막을 수가 있습니다. 그만큼 굉장히 투과력이 좋다고 볼 수 있는 거죠.”

-물은 약간 감속을 시킨다고 하던데요?

“물도 사실은 들어가면 어느 정도 물의 분자랑 부딪혀서 감속이 되기는 되는데. 물론 시멘트보다는 사실은 약하지만 그래도 계속 에너지를 잃으면서 감속이 되긴 된다고 볼 수 있죠.”

-중성자가 반도체에 닿으면 어떤 영향을 일으킵니까?

“그래서 중성자가 반도체에 들어가면 반도체는 주로 실리콘이라는 원자로 구성이 되어 있는데 실리콘이랑 부딪혀서 다시 추가적인 여러 가지 원자들이 발생이 됩니다. 추가적인 원자들은 대부분 전기들을 띠는 원자들이 발생이 되는데. 그것들이 다시 반도체 내에서 전자 같은 것들을 발생을 시키고 그 부분들이 다시 반도체 내에 여러 가지 전압들이 있는데. 그 전압의 레벨들을 변경을 시켜서 반도체가 오동작하게 하는 원인이 되기도 합니다.”

-예를 들어서 왼쪽으로 가야 되는데 오른쪽으로 가게 된다.

“그렇죠.”

-브레이크를 밟아야 되는데 가속 페달을 밟게 된다거나.

“그렇죠. 예를 들어서 지금 중성자를 맞으면 본래 0인 데이터가 1로 바뀔 수도 있고 1인 데이터가 0으로 바뀔 수가 있습니다. 그렇게 되면 예를 들어서 가속하는 것은 1이고 정지하는 건 0이라고 하는데. 본래 0이어야 되는데 1로 바뀌면 정지해야 되는데 가속이 되는 그런 형태가 된다고 볼 수있습니다.”

-실제로 그런 일이 문제가 됐던 적이 있습니까?

“미국에서 도요타의 자동차가 우리가 보통 많이 얘기하는 급발진이겠죠. 사실은 이런 불량들은 전기를 끄면 사실은 없어져 버리기 때문에. 그걸 사실은 입증하기가 굉장히 사실은 쉽지가 않습니다.”

-그게 뭔가 꺼지면 1이었던 게 0으로 됐던 게 사라집니까?

“사라집니다.”

-기록이 남지 않습니까?

“그렇지는 않습니다.”

-도요타 사고 같은 경우는 규명하기가 되게 어려웠겠네요?

“그래서 굉장히 어려워서 사실은 그걸 조사하는 데도 몇 년이 걸렸고. 그리고 또 그게 쉽게 하기가 어려우니까 나중에는 미 항공우주국(NASA)까지 사실은 그 원인을 의뢰를 해서 분석을 했습니다. 그런데 최종적으로는 소프트에러에 의한 가능성이 아주 높다고 얘기한 거지 이것 때문이라고 명확하게 사실은 얘기하지는 못한 상태입니다. 그만큼 사실은 시스템에서 생긴 불량은 이것에 의한 불량이라고 명확하게 사실은 밝히기가 굉장히 사실은 어려운 상황입니다.”

-중성자로 인한 반도체의 소프트에러가 그때 급발진 사고 난 건 도요타 자동차는 그냥 지금 소위 얘기하는 엄청난 기술을 갖고 있는 자율주행차 이런 건 아니었던 거고.

“그렇습니다.”

-지금 앞으로 계속 이 자동차의 전장화가 계속 이루어져 가고 있는데 이런 소프트웨어에 대한 어떤 이해 혹은 그런 경각심을 갖고 있는 산업계의 어떤 경각심 이런 것들 수준은 어느 정도입니까?

“사실은 그런 부분들이 계속 이슈가 되니까. 사실은 자동차 안전에 관련된 어떤 표준이 있습니다. ISO26262라는 표준이 있고 그 표준에 이런 소프트웨어에 관련된 테스트를 하고 그것에 의한 불량들이 일정 수준 이하로 되어야지만 사실은 자동차에 사용될 수 있다는 규격이 있습니다. 그래서 그만큼 사실은 이런 부분들이 산업계에서는 명확하게 이게 문제가 된다는 것을 인식을 하고 그걸 규격에다가 집어넣고 그다음에 그걸 관리를 하고 있다고 생각하시면 될 것 같습니다.”

-최고 안전 등급인 ASIL(Automotive Safety Integrity Level, 차량안전무결성수준) 등급 D를 받으려면 10 FITs.

“10 FITs(Failure-in-Time, 10 FITs는 10억 시간당 10번 고장).

-그러니까 10억 시간에 10번 고장.”

“어떻게 보면 사실은 우리가 쉽게 상상할 수 없는 만큼 굉장히 타이트한 레벨이라고 얘기할 수 있습니다.”

-규정이 돼 있는 거네요.

“규격이 되어 있습니다.”

-10억 시간당 10번 고장 정도만 일어나야 된다는 낮은 소프트에러율을 달성해야 최고 등급인 ASIL D 등급을 받을 수 있다.

“그렇습니다.”

-테스트 어떻게 합니까?

“그래서 테스트를 하기 위해서 보통 방법은 그냥 쉽게 생각하면 자동차를 몇 년 동안 계속 달리게 하면서 그런 부분들이 있는지를 뭔가 장치를 써서 감지를 해서 하는 방법도 있고 가장 쉬운 방법이죠. 근데 그렇게 하려면 굉장히 많은 시간이 걸리고 또 많은 장비들이 필요하게 되어 있어서 그런 부분들을 어떻게 하면 간단하게 짧은 시간에 할 수 있을지 고민을 해서 한 게 뭔가 하면 쉽게 말하면 가속 좀 더 많은 중성자를 주입을 해서 어떻게 보면 쉽게 감지를 할 수 있는 방법을 찾은 거죠. 그래서 그렇게 하려면 아까도 말씀드린 지구상에 그냥 떨어지는 중성자보다 훨씬 많은 양의 중성자를 인위적으로 투입을 시켜서 테스트를 하는 겁니다.”

-아까 뉴욕 해수면의 제곱센티미터(cm2) 시간당 13개였는데. 그걸 예를 들어서 좀 가속을 시키려면 만약에 2배 가속시키려면 제곱센티미터(cm2) 26개. 이런 식으로 많이 집어넣는다.

“근데 이제 얼마만큼 많이 집어넣는가 가속을 하는가 하면 적게는 약 100만 배. 시간을 굉장히 단축시키기 위해서 그리고 테스트하는 제품의 수량을 줄이기 위해서 그만큼 사실은 많은 가속을 시켜서 짧은 시간 내에 저희들이 검사를 할 수 있도록 지금 실시를 하고 있습니다.”

-그렇게 중성자를 쏠 수 있는 시설은 어디에 있습니까?

“사실은 이제 이 시설을 만들려면 굉장히 사실은 돈이 많이 듭니다.”

-그렇죠. 중성자를 발생시켜야 하니까.

“거의 한 1조원 가량 된다고 보시면 됩니다. 그렇게 많이 들기 때문에 사실은 어떤 개별 기업들이 이렇게 하기는 굉장히 어렵습니다. 그래서 지금 있는 데는 미국 · 캐나다 · 일본 · 중국 이 몇몇 국가에서만 이런 시설을 운영을 하고 있습니다.”

-그러면 제가 자동차 반도체용 디지털 MCU를 만드는 회사다. 그런데 전장 티어1이든 OEM이든 ASIL D 등급을 맞춰야 된다라고 오면 우리가 테스트했다는 증거를 갖다 줘야 될 거 아닙니까.

“그렇습니다.”

-그러면 다 해외 나가서 그걸 테스트를 해야 되고.

“지금은 해외에 나가서 테스트를 할 수밖에 없습니다.”

-그것도 아무나 가서 테스트할 수 있는 건 아니잖아요? 뭘 좀 알아야 테스트하는 거 아닙니까?

“그렇죠. 일단 사실은 사용하는 비용도 굉장히 비쌉니다. 시간당 거의 한 1천불 가량.

-시간당 1천불이요?

“하루에 사용하면 거의 한 2만 4천불 정도 되니까 굉장히 사실은 비싼 장비입니다. 사실은 건설하는 데도 굉장히 많은 돈이 들었지만 사용하기 위해서도 굉장히 많은 비용이 듭니다. 그래서 아무나 가서 물론 신청해서 그쪽에서 허가가 되면 사용은 할 수 있는데 비싼 장비를 아무나 가서 할 수는 없는 거죠. 사실은 그 부분들을 테스트를 어떻게 할지는 잘 이해를 하고 그리고 우리가 원하는 데이터를 잘 테스트할 수 있는 어떤 장비도 필요하고 그런 부분들이 잘 갖춰야지만 테스트 할 수가 있다고 생각하시면 됩니다.”

-그런 테스트에 대한 컨설팅이라든지 가속 시설에 가서 뭔가 테스트를 용이하게 할 수 있는 장비라든지 이런 것들을 큐알티가 개발을 하고 계시고 일부 사업을 하고 계시잖아요. 그래서 이런 거에 대한 저변을 좀 넓혀야 되겠다라고 해서 매년 ASSIC 행사를 해왔는데 올해 지금 6회째입니까?

“원래 여섯 번째입니다. 그러니까 지금 2018년부터 시작을 해서 처음 시작할 때는 한국이랑 미국이랑 양쪽에서 번갈아 하면서 이렇게 쭉 처음에는 2년 동안 그렇게 해왔었는데. 중간에 코로나 때문에 한 번은 쉬고 지금은 온라인으로 해서 1년에 한 번씩 진행을 하고 있습니다.”

-지금 말씀드렸던 여러 가지 기초 배경을 갖고 이 행사에 대해서 바라보시면 굉장히 좋은 콘텐츠들이 이번 행사에 ASSIC 2022 행사에 많이 나옵니다. 일단 무료로 들어와서 한국 반도체 업계에 계신 분들이라면 누구나 오셔서 들으실 수 있기 때문에 저희 사이트 들어오셔서 한 번 신청해 주셔서 들어보시면 되게 좋을 것 같고요. 이미 많은 분들이 신청을 해 주셨는데 주로 자동차 반도체 이런 쪽에는 전장 쪽에 있는 분들이 좀 신청을 해주셨어요.

“자동차 쪽 분들도 관심이 많으시고 최근에는 사실은 국내에도 위성이라든지 사실은 우주 쪽 관련된 업무를 하시는 분들도 굉장히 사실은 많아져서 그쪽 분들도 관심이 많아서 많이 참여를 하는 걸로 그렇게 알고 있습니다.”

-4월 28일 날 저희가 온라인으로 행사를 하거든요. 그래서 행사 내용에 대해서 짤막하게 제가 좀 여쭤보겠습니다. 첫 번째로 캐나다 트라이엄프(TRIUMF)라는 곳에 카밀레 벨렌저 샴페인 박사님이 발표를 해 주시는데. 캐나다 트라이엄프(TRIUMF)는 뭐 하는 곳입니까?

“트라이엄프(TRIUMF)는 이름에서 그러니까 TRI, 3개의 캐나다 대학이 1968년도에 입자 가속기를 운영하기 위해서 단체를 하나 만들었습니다. 거기서 해서 이쪽은 지금 520MeV의 '싸이클로트론'이 있습니다. 그 싸이클로트론을 이용해서 양성자를 만들고 그 양성자로 다시 중성자를 만드는 그런 시설을 운영하고 있는 기관입니다.”

-여기서는 이분이 나와서 뭔가 어떤 얘기를 해 주실까요?

“지금 전 세계적으로 중성자 테스트를 하려고 하는 수요가 굉장히 늘어나고 있습니다. 기존에는 사실은 항공우주 쪽만 주된 포커스였는데 최근에는 자동차 그리고 또 최근에는 데이터센터 같이 고신뢰성을 요구하는 그런 쪽에서 굉장히 필요하기 때문에. 이 테스트 수요가 굉장히 증가를 하고 있습니다. 테스트 수요가 증가하고 있어서. 근데 시설 자체는 제한되어 있고 그래서 어떻게 하면 효율적으로 기존에 있는 시설들을 활용할지가 굉장히 사실은 중요합니다. 그래서 카밀레 벨렌저 샴페인 박사가 이번에 ASSIC 2022에 참가해 주셔서 어떻게 하면 좀 더 효율적으로 테스트 빔을 사용을 할 건지 그런 부분들에 대해서 좀 더 포커스해서 말씀을 드릴 예정입니다.”

-중성자 테스트 가속 시설은 지금 한국에는 없고요.

“네.”

-지금 캐나다에 있고 미국에 있고 또 어디 있다고 하셨죠?

“일본 · 중국.”

-주로 그럼 미국과 캐나다 장비를 많이 쓰는 거죠?

“근데 제가 일본이랑 중국 얘기를 드렸는데 사실은 일본이나 중국 쪽은 해외는 개방을 하지 않습니다.”

-우리 것만 쓰겠다.”

“그래서 국내에서 갈 수 있는 데는 미국이랑 캐나다뿐이라고 생각하시면 됩니다.”

-그러니까 예약하기도 쉽지 않고 짧은 시간 내에 가서 비싼 돈 들여서 이 테스트를 해야 되는데 어떻게 하면 우리가 잘 효율적으로 테스트를 할 수 있느냐에 대한 방법론은 카밀레 벨렌저 샴페인 박사님이 얘기를 해 주시는 걸로 돼 있고 미국해군연구소(Naval Research Lab)에서도 나와서 누가 발표를 하시던데요. 대일 맥모로우(Dale McMorrow) 박사님.

“저도 처음 제가 미국해군연구소(Naval Research Lab)라는 걸 이번에 알았는데 저는 미 해군연구소라고 해서 해군이랑 관련된 특히 이제 배랑 해양이랑 관련된 부분만 그쪽에서 연구를 하는 거라고 저는 생각을 했었는데 제가 한 번에 알아보니까 해양뿐만 아니라 대기 그다음에 우주. 여러 가지 환경에 관한 것 부분만 아니라 항공기 그다음에 우주선에 관련된 부분들도 같이 연구를 하고 있더라고요. 그래서 특히 이제 이 연구소는 제가 지금까지 우리가 얘기한 이런 여러 가지 중성자에 의한 반도체에 생기는 불량들을 중성자 빔이나 이런 것이 아니라 레이저로 그 원인을 파악을 하고 그다음에 분석하는 그런 기술을 처음으로 개발한 연구소입니다. 그래서 그 연구소에서 계신 대일 맥모로우(Dale McMorrow) 박사님께서 이번에 와서 발표를 하실 텐데. 이분은 반도체 중에서도 단순히 실리콘뿐만 아니라 또 요즘 많이 사용하는 반도체가 뭔가 하면 앞으로 유명한 반도체가 3-5족 반도체입니다. 3-5족 반도체가 중성자에 의해서 어떻게 불량들이 생기는 이런 메커니즘을 레이저로 분석하는 그런 방법들 지금 현재 연구를 하고 계십니다.”

-중성자 가속기 센터를 가지 않더라도 레이저를 활용해서 우리가 뭔가 여기서 어떤 영역의 레이저를 쏴 보면 뭔가 중성자가 닿았을 때와 같은 뭔가 환경을 모사를 하는?

“그렇습니다. 비슷한 불량들이 생기고 물론 사실은 레이저는 포톤이기 때문에 발생시키는 방법은 약간 차이가 나는데 결과는 거의 비슷한 결과들을 유발을 시킵니다.”

-영국 라드테스트(Radtest)라는 회사도 나오던데. 여기도 레이저를 활용한.

“라드테스트(Radtest)라는 회사는 항공기나 우주선에 사용되는 여러 가지 반도체에 대한 방사선 테스트 서비스를 하는 회사고 그리고 또 그걸 하면서 더 필요로 해서 레이저 장비를 개발했습니다. 개발해서 그걸 판매하고 있는 회사입니다. 그래서 지금 아까 전에 대일 맥모로우(Dale McMorrow) 박사님께서 연구하고 계시는 그런 레이저를 실제로 이제 만들어서 판매하고 있는 그런 회사라고 보시면 됩니다.”

-미국 SK하이닉스 법인에서도 어떤 분이 나오셔서 발표를 해주셨는데요.

“이번에 발표하시는 분은 SK하이닉스 미국 법인에서 D램 테크니컬 마케팅을 담당하시는 분입니다. 이분은 주로 하시던 일들이 메모리의 JEDEC 스펙을 만드는 데 참여하시는 분입니다. 그리고 또 미래 메모리가 앞으로 어떻게 될 건지 그런 부분들을.”

-중요하죠. 가서 의견도 개진하고 남들을 어떻게 생각도 좀 듣고.

“그래서 그런 일을 하면서 자동차용 메모리가 안전이 굉장히 중요하다고 말씀을 드렸는데. 안전을 위해서 어떤 디자인을 할 때 어떤 것을 고려를 할지 그런 부분들에 대해서 이번 발표에서 설명을 할 예정입니다.”

-큐알티에서도 발표 세션이 두 개가 있던데 어떤 내용들입니까?

“큐알티에서는 하나는 지금 방사선 테스트를 하는 스펙이 있습니다. 반도체방사선 검사기준(JESD89B)라고 스펙이 있는데 그 스펙이 작년에 개정이 되었습니다. 개정이 됐는데 그중에는 지금까지 제가 여러 번 말씀드렸듯이 빔의 여러 가지 리미테이션 부분들이 있는데 그런 부분들을 어떻게 해결할 건지에 관련된 부분을 반영을 해서 한 내용들이 있습니다. 그런 부분들을 설명을 드리고 그런 것들이 실제로 우리가 테스트하는 데 어떤 영향을 줄 건지 그런 부분도 말씀을 드리고 또 실제로 우리가 테스트를 하려면 테스트 시스템이 필요합니다. 시스템이 필요한데 그런 일반적인 테스트 시스템뿐만 아니라 큐알티에서는 사실은 그 테스트를 좀 더 정확하게 테스트할 수 있는 여러 가지 방법들을 개발해서 지금 개발하고 있는 장비에다 반영을 했습니다. 그런 부분들을 이번 콘퍼런스에서 좀 설명을 드리고자 합니다.”

-4월 28일 오전 10시부터 오후 5시까지 온라인으로 개최를 합니다. 저희가 밑에 링크를 좀 달아드릴 테니까 관심 있으신 분들 봐주시고요. 행사 등록 비용 무료입니다. 그리고 해외 연사 발표하시는 건 저희가 한글 자막도 제공을 해드리니까. 사실 이게 행사를 좀 홍보하기 위해서 오늘 영상을 만들었는데 이 내용들을 보면 한국의 반도체 업계에서도 조금 더 많이 들어와서 사실 잘 모르는 것 같고. “그게 뭔데?” 이렇게 물어보시는 분들도 사실 좀 많아서 관심 갖고 바라봐주시면 좋겠습니다. 이미 해외에서는 이런 거에 대한 관심들이 되게 많지 않습니까?

“당연합니다. 그래서 아까도 말씀드린 것처럼 쉽게 이제 우리가 나타나는 게 우리가 테스트를 하고 싶어도 테스트할 빔이 모자라서 못하는 것만큼 그만큼 사실은 많은 관심을 가지고 지금 진행되고 있는 거라고 생각하시면 될 것 같습니다.”

-박사님 오늘 말씀해 주셔서 고맙습니다.

“감사합니다.”