차세대 반도체 칩 등장…전력 효율 96% 돌파

전력 낭비를 크게 줄일 수 있는 새로운 반도체 칩이 등장했다. 이 칩은 전압을 바꾸는 방식을 완전히 새롭게 설계해, 더 적은 에너지로 더 많은 일을 할 수 있게 만든다.

전기를 바꾸는 방식부터 다시 설계한 반도체 칩

컴퓨터는 높은 전압을 그대로 쓰지 못한다. 그래서 반드시 전압을 낮춰주는 과정이 필요하다. 이를 담당하는 장치가 ‘DC-DC 컨버터’다.

데이터센터에서는 보통 48볼트 전기를 사용하지만, GPU 같은 연산 장치는 1~5볼트 정도의 낮은 전압이 필요하다. 이 큰 차이를 효율적으로 줄이는 것이 핵심 기술이다.

문제는 기존 방식이 한계에 가까워졌다는 점이다. 대부분의 컨버터는 ‘인덕터’라는 자기장 기반 부품을 사용하는데, 이미 오랜 시간 발전해 더 이상 크게 개선하기 어려운 상태다.

연구진은 이 한계를 넘기 위해 완전히 다른 방식을 선택했다. 바로 ‘압전 공진기’라는 반도체 칩을 이용하는 것이다. 이 장치는 전기를 자기장이 아니라 ‘진동’으로 저장하고 전달한다.

진동을 이용해 전력 효율을 크게 높였다

연구팀은 압전 공진기와 작은 커패시터를 결합한 새로운 구조를 만들었다. 이 방식은 전기가 흐르는 경로를 여러 개로 나누어, 에너지 손실을 줄이고 더 많은 전류를 안정적으로 공급할 수 있게 한다.

실험 결과, 이 반도체 칩은 48볼트를 4.8볼트로 변환하면서 96.2%라는 매우 높은 효율을 기록했다. 또한 기존 압전 기반 기술보다 약 4배 많은 전류를 공급할 수 있었다.

쉽게 말하면, 같은 전기를 넣어도 더 적게 낭비하고 더 많이 쓸 수 있게 된 것이다.

이 기술은 칩 크기를 크게 늘리지 않으면서도 효율과 성능을 동시에 끌어올렸다는 점에서 의미가 크다.

아직은 초기 단계지만 가능성은 크다

다만 이 반도체 칩 기술은 아직 완전히 상용화된 단계는 아니다. 압전 공진기는 실제로 미세하게 진동하기 때문에, 기존처럼 납땜으로 쉽게 연결하기 어렵다는 문제가 있다.

그래서 앞으로는 소재 개선, 회로 설계, 패키징 기술을 함께 발전시켜야 한다.

연구진은 이 기술이 당장 기존 방식을 완전히 대체하긴 어렵지만, 앞으로 데이터센터 전력 효율을 크게 높일 수 있는 중요한 방향이라고 보고 있다.

결국엔, 전기를 다루는 방식 자체를 바꾸는 것이 미래 컴퓨팅 성능을 끌어올리는 핵심이 될 수 있다는 점을 보여주는 연구다.

성치훈 기자/ hello@sciencewave.kr

출처: ScienceDaily, “This new chip could slash data center energy waste”