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우리 #반모 할래? 8탄, 지구 온난화를 늦추는 ‘저전력 반도체’ – 삼성반도체이야기
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iPhone 또는 iPad에서 저전력 모드를 사용하여 배터리 사용 시간 절약하기 – Apple 지원 (KR)
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미래를 여는 저전력 기술, D군과 함께 알아보아요! : 네이버 블로그
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우리 #반모 할래? 8탄, 지구 온난화를 늦추는 ‘저전력 반도체’ – 삼성반도체이야기
최근 수 년 간, 전 세계 곳곳에서 기상이변이 발생하고 있습니다. 올해 여름도 예외가 아닌데요. 미국과 캐나다에서는 50도에 육박하는 폭염이 기록됐고, 영국과 독일, 중국의 경우는 폭우로 도시가 침수되기도 했습니다.
이러한 기후 변화의 주요 원인은 온실가스 배출로 인한 ‘지구 온난화’인데요. ‘쉽게 알아보는 반도체 모임, #반모 8탄’에서는 최고의 전력 효율을 바탕으로 지구 온난화를 늦추는 ‘저전력 반도체’에 대해 알아보겠습니다.
사용량이 증가할수록 점점 뜨거워지는 ‘데이터센터’와 ‘지구’
5G, 인공지능, 사물인터넷 등 기술이 급속도로 발전하고, 유튜브나 OTT 등 영상 플랫폼 사용이 일상화되면서 엄청난 양의 영상과 사진들이 ‘데이터센터’에 저장되고 있습니다. 데이터를 처리, 저장하고, 소비자들에게 끊김 없이 제공하기 위해서 데이터센터는 24시간 가동되어야 하며 이는 어마어마한 양의 ‘전력’을 필요로 합니다. 또한 데이터센터 가동을 위한 전력 사용 외에도, 쉬지 않고 가동되는 데이터센터의 열기를 식히기 위한 전력도 필요합니다.
이러한 전력 사용의 증가는 지구 온난화를 야기하는 온실가스 배출의 주요 원인이기에, 데이터센터의 전력 소모를 최대한 줄이는 것이 전 세계적인 과제가 되었는데요. 데이터센터의 전력 폭증을 해결할 수 있는 방안으로 주목받고 있는 것이 바로 ‘저전력 반도체’입니다. 전력을 덜 소모하고 열 발생이 적어 데이터센터 전체의 전력 효율을 최적화할 수 있기 때문입니다.
환경을 위한 차가운 솔루션, ‘저전력 반도체’
기존에는 데이터센터 서버에서 주로 HDD(Hard Disk Drive)를 사용해 데이터를 저장했는데요. 2000년대 등장한 SSD(Solid State Drive)는 HDD보다 성능은 뛰어나면서도 소비 전력과 발열이 적은 장점 때문에 HDD를 대신하는 최적의 데이터센터 솔루션으로 자리잡았습니다. 하지만, 인류가 만들어 내는 데이터의 양은 엄청난 속도로 증가해, 2025년에 축적되는 데이터가 2018년까지 쌓인 데이터 대비 5.3배나 증가한 175ZB(제타바이트)에 달할 것으로 예상되고 있습니다. 이 때문에 데이터센터 전력 효율의 중요성은 계속해서 커지고 있습니다.
* 제타바이트(ZB): 데이터 정보량을 나타내는 단위. 10의 21제곱을 의미하는 접두어 제타(zetta)와 컴퓨터 데이터량을 표시하는 단위인 바이트(byte)의 합성어
이에 삼성전자 반도체는 SSD의 전력 효율을 최대로 끌어올리고자 노력하고 있습니다. SSD가 작동할 때 불필요하게 소모되는 ‘잉여 전력’ 요소를 찾아내고, 온도가 어떻게 변화하는지도 모니터링해 최대한 발열을 줄일 수 있는 기술도 개발하고 있습니다. 이러한 노력의 일환으로, 2021년 2월에는 데이터센터 전용 고성능 저전력 SSD ‘PM9A3 E1.S’를 출시하고, 3월에는 업계 최초로 ‘하이케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate, 이하 HKMG)’ 공정을 적용해 저전압에서도 고성능 구현이 가능한 DDR5 모듈을 선보였습니다. 이후 5월에는 DDR5 D램 모듈의 성능을 극대화하고 전력 사용은 최소화하는 전력관리반도체 (PMIC) 3종을 출시했고요.
‘저전력 메모리 반도체’로 데이터센터의 전력량을 얼마나 줄일 수 있을까?
2020년에 출하된 전 세계 데이터센터 서버용 HDD를 모두 SSD로 교체한다고 가정하면, 전력량은 연간 3TWh(테라와트시)나 절감됩니다. 여기에 2020년 출하되는 서버의 D램을 기존 DDR4에서 최신 DDR5로 업그레이드 하면, 연간 약 1TWh를 추가로 절감할 수 있습니다. 또한 그 결과로, 서버를 직접 가동하는 전력 외에도 열기를 식히는 에너지를 포함해 데이터센터 전반적인 운영 facility에 드는 전력도 3TWh가 절감됩니다.
이를 모두 합치면 연간 총 7TWh의 전력량이 절감되는데요. 이는 노후 화력발전소 2.5기를 대체할 수 있는 전력량입니다. 이처럼, 저전력 반도체를 사용하면 에너지를 큰 폭으로 절약할 수 있고, 그에 따라 온실가스 배출량도 저감된다는 것을 알 수 있습니다.
* 와트시(Wh): 전력량의 단위. 전력량은 전력과 시간의 곱으로 정의되므로, 전력의 단위인 와트(W)와 시간의 단위인 시(h)를 곱한 와트시(Wh)로 표기
지금까지 뛰어난 성능과 전력 효율로 지구 온난화를 낮추는 ‘저전력 반도체’에 대해 알아봤습니다. 삼성전자는 2009년 ‘그린메모리’ 캠페인을 시작으로, 매년 더욱 진일보한 저전력 반도체 제품을 선보여왔는데요. 앞으로도 지속 가능한 미래를 만들어나가기 위해 노력할 예정입니다. 오늘도 여러분들에게 유익한 시간이 되었기를 바라며, 다음 #반모에서 만나요!
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iPhone 또는 iPad에서 저전력 모드를 사용하여 배터리 사용 시간 절약하기
저전력 모드를 켜면 iPhone 또는 iPad를 충전 없이 더 오랫동안 사용할 수 있지만 일부 기능을 업데이트하거나 완료하는 데 시간이 더 오래 걸릴 수 있습니다. 또한 저전력 모드를 끄거나 iPhone 또는 iPad를 80% 이상 충전할 때까지 일부 작업이 작동하지 않을 수 있습니다.
저전력 모드로 인해 저하되거나 영향을 받는 기능은 다음과 같습니다.
iPhone 12 모델의 5G(비디오 스트리밍 제외) 1
자동 잠금(30초로 기본 설정되어 있음)
디스플레이 밝기
ProMotion 디스플레이가 탑재된 iPhone 및 iPad 모델의 디스플레이 재생률(최대 60Hz로 제한됨) 2
일부 시각 효과
iCloud 사진(일시 중단됨)
자동 다운로드
이메일 가져오기
백그라운드 앱 새로 고침
저전력 모드가 켜지면 상태 막대의 배터리가 노란색으로 바뀝니다. 노란색 배터리 아이콘 및 배터리 잔량(%)이 표시됩니다. iPhone 또는 iPad를 80% 이상 충전하면 저전력 모드가 자동으로 꺼집니다.
1. iPhone 12, iPhone 12 mini, iPhone 12 Pro, iPhone 12 Pro Max의 경우 저전력 모드를 사용하면 5G가 비활성화되고(비디오 스트리밍 및 대용량 다운로드와 같은 일부 경우 제외), 5G 단독 규격(사용 가능한 경우)도 비활성화됩니다.
2. iPhone 13 Pro, iPhone 13 Pro Max, 10.5형 iPad Pro, 모든 11형 iPad Pro 모델, 12.9형 iPad Pro(2세대) 및 이후 모델에 ProMotion 디스플레이가 탑재되어 있습니다.
미래를 여는 저전력 기술, D군과 함께 알아보아요!
LG에서 발표한 G워치나 대형 TV 등에
사용되고 있는 저전력 기술을 아시나요?
저전력 기술이란 전력을 소비하는 기기의
전력 소모를 낮추는 기술을 의미하는데요.
지난 SID 2014 에서도 화두가 되고
LG디스플레이에서도 M+기술을 이용하여
저전력 기술을 시행하고 있습니다.
미래를 열어가는 저전력 기술
오늘은 D군, D양과 함께
저전력 기술에 대해 알아보도록 할까요?
우선 저전력 기술을 더욱 쉽게 이해하기 위해
D군이 간단한 예시를 들어드리겠습니다.
이제는 문자나 전화뿐 아니라
인터넷 검색, SNS, 게임, 지도, 공부까지
우리 일상을 스마트하게 만들어준 스마트폰!!
없어서는 안 될 생활의 필수품이 됐죠?
그.런.데
이런 스마트폰의 전력소비가 커서
1시간 만에 배터리가 전부 닳는다면 어떨까요?
D군은 정말 생각만 해도 답답하네요.
TV는 또 어떻고요??
최근 TV의 화면 크기가 점점 커지고 있는데요.
커지는 만큼 더 넓은 면적에 균일한 광원을
전달해야 하기 때문에 TV는 점점
전력소비가 증가할 수밖에 없습니다.
즉 저전력 기술이 없다면 TV가 커질수록
전력의 소비 증가로 인해 기존 대비
전기세가 더 나올수 있다는 것이지요.
이렇듯 디스플레이가 들어간 제품은
필수적으로 저전력 기술이 꼭 필요한데요.
저전력 기술의 의미와 필요성을
좀 더 자세히 알아보기 위해
파주에서 R&D동에 근무 중이신 멘토님들께
저전력이 필요한 이유를 질문해봤습니다.
단순히 전력 소모를 낮춘다는 의미를 벗어나
디스플레이 자체의 불량률에
대처하여 더욱 안정성을 높이고,
자원의 낭비까지 막을 수 있는 저전력 기술!!
정말 대단하지 않나요?
그렇다면 이런 저전력 기술은
실제로 어떻게 적용되고 있을까요?
지난 6월에 열렸던 세계디스플레이학회
SID 2014에서도 저전력 관련
기술과 제품은 많은 주목을 받았습니다.
우선 LG디스플레이에서 사용하고 있는
M+ 기술에 대해 알아보도록 하겠습니다.
M+ 기술이란 기존의 RGB(Red, Green, Blue)로
이루어진 한 픽셀에 흰색(White)을 추가하여
전력 소비는 낮추면서 휘도는 높이는
차세대 디스플레이 기술입니다.
기존의 픽셀을 구성하는 RGB에서
흰색 서브 픽셀을 추가하여 기존의 LCD보다
휘도는 60% 향상하고 전력은 30% 절감시켜
저전력 기술의 떠오르는 효자입니다.
TV의 경우 해상도가 높아지면
픽셀의 개구율 즉 빛이 나오는 영역이 작아져
휘도를 높여야 하고 자연스레 전력이 높아지는데
M+의 저전력, 고휘도의 장점을 이용한다면
초고해상도와 저전력이라는 두 마리 토끼를
잡을 수 있게 됩니다.
이런 M+ 기술은 투명디스플레이에도
사용되고 있다고 하네요.
궁금하신 분들은 아래의 링크를 참고해주세요.
좀 더 M+ 기술에 대해 알고 싶다면? ▼ 투명디스플레이의 일등 공신, M+ ! http://blog.naver.com/youngdisplay/220015192433
LG디스플레이에서 채택한 M+ 말고
저전력을 실천할 수 있는 기술은
어떤 것이 있을까요? 바로 E-잉크 입니다.
E-잉크는 흔히 E-페이퍼라고도 하는데요.
흔히 LED나 LCD의 경우 백라이트를
사용하여 화면을 나타내지만
E-잉크는 흑백 색상의 작은 입자가 포함된
작은 캡슐 형태의 화소를 이용합니다.
각 캡슐에 전하를 가해 전하를 띠는 입자들의
배열을 변화시켜 글자나 그림을 표현 합니다.
E-잉크의 경우 백라이트가 필요 없어
얇고 가벼우며 휘어지게 만들 수 있습니다.
백라이트를 사용하는 것이 아니라
입자들의 배열을 변화시킬 때만
전기를 사용하므로 전력소비도 낮습니다.
이런 E-잉크를 이용해 최근에는
스마트워치나 E북 등에 응용되고 있습니다.
2010년에 LG디스플레이에서도
E-잉크를 이용한 19인치 전자종이를
개발한 적도 있습니다.
아직까진 다양한 색상표현이나
고해상도 구현 등이 어렵다는 단점이 있지만
위의 사진에서 보이듯이 어느 정도의 컬러와
스마트워치, E-북 리더기 등에서 응용하며
앞으로의 많은 발전이 기대되는 기술입니다.
이런 저전력 기술은 다양한 분야에서
여러 가지 방법으로 활용할 수 있는데요.
D군과 D양이 어떻게 활용 가능할지
함께 생각해보았습니다.
저전력 기술이 이용될 수 있는 분야는
앞서 소개해 드린 것처럼 매우 다양합니다.
대형 TV에 적용해 고해상도와 저전력이라는
두 마리의 토끼를 잡을 수도 있고
웨어러블 장비에서 투명 디스플레이까지
여러 분야에서 활용이 가능합니다.
그렇다면 학교도, 학과도 다른 D군과 D양은
저전력 기술의 활용 방안에 대해
어떻게 생각하는지 한번 확인해 볼까요?
전자전기공학을 전공하는 D군은
기술발전과 차별성을 생각했습니다.
확실히 중국의 디스플레이 시장이 커진 만큼
기술로 더욱 경쟁력을 강화해야 할 것입니다.
D양들은 환경에 관해 생각해보았네요.
전력의 소비는 에너지의 소비고
그 에너지의 소비는 자원의 소비로
연결되기 때문에 중요하다 볼 수 있습니다.
만약 저전력 기술이 극단적으로 발전한다면
정말 전등의 빛이나 태양 빛으로
전자기기의 충전을 빠르게 할 수 있지 않을까요?
공부하는 전공도 다른 만큼
다양하고 재미있는 답변이 나왔네요.
D군과 D양이 생각하는 미래가
하루빨리 실현되었으면 합니다.
오늘은 D군, D양과 함께 저전력 기술에 대해
알아보았는데요. 재미있으셨나요?
앞으로 웨어러블 디바이스나
고해상도의 TV 등 여러 제품이 등장할수록
저전력 기술 시장은 발전할 것입니다.
더욱 발전하는 저전력 기술을 기대하며
오늘의 포스팅은 마치도록 하겠습니다.
감사합니다.
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