2025년은 인공지능이 국가와 산업, 그리고 개인의 삶까지 깊숙이 스며들어 세상을 장악한 해였다. 이런 변화 속에서 반도체를 중심으로 우리나라 산업 경쟁력이 돋보인다는 점은 주목할 만하다. 전체 수출에서 반도체가 차지하는 비중은 과거 20% 수준에서 최근 30%에 이르렀다. 특히 우리나라가 주도하고 있는 메모리 반도체 시장에서 눈에 띄는 변화가 나타나고 있다. 거대언어모델을 중심으로 인공지능 산업이 커지면서, 데이터 처리 속도를 높여주는 고대역폭메모리(HBM)의 수요도 급격히 늘고 있다. SK하이닉스와 삼성전자는 전 세계 HBM 공급의 약 80%를 차지하며, 이 제품은 두 회사 반도체 매출의 절반가량을 바다신2다운로드 차지하는 것으로 알려져 있다. 또 다른 고수익 분야는 자율주행과 차량용 반도체다. 테슬라의 성공으로 주목받는 레벨 3 이상의 자율주행차에는 일반 내연기관 차량보다 약 10배 많은 반도체가 필요하다. 우리나라 반도체 산업의 미래를 이끌어갈 HBM과 차량용 반도체, 이 두 고급 제품의 공통점은 무엇일까.
바로 두 제품 모두 양성자가속기를 활용 모바일바다이야기 한 대기방사선 내성 시험을 거쳐 개발된다는 점이다. 구글과 아마존 같은 대규모 데이터센터 기업은 사용되는 메모리 반도체에 대해 반드시 가속기 시험 결과보고서를 요구한다. 데이터센터의 서버 단 한 대에서라도 오류가 발생하면, 클라우드 전체 서비스 장애나 금융 데이터 손실로 이어질 수 있기 때문이다. 자율주행 및 차량용 반도체도 안전에 직결되기 때문에, 완성차 바다이야기오락실 및 전장부품 고객사들은 국제 차량기능 안전 표준(ISO 26262) 준수를 요구한다. 이에 따라 양성자가속기를 이용한 대기방사선 내성 시험은 사실상 필수 절차가 되었다.
우주에서 날아오는 고에너지 방사선과 입자들은 반도체에 치명적인 영향을 미친다. 심한 경우 반도체에 물리적 손상을 일으키기도 하고, 약한 경우에도 데이터 값이 바뀌는 ‘비 릴게임바다이야기사이트 트 플립(Bit Flip)’ 현상을 유발한다. 다행히 우주에서 날아온 방사선은 대기를 통과하며 약해지고, 지표면에는 주로 중성자가 도달한다. 실제로 우리가 살아가는 지표면에서도 손톱만 한 공간(1입방센티미터)을 기준으로 시간당 10~20개의 고에너지 중성자가 통과한다. 반도체가 점점 더 작고 정밀해지면서, 이러한 중성자들이 반도체 오류를 일으키는 주요 원인 백경릴게임 이 되었다.
양성자가속기는 반도체가 수만 년 동안 겪는 대기방사선 환경을 극히 짧은 시간 안에 재현할 수 있다. 고급 메모리 제품은 이러한 시험 결과를 반영해 내방사선 구조로 설계·제작된다. 그 결과 대기방사선으로 인한 고장률은 이제 10억 시간당 10회 미만으로 낮아졌다. 과거에는 이 수치가 현재보다 천 배 이상 높았던 것을 감안하면 큰 변화다. 대기방사선 내성을 갖춘 반도체 구조는 일반 제품보다 훨씬 복잡하고 수율도 낮다. 그럼에도 불구하고 국내 대표 기업들이 수율 저하를 감수하면서까지 가속기 시험을 고집하는 이유는 바로 ‘하이엔드 시장으로 들어가는 입장권’이기 때문이다. 이러한 제품은 최소 20%에서 많게는 수 배까지 더 높은 가격에 판매되며, 신규 기업의 진입을 가로막는 강력한 장벽으로 작용한다.
우리 연구원이 보유한 경주의 양성자가속기는 반도체 오류 시험에 최적화된 시설이다. 양성자가속기 인프라는 이제 단순한 기초과학 장비가 아니라, 반도체 안보를 지키는 핵심 거점이자 최전선의 첨병이다. 미국, 유럽, 일본, 중국은 자국 내 가속기 인프라를 전략적 자산으로 삼아 반도체 경쟁력을 강화하고 있다. 따라서 우리 역시 양성자가속기 기반 대기방사선 시험 인프라를 한 단계 더 고도화해야 한다. 이는 반도체 초격차 경쟁력을 유지하기 위한 필수 조건이다.
정영욱 한국원자력연구원 하나로양자과학연구소장