반도체의 미래를 묻는다는 것은 단순히 주식시장 기술주 전망을 예측하는 것을 넘어선다. 반도체의 미래는 당장 벌어지고 있는 미·중 패권 경쟁의 본질을 이해하는 핵심 키워드이며, 거시적으로는 인류문명의 미래를 묻는 근본적 질문이기도 하다.
지난 50여 년 동안 세상을 지배해 온 단 하나의 법칙이 있다면 ‘무어의 법칙(Moore’s Law)’을 손꼽을 수 있다. 1960년대 이후 숱한 체제나 조약이 무너지거나 파기됐지만, 반도체 집적회로의 성능이 24개월마다 2배로 증가한다는 ‘무어의 법칙’은 본질적인 측면에서 변하지 않고 꾸준하게 세상을 바꿔왔다.

1960년대 초반, 방 하나를 가득 채웠던 초대형 메인프레임 컴퓨터는 이제 누구나가 가진 손바닥 위 스마트폰의 성능에도 못 미친다. 사물 인터넷(IoT)이 다가온 시대에 반도체를 탑재한 컴퓨팅 기기의 개수는 전 세계 인구수를 능가할 만큼 폭발적으로 늘었다. 곧 세상에는 1천억 개가 넘는, 20년 안에 1조 개에 달하는 컴퓨팅 기기가 인간의 개입 없이 자율적으로 상호작용하며 정보를 교환하는 시대가 온다. 그런데…
지금까지 세상을 바꿔온 ‘무어의 법칙’이 한계에 도달했다면? 컴퓨터와 스마트폰의 성능 향상이 여기서 멈춘다면, 어떤 미래를 꿈꿀 수 있을까.

축사 (최종현학술원 이사장ㆍSK회장 최태원)
발간사 (최종현학술원장 박인국)

1. ‘무어의 법칙’ 한계를 넘는 새로운 컴퓨팅 패러다임 (수재 킹류)
‘무어의 법칙’ 반도체 업계의 경제법칙
1천억 개의 컴퓨팅 기기를 감당할 ‘에너지 효율’
반도체 시스템 설계의 분업 구조
트랜지스터의 스위치 성능과 에너지 효율 사이의 ‘근본적 상충’
시모스(CMOS) 반도체 기술이란 무엇인가?
3D 기술: 핀펫(FinFET)과 낸드 플래시 메모리
근본적 에너지 효율의 한계를 넘어서
스위칭 소자의 역발상: 나노전자기계 스위치
새로운 반도체 인코딩: 진동 신호
새로운 패러다임: 분업 구조를 넘어선 혁신적 공동설계

2. 초박막 강유전체 활용 소자: 에너지 효율을 향하여 (사이프 살라후딘)
강유전체, 가까이 하기엔 너무 두꺼운…
초박막 강유전체 신소재를 찾아서
강유전체 응용 분야
1) 터널 접합 메모리
2) 네거티브 커패시턴스 트랜지스터
3) 1.8nm 박막으로 구현한 NCFET
4) FEFET 메모리
강유전체 두께, 이젠 아무런 ‘근본적 장애물’이 없다

3. 미세화 한계를 넘어서: 3D 집적기술 (최창환)
반도체 미세화의 한계
3D 집적: 반도체의 ‘마천루’로 미세화 한계를 넘다
모놀리식 3D(M3D) 집적: 또 다른 유형의 3D 집적기술
M3D 집적을 적용한 3D 뉴로모픽 시스템
미래의 반도체는 3D 집적기술과 함께

4. 자동화 기술을 적용한 차세대 반도체 설계 기법 (한재덕)
무어의 법칙의 한계와 극복: 협업적 기술 혁신
새로운 한계선, 설계 복잡성과 고비용
반도체 혁신을 지속하기 위한 ‘설계 자동화’
생성기 기반 설계의 선결 조건
레이아웃 생성기: 템플릿 및 그리드 기반 접근법
생성기 기반 설계의 적용 사례
1) 고속 유선 송수신기
2) 아날로그-디지털 변환기(ADC)
3) 디램(DRAM) 표준 셀
‘무한한 가능성’을 생성하는 생성기 기반 자동 설계

5. 생활환경지능 시대를 위한 차세대 반도체 기술 (수재 킹류)
생활환경지능 시대를 준비하며
미래 사회를 여는 버클리첨단기술연구소
BETR센터의 연구분야
1) 저전압 스위치
2) 광소자 기술
3) 유연 전자소자
4) 내장형 비휘발성 메모리
5) 시스템 집적
6) AI를 위한 하드웨어 가속기
트랜지스터 미세화(scaling)의 한계? 아직 넓은 ‘혁신의 공간’

6. 종합토론: 인간을 위한 공학, 사회적으로 깨어있는 공학자를 위하여

용어해설집
참고문헌