모래와 빛이 만나 인류의 뇌가 되다.(HBM3- 반도체)발명이야기⑩

[강충인]

모래와 빛이 만나 인류의 뇌가 되다.HBM3 반도체 - K발명이야기⑩

강충인

미래교육자

K반도체기술 비결- 가감승제변기법

​ 모래에서 5,000년의 지혜를 발견하다.

인류는 규석을 사용하면서 도자기문명을 만들었고 오늘날 규석으로 반도체를 발명함으로 AI 정보시대를 만들어 미래 지구촌을 만들고 있다.  모래에서 반도체를 만들어 인간의 뇌가 되고 있다. 

발명은 모방에서 시작된다. 흙을 흙으로만 사용하는 사람과 흙을 새로운 물질로 만들어 내는 사람과 차이점이 한국인의 창조성이다. 눈에 보이는 것만 보는 사람과 보이지않는 것을 찾아내는 창조성이다. 이것이 한국인의 창조적 발명기술이다.

규소에서 실리콘을 추출하여 반도체를 만들고 고밀도 반도체를 만드는 가공기술이 한국인의 창조성이다. 어떻게 한국인은 고밀도 HBM3를 만들어 AI시대 핵심 반도체 국가를 만들었을까?

다뉴세문경 디자인교육 가감승제변기법

필자는 디자인 아이디어 창출 5가지 방법을 과학발명 아이디어 창출 방법으로 적용하면서 문제해결 방법으로 가감승제변기법을 오랫동안 교육해 왔다. 이 기법은 5,000년 한국발명기술에서 유래된다. 고조선 다뉴세문경의 디자인은 세계적 미스터리다. 다뉴세문경 디자인 기법을 가감승제변기법으로 풀어서 가르쳤던 아이디어 창출기법으로 발명교육프로그램을 보급했다. 이제는 가감승제변기법으로 한국이 고밀도 반도체 HBM(High Bandwidth Memory) , HBM3를 개발하고 있다. 고확장 HBM3, 16층의 3D적층 구조는 다뉴세문경디자인기술과 한국건축 기술 등의 결합된 발명기술이다. HBM3는 쌓고 늘리고 붙여서 지속적으로 확장 가능한 메모리다. 즉, 가감승제변 기술에 의한 공간나누기 기법으로 만든 고확장 반도체다.

TQ 공간나누기기법

무엇과 무엇을 더하고, 필요 없는 무엇을 제거하고, 무엇과 무엇을 어떻게 곱하고, 무엇을 세밀하게 나누고, 무엇을 바꾸어 변화를 만들 것인가? 다뉴세문경의 디자인은 이처럼 더하고, 빼고, 곱하고, 나누고, 바꾸는 방법으로 0.3mm간격에 0.2mm 선으로 14,5cm 원안에 삼각, 사각, 동그라미를 14,000개 선으로 디자인했다. 무엇으로 어떻게 어떤 공구로 디자인했는지? 오늘날 정밀기구로도 디자인하기 어려운 것을 어떻게 해결했을까? 세계적 미스터리다.

흙속 규소로 고려청자, 신라 금관을 만들었던 환원기술을 이어받아 오늘날 반도체 생산기술로 발달하기까지 과정을 필자가 가르쳤던 디자인 가감승제변기법으로 제시하고자 한다.

중국은 규석을 도자기 제작에서 가장 먼저 활용했으나, 주로 유약 성분으로 사용해 투명하고 단단한 표면을 만들었다. 반면 고려청자는 중국 기술을 받아들이면서도 태토와 유약 모두에 규석을 적극적으로 활용하고, 환원기술로 규소를 사용하여 독창적인 상감 기법과 자연주의적 문양으로 고려청자를 만들었다.

고려부터 사용한 환원기술이 오늘날 반도체기술로 발달했다. 중국은 규소에서 실리콘을 가장 많이 생산하고 있으나 한국은 실리콘을 정제하는 최상의 노광 기술을 가진 반도체 기술로 고밀도, 고확장 HBM(High Bandwidth Memory)반도체를 설계 생산하는 국가다.

환원기술에 의한 규소의 재창출

고려청자는 가마 속에서 환원 분위기(산소 부족 환경)를 만들어 철 성분의 산화 상태를 바꿔 푸른색 청자를 구현했고, 반도체 실리콘은 규석(SiO₂)에서 탄소를 이용해 산소를 제거하여 순수한 Si를 추출했다. 둘 다 "산소를 빼내어 원하는 성질을 얻는 기술"이다.

​ 우리가 살아가는 땅 위의 흔한 모래가 현대 문명을 움직이는 반도체가 되기까지, 그 시작은 '본질'을 꿰뚫는 통찰이 있었다. 실리콘(규소)은 지구상 어디에나 있지만, 이를 인류의 지능을 담는 그릇으로 바꾸기 위해서는 자연의 상태를 바꾸는 과감한 가감승제변의 과정이 필요했다. 이것은, 마치 진흙에서 도자기를 빚고 거친 쇳물에서 세계 최초의 금속활자를 뽑아냈던 우리 선조들의 개척 정신과 끝없는 실패를 통한 오뚜기의 도전정신 5,000년 한국발명기술이다.

반도체개발 가감승제변 기법

첫째, ​더하고 빼어 극한의 순수함으로 반도체를 만든다.

​ 반도체는 규소를 전기적 흐름을 조절하는 미세한 원소를 더하는(加) 기술을 합쳐야 비로소 실리콘은 정보를 처리할 수 있는 살아있는 회로가 된다. 여기서 수만 가지 불순물을 완벽하게 빼내어(減) 99.999999999%의 초고순도 실리콘을 정제하여 순수한 반도체를 만든다.

둘째, 곱하고 나누어 고성능 반도체를 만든다.

​ 고려 직지(直指)의 인쇄술이 반도체 나노의 빛으로 부활했다. ​700여 년 전, 우리 조상들은 금속활자에 먹을 묻혀 지식을 전파하는 인쇄의 혁명을 만들었다. 오늘날의 노광 기술은 먹물 대신 '빛'을, 종이 대신 '웨이퍼'를 사용하는 현대판 금속활자 인쇄술이다.

더 많은 정보를 담기 위해 파장의 길이를 14분의 1로 나누고(除), 주석 방울을 초당 5만 번이나 때리는 '빈도의 곱셈(乘)'은 과거 직지심체요절을 찍어내던 정교한 장인 정신이 나노 단위의 첨단 기술로 부활한 결과다.

​ 셋째, 고정관념을 깬 반도체를 만든다.

​ 빛은 렌즈를 통과해야 한다는 상식을 깨고 거울로 반사시키는 변화(變), 그리고 평평한 실리콘 판을 벌집처럼 구멍 뚫린 다공성 구조로 바꾸는(變) 혁신적 사고다.

이처럼 규소를 강화시키는 성질에서 전기를 전달하는 성질로 바꾸는 가감승제변 기법으로 반도체를 개발했고 한국을 고확장 HBM 반도체 개발로 AI기반 정보사회를 이끌어가는 모든 산업의 쌀이고 근육을 만드는 반도체 국가로 만들었다.

『5,000년 한국 발명역사』 는 거북선의 구조적 변형이나 온돌의 열역학적 변화처럼, 성질을 바꾸고 구조를 바꾸는 기술로 새로운 문명을 창조하고 있다.

5,000년 한국(k)발명기술이 모래 위에 새기는 인류 미래를 이끌고 있다.

​반도체는 단순한 부품이 아니다. 흔한 모래 위에 정교한 빛의 설계를 입혀 인류의 지능을 확장시킨 최고의 발명품이다. 우리가 이 복잡한 첨단 기술의 뿌리를 가감승제변 기법으로 이해해야 하는 이유다. 가장 기본적인 원리를 응용할 줄 아는 사람만이, 우리 민족의 찬란한 발명 유산을 계승하여 다음 세대의 '모래'와 '빛'을 찾아낼 수 있다.

​"발명은 멀리 있는 것이 아니다. 5,000년 발명역사이야기 뿌리기술을 찾아 가감승제변의 렌즈로 다시 바라보는 것, 그것이 바로 세상을 바꾸는 K-인벤션의 시작이다."