202604
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특집!
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[특집] AI 시대를 이끄는 첨단 반도체, ‘AI 가속기’ 뜯어보기
뜨겁다. 반도체 산업에 슈퍼 사이클(Super Cycle)이 찾아왔다. 슈퍼 사이클이란 특정 산업의 수요가 급증하면서 호황에 접어드는 시기를 뜻한다. 전문가들은 2025년부터 인공지능(AI)이 반도체 산업에 네 번째 슈퍼 사이클을 가져왔다 말한다. AI는 한국에 차세대 반도체라는 새로운 기회를 열었다. 더 높은 성능의 반도체를 만들기 위한 글로벌 경쟁이 심화되는 상황, 연구자들은 기존 반도체의 설계를 바꿔가며, 두뇌를 모사하고 전자와 빛을 이용한 반도체를 연구하며 다음 세대 반도체를 위한 새 밑그림을 그리고 있다. 한국 최고 전문가들이 그리는 반도체의 미래를 미리 만나보고 왔다. ▲GIB, Shutterstock, 박주현 현대 산업의 기초이자 핵심 소재로, ‘산업의 쌀’로 불리는 반도체. 그간 연산을 담당하는 ‘시스템 반도체’와 데이터를 저장하는 ‘메모리 반도체’로 구분돼 사용됐다. 인공지능(AI) 시대에선 그 경계가 허물어진다. AI가 작동하기 위해선 시스템 반도체가 메모리 반도체의 막대한 데이터를 순식간에 불러와야 하기에 둘의 거리가 갈수록 가까워지는 것이다. 현존하는 시스템 반도체와 메모리 반도체를 가장 가깝게 설계한 AI 전용 반도체인 ‘AI 가속기’의 구조를 들여다 보면, 둘의 만남은 물론 차세대 반도체 구조까지 추측할 수 있다. HBM3E(2026년 3월 기준 가장 최신 모델) HBM(High Bandwidth Memory, 고대역폭 메모리)은 고성능 DRAM(D램)을 여러 층으로 쌓은 반도체로, 2013년 SK하이닉스가 처음으로 선보였다. AI 시대가 오며 데이터의 빠른 처리가 요구되자, HBM은 AI를 위한 반도체의 핵심 요소로 자리잡았다. 현재 D램을 12겹으로 쌓는 HBM3E(5세대)까지 출시됐다. A100칩은 엔비디아의 대표적인 AI 가속기로, 왼쪽 페이지의 단순화된 일러스트 설명과 비교하면 전체 구조를 좀 더 자세히 이해할 수 있다. ① GPU(그래픽 처리장치, 시스템 반도체) 그래픽, 영상 등 복잡한 시각 작업과 동시에 여러 계산을 하는 병렬 연산을 빠르게 처리하도록 설계된 반도체. AI 학습에서는 방대한 영상 자료를 처리해야 하기 때문에, 기존 PC에서 쓰였던 CPU 대신 병렬 연산을 처리하는 GPU가 주로 사용된다. ② DRAM(D램, 메모리 반도체) 1개의 트랜지스터(외부 회로 사이에서 데이터를 읽고 씀을 제어)와 1개의 커패시터(데이터를 저장)를 1T1C 구조로 합친, 데이터를 일시 저장하는 휘발성 메모리 반도체. HBM은 D램을 여러 겹 쌓은 뒤 반도체 간 통신이 되도록 제작한다. ③ 베이스 다이 D램층 최하단에 위치해 적층된 D램의 데이터 흐름, 전력 관리, 시스템 반도체(GPU, CPU 등)와의 연결 등을 총괄하는 부품. ④ 인터포저 GPU와 HBM을 하나의 패키지 안에서 연결하는 중간 기판. 회로의 선폭과 간격을 촘촘히 만든 미세 배선을 통해 칩 간 초고속 데이터 전송을 지원한다. 칩과 메인 기판 사이의 열팽창을 완충하거나, 칩 간 통신 거리를 최소화해 고대역폭을 확보하는 등 AI 가속기의 안정적 운영 또한 조율한다. ⑤ TSV(실리콘 관통 전극) 수직으로 쌓인 D램 칩들을 전기적으로 연결해 하나의 거대한 메모리 반도체로 작동할 수 있게 만드는 패키징 기술. HBM 내에서 ‘혈관’이나 ‘고속 엘레베이터’와 같은 역할을 하며 대규모의 데이터를 빠르게 전송하는 데 기여한다. 현재 삼성전자와 SK하이닉스, 미국의 마이크론테크놀로지 3곳의 기업만 구현 가능하다. HBM4(2026년 하반기 출시 예정) HBM 시장을 양분하는 삼성전자와 SK하이닉스는 6세대 HBM인 HBM4의 2026년 내 출시를 목표로 한다. 3세대인 HBM3E까지 양옆으로 나뉜 채 인접했던 시스템 반도체(GPU)와 메모리 반도체(D램)가 4세대에서는 수직으로 뭉칠 예정이다. 그러면 더 가까워지면서 데이터 전송 속도 및 전력 효율 등이 개선된다. ▲NVDIA
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기획
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[기획] 단맛에 청구한 비용, 설탕부담금
도넛, 초콜릿, 마시멜로를 넘어 두바이쫀득쿠키, 버터떡까지. 최근 등장하는 디저트의 ‘달달함’ 수준이 갈수록 높아지고 있다. 단맛에 끌리는 건 에너지원을 얻으려는 인간의 본능이다. 하지만 수요에 맞춰 점점 달아지는 음식은 건강을 위협할 수 있다. 최근 이를 세금으로 막고자 하는 움직임이 감지된다. 달고 짜고 직관적인 맛을 찾는 인간의 선택권을 부담금으로 제약해도 괜찮을까. 2026년 1월 이재명 대통령이 국민에게 던진 화두에 과학의 시선으로 답했다. ▲AI 생성 이미지(Midjourney) ▲Shutterstock “담배처럼 설탕부담금으로 설탕 사용 억제, 그 부담금으로 지역·공공 의료 강화에 재투자…. 여러분 의견은 어떠신가요?” 2026년 1월 28일, 이재명 대통령은 소셜미디어 ‘X’에 이러한 게시물을 올렸다. 흡연이 건강에 미치는 영향을 고려해 담배 제조 업체에 부담금을 부과하는 제도가 시행된 지 24년. 이 대통령이 ‘설탕부담금’이라는 새 화두를 던졌다. 설탕부담금 시행을 둘러싼 세 가지 쟁점을 과학적 근거로 따져본다. 편의점에 가면 살 수 있는 탄산 음료(2000원), 초코 우유(1200원), 액상 커피(1500원). 이 음료들의 가격 인상을 우려하는 목소리가 나오기 시작했다. 1월 30일에 김선민 조국혁신당 의원을 포함한 국회의원 11명이, 2월 3일에는 이수진 더불어민주당 의원을 포함한 국회의원 10명이 ‘설탕부담금’을 시행하자는 내용을 담은 국민건강증진법 개정안을 발의했기 때문이다. 설탕부담금 법안은 이 대통령이 지난 1월 28일 소셜 미디어 X(구 트위터)에 던진 화두에 힘입어 발의됐다. 식품에 당류를 과다하게 첨가한 제조업체에 부담금을 부과하는 제도다. 개정안이 통과되면, 가당 음료 제조업체는 가당 음료에 담긴 당류의 비율에 따라 부담금을 달리 낸다. 예를 들어 가당 음료 100mL당 당류 함량이 1g을 초과하면, 제조업체는 음료 100L당 2000원을 부담하고, 100mL당 3g을 초과하면 3500원을 부담하는 식이다. 편의점 음료의 당류 함량을 고려하면 대부분의 음료 제조업체가 부담금을 내게 된다. 2025년 서울시보건환경연구원의 조사에 따르면, 1회 제공량당(주로 200mL 음료 한 캔) 당류 함량이 탄산음료는 32g, 가공유(초코우유 등)는 21g, 액상 커피는 21g이었다. 함유 당량을 바꾸지 않는다면 탄산음료와 가공유, 액상 커피 제조업체는 모두 한 캔(팩) 당 56원, 500캔(팩)당 2만 8000원을 부담금으로 내야 한다. 설탕부담금에 앞서 담배의 사례가 있다. 담배는 건강부담금 명목으로 궐련 담배 기준 20개비당 841원을 부과한다. 그런데 설탕이 담배만큼 해롭게 들리진 않는다. 실제로 설탕부담금 뒤에는 여러 쟁점이 숨겨져 있다. 가장 우선으로 나오는 쟁점은 역시 건강 문제다. ▲GIB 마카롱부터 탕후루, 최근의 두바이쫀득쿠키와 버터떡까지 다양한 인기 디저트들이 사람들의 입맛을 중독적으로 자극한다. 실제로 2008년 미국 프린스턴대 연구팀은 설탕이 중독성을 띤다는 연구 결과를 발표했다. 쟁점 1 당류, 진짜 몸에 나쁠까? 설탕부담금의 표적이 된 당류는 인간이 에너지를 얻기 위해 섭취하는 탄수화물의 한 종류다. 탄수화물은 분자 구조에 따라 포도당과 과당을 포함한 ‘단당류’, 단당류가 2개 결합한 ‘이당류’, 단당류가 3~10개 결합한 ‘올리고당류’, 그리고 단당류가 10개를 초과해서 많게는 수십~수천 개 결합한 ‘다당류’로 나뉜다. 몸에서 단당류로 분해되기까지 시간이 걸리는 올리고당류, 다당류와 달리, 단당류와 이당류는 먹자마자 단맛이 나고 몸에 바로 흡수된다. 물에 녹으면 바로 단맛이 나는 단당류와 이당류를 묶어 ‘당류’라고 부른다. 당류는 몸에 해로운 점밖에 없는 담배와 근본적으로 다르다. 3월 9일 중앙대 안성캠퍼스에서 만난 신상아 중앙대 식품영양학전공 교수는 “당류 자체는 독성이 없다”며 “오히려 저혈당일 때 빠르게 혈당을 높여주고 에너지원을 공급해 준다”고 설명했다. 문제는 당류를 필요 이상으로 ‘과다’ 섭취했을 때다. 2008년 미국 프린스턴대 연구팀은 설탕이 중독성을 띤다는 연구를 발표했다. doi: 10.1016/j.neubiorev.2007.04.019 쥐에게 설탕을 먹인 결과, 시간이 갈수록 쥐가 섭취한 설탕량이 늘고, 설탕 섭취를 중단하면 앞발을 떨고 머리를 흔드는 불안 행동이 나타났다. 또 뇌세포 외 체액을 채취했더니 설탕을 먹을 때마다 도파민 분비량이 증가했다. 도파민은 뇌 자극에 대한 보상을 줘서 뇌가 쾌락을 느끼게 하는 신경전달물질이다. 연구팀은 “설탕 섭취로 도파민이 자주 분출되면 도파민을 분비하는 중뇌와 도파민의 자극을 받는 측좌핵이 자극에 적응하면서 더 강한 자극을 찾게 된다”고 논문에 밝혔다. 단맛을 자주 섭취하면 더 강한 단맛을 원하게 되는 것이다. 단맛 중독이 위험한 이유는 당류를 과다 섭취하면 ‘독’이 되기 때문이다. 당류 섭취로 혈당이 갑작스럽게 상승하면, 혈당을 낮추기 위한 인슐린도 과도하게 분비된다. 인슐린이 포도당을 세포에 흡수시키고 지방 분해를 억제하면서, 분해되는 지방량은 줄어 살이 찐다. 혈액 내에서 사용 가능한 에너지원도 줄어 배고픔을 더 자주 느끼게 된다. doi: 10.1001/jamainternmed.2018.2933 당류를 많이 섭취하면 체중이 증가한다는 말은 당연하게 들릴 수도 있지만, 당류의 과한 섭취는 체중 증가뿐 아니라 더 복합적인 건강 문제를 유발한다. 2023년 중국 쓰촨대와 미국 캘리포니아대 데이비스 의대 국제 공동연구팀은 당류 섭취가 45가지 질환에 걸릴 확률을 높인다는 연구를 발표했다. doi: 10.1136/bmj-2022-071609 연구팀은 당류 과다 섭취와 질병 연관성을 분석한 논문 73개를 분석했다. 연구 과정과 증거, 분석 결과를 모두 종합한 결과, 당류 섭취가 늘어날수록 45가지 질환에 걸릴 확률이 높아졌다. 18가지 종류 내분비와 대사 질환, 10가지 심혈관 질환, 7가지 암, 그리고 치아, 정신 질환, 간 질환, 골 질환, 알레르기 질환이었다. 종합하면 설탕이 담긴 가당 음료를 하루에 한 번 더 마시면 1년 동안 체중이 0.22kg 더 증가하고, 당뇨병에 걸릴 위험이 27% 증가했다. 심혈관 질환에 걸릴 확률은 8% 증가했다. 연구팀은 연구 결과를 바탕으로 당류를 하루에 25g 이하, 가당음료는 주 1회 미만으로 마시는 것이 적절하다고 결론 내렸다. 3월 6일 서울 세브란스병원에서 만난 박은철 연세대 의대 예방의학교실 교수는 “청소년은 비만으로 인한 정신적 스트레스가 생기기도 한다”며 “당류 과잉 섭취는 사회적, 정신적 문제도 일으킨다는 점에서 제재가 필요하다”고 말했다. 이런 연구들은 당류 과다 섭취가 건강 문제를 일으킬 수 있다는 점을 명확히 보여준다. 세계보건기구(WHO)는 당류 섭취량을 하루 총 섭취 열량의 10% 미만으로 권고한다. 하루 2000kcal 열량을 섭취한다고 가정하면, 50g에 해당하는 양이다. 이를 넘으면 당류 과다 섭취인 셈이다. 내가 마실 음료는 어떻게 달라질까 설탕부담금이시행될 미래 만약 앞으로 한국에서 설탕부담금이 시행되면, 음료에 설탕을 넣는 음료 제조업체들은 법안 기준과 첨가하는 설탕량에 따라 부담금을 달리 낸다. 편의점에서 판매되는 음료에는 부담금이 얼마나 부과될지, 또 음료가 얼마나 덜 달아질지 제도 시행 전에 미리 알아봤다. 덜 달아질 음료 ▲자료: UK Office for Health Improvement and Disparities 영국에서 설탕부담금을 시행하기 전과 후의 당류량에 따른 음료 분포도. 2015년에는 100mL당 8~15g만큼 당류가 든 음료의 분포 비율이 가장 높았다면, 설탕부담금을 시행한 지 6년이 된 2024년에는 5g 이하의 당류가 든 음료의 비율이 가장 높았다. 기업이 낼 부담금은? 2월 3일 발의된 국민건강증진법을 기준으로 음료 한 캔(팩)당 음료 제조업체가 부과해야 할 부담금을 계산해 봤다. 총용량 대비 당류의 양에 따라 부담금은 달라진다. 제조업체들이 제조법을 바꿔 당류 함량을 줄이면 부담금을 내지 않아도 된다. 그러려면 당류 함량을 얼마나 줄여야 할까. 쟁점 2 정말 당류 과다 섭취하고 있나? WHO의 권고와 반대로, 한국인의 당류 섭취량은 증가하는 추세다. 2월 10일 질병관리청이 발표한 국민건강영양조사에 따르면, 2023년 기준 국민의 하루 당류 섭취량은 59.8g으로 2016년(67.9g)보다 줄었지만 2020~2022년(58g)보다 증가했다. 전체 섭취 열량 대비 당류 섭취량의 비율이 20%를 넘어서는 당류 과잉 섭취자의 비율은 16.9%로 2020년(15.2%)부터 꾸준히 늘고 있다. 특히 1~9세 과잉 섭취자의 비율이 26.7%로 가장 높았다. 박 교수는 “어린이들이 학원에 다니다 편의점에서 식사를 해결하고 가당 음료를 함께 마시는 식생활이 갖춰져 당류 섭취량이 늘어났을 것”이라고 추측했다. 양선희 서울대 건강문화사업단 전문위원 또한 3월 4일 전화 인터뷰를 통해 당류 과잉 섭취의 원인을 “끼니를 사 먹는 문화”로 꼽았다. “반찬류 가공식품을 통해서 소비자들도 자각 못 한 새 당류를 많이 섭취합니다.” 식품의약품안전처(식약처) 조사에 따르면, 2023년 기준 한국인이 절임류, 조림류, 조미식품, 장류, 농산가공식품류를 통해 하루에 섭취하는 당류는 7.8g이었다. 신 교수는 가당 음료를 당류 과다 섭취의 주범으로 꼽았다. “가당 음료는 보통 100mL당 당류 약 10g을 함유하는데, 먹으면 포만감이 생기는 고체 음식과 달리 배부르지 않아 두세 잔 마시다 보면 인지하지 못한 채 금방 WHO의 권고량을 넘어 섭취하기 일쑤입니다.” ▲GIB 고구마와 감자, 옥수수에는 단당류가 10개 넘게 결합된 다당류가 들어 있다. 다당류는 입에 넣었을 때 바로 강한 단맛이 나지 않아 중독성이 낮고, 분해되기까지 시간이 걸려 혈당이 느리게 오른다. 쟁점 3 설탕부담금이 효과적인 방법인가? 한국은 당류 섭취를 줄이려 갖은 노력을 해 왔다. 2016년부터 2025년까지 식약처는 ‘당류 저감화 계획’을 시행했다. 시럽과 탄산음료 적게 먹기 운동을 벌이고, 식품에 당류 함량 표시를 의무화했다. 2016년에 비하면 2023년 기준 국민의 당류 섭취량은 줄었지만, 2020년부터는 당류 섭취량이 다시 증가 추세다. 최근 ‘제로음료’ 등에 첨가되며 인기를 끄는 대체당 역시 해결책이 되지 못한다. 대체당은 설탕처럼 단맛을 내지만, 혈당을 거의 올리지 않는 아스파탐, 수크랄로스 등의 첨가물이다. 대체당은 안전성 때문에 당류 문제를 해갈하지 못한다. 심지선 연세대 의대 예방의학교실 교수는 2023년 WHO가 발표한 대체당 관련 지침을 인용하며 “대체당은 단기적으로 체중·체질량지수를 낮추나, 장기적으로는 오히려 체질량지수와 비만 발생 위험이 높인다는 조사 결과가 나왔다”고 과학동아와의 e메일 인터뷰를 통해 밝혔다. “설탕에 비해 아직 대체당을 섭취한 사람이 많지도 않고, 장기적인 데이터도 적어 20~30년 동안 대체당에 노출된 뒤에도 부작용이 없을지는 확증하기 아직 어렵습니다.” 설탕처럼 단맛이 난다는 점이 오히려 식습관의 발목을 잡기도 한다. 신 교수는 “연초 담배보다 발암물질이 적은 전자담배를 피워도 니코틴의 중독성 때문에 담배 중독을 해결하지 못하는 것처럼 대체당 역시 우리가 단맛에 익숙해지고 의존하게 만든다는 점에서 좋은 해결책이 될 수 없다”며 “사람들이 단맛에 덜 익숙해지게 만드는 방향으로 나아가야 한다”고 말했다. 즉 당류 섭취량을 줄여야 함에도 다른 행정 정책들이 힘을 발휘하지 못하는 상황에서, 한국 행정부는 영국과 프랑스 등이 이미 시행 중인 ‘설탕부담금’에 주목한 것이다. 특히 2018년부터 시행된 영국의 설탕부담금은 성공 사례로 남았다. 영국에서 제도가 시행된 지 6년이 된 2024년, 영국 음료의 평균 당류 함량은 시행 전과 비교해 47% 감소했다. 2023년 1월 영국 케임브리지대 연구팀은 설탕부담금 시행 19개월 만에 만 10~11세 여자 어린이 비만율이 8% 감소했다고 밝혔다. doi: 10.1371/journal.pmed.1004160 같은 해 11월에는 제도 시행 22개월 만에 충치 발치를 위한 미성년자의 입원율도 21.1% 줄었다고 밝혔다. doi: 10.1136/bmjnph-2023-000714 2월 12일 윤영호 서울대 건강문화사업단 단장은 ‘설탕과다사용부담금 국회토론회’에서 “영국의 성공 사례를 근거로 설탕부담금 도입이 필요하다”고 주장했다. 2025년 서울대 건강문화사업단이 국민 1000명을 대상으로 설문조사를 진행한 결과 58.9%가 설탕부담금 시행에 찬성하기도 했다. 양 전문위원은 “소비자가 모르는 사이 당류를 섭취할 확률이 높다는 점에서 소비자의 소비 규제가 아닌, 기업의 당류 첨가를 제한하는 방향으로 가야 한다”고 말했다. ▲Shutterstock 당류 vs 다당류, 섭취 후 변화는 ▲Shutterstock, 이한철 자료: Springer Nature Link 섭취하자마자 혈당이 빠르게 오르는 당류와 달리, 다당류는 분해되기까지 시간이 오래 걸려 천천히 혈당이 오른다. 설탕부담금 시행될 미래, 사회 모두 동참해야 설탕부담금이 시행된다면, 부담금은 가당 음료에만 적용된다. 박 교수는 “다른 식품보다 가당 음료 당류가 WHO 1일당 섭취 권고량에 근접할 만큼 당류 과잉 섭취에 심각한 원인이고, 당류 함량을 측정하고 부담금을 책정하기 쉽다”며 이유를 설명했다. 음료 제조업체로부터 걷은 부담금은 담배 부담금과 함께 국민건강증진사업 추진에 필요한 재원으로 쓰일 예정이다. 앞선 토론회에서 윤 교수는 건강문화사업단의 설문조사 결과를 근거로 “국민의 80% 이상이 설탕부담금을 학교 체육 활동 및 급식 질 향상과, 노인 건강 지원, 필수공공의료 인력과 시설 지원, 그리고 저소득층 건강 지원에 활용되는 것에 동의했다”고 밝혔다. 설탕부담금으로 발생할 경제·사회적 효용도 긍정적일 전망이다. 양 전문위원은 “국민건강증진 재원을 걷을 뿐 아니라 당류로 인한 사회적 비용도 줄일 제도”라고 기대했다. 국민건강보험공단의 조사에 따르면, 2021년 기준 비만으로 인한 사회와 경제 손실 비용은 약 16조 원이다. 비만으로 인한 의료비와 간병비, 교통비, 생산성 손실액을 포함한 비용이었다. 양 전문위원은 “당류 섭취를 줄여 비만율을 낮추면 국민 삶의 질도 향상할 수 있다”고 말했다. 물론 제도 시행까지 해결돼야 할 과제도 많다. 정지연 한국소비자연맹 사무총장은 설탕부담금 국회토론회에서 “기업이 내는 부담금이 가격에 전가되지 않게 방지하는 제도적 장치가 없다면 소비자가 결국 부담을 떠안게 된다”고 말했다. 이어서 그는 “가당 음료 가격이 올랐을 때 소비자가 다른 값싼 고당 식품을 선택하거나 대체당에 더 의존하는 문제가 발생할 수 있다”며 “청소년을 대상으로 덜 단맛에 익숙해지는 식환경을 조성하는 게 핵심”이라고 밝혔다. 박 교수는 “기업이 부담금 시행을 앞두고 음료의 제조법을 바꿔 당류 함량을 줄일 유예기간을 충분히 마련해줘야 한다”고 말했다. 부담금 시행을 앞두고 이어질 반발도 해결해야 한다. 양 전문위원은 “설탕부담금은 단기적으로 보면 기업에 손해를 끼치는 정책처럼 보여 기업의 저항이 클 수 있다”며 기업과 사회가 함께 감당해야 할 사회적 합의라는 점을 알려야 한다”고 말했다. “음료를 달게 만든 기업들도 설탕을 많이 섭취하면 몸에 좋지 않다는 걸 알고 있습니다. 국민의 건강을 위해 당 조절에 동참하는 분위기를 조성할 필요가 있습니다.” ▲GIB
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