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스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등은 그 휴대성과 높은 성능으로 현대인들에게 많은 사랑을 받고 있다. 하지만 성능이 높아질수록 문제가 되는 것도 있다. 그것은 바로 짧은 사용시간이다. 최근 휴대용 IT기기들을 사용해 본 사람이라면 생각지도 못한 짧은 배터리 수명에 당황한 적이 한번쯤은 있을 것이다.
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음성 통화나 인터넷, 게임, 그래픽 작업 등의 작업을 지속적으로 할 때, 대부분의 휴대용 기기들은 반나절을 못 넘기는 정도의 수명을 보인다. 이에 휴대용 기기 제작에 있어 그 사용시간을 늘리는 것은 큰 과제가 되고 있다.
긴 사용시간에 친환경적인 저전력 기술
휴대기기 사용시간을 증가시키기 위한 해결책은 방법에 따라 여러 가지가 있다. 배터리 자체의 성능을 향상시키거나 외부에 연결 가능한 휴대용 전력 장치를 이용하거나 태양광 패널을 부착해 지속적인 충전을 가능케 하는 것 등이다. 하지만 이 방법들은 모두 부속 기기가 있을 때에만 가능하다. 이에 근본적이고 효율적인 해결책으로 저전력 기술의 연구 및 개발이 각광받고 있다.
저전력 기술은 전력 사용량 자체를 감소시키기 때문에 에너지의 절약효과도 볼 수 있고 이에 따라 줄어들 이산화탄소 배출량까지 생각하면 환경면에서도 좋은 영향을 끼칠 수 있다. 또한 저전력 기술은 비단 휴대용기기 뿐만 아니라 우리 실생활에 사용되는 다양한 전자제품에도 적용될 수 있어 중요한 연구 분야로 지목되고 있다.
PCM에 탄소나노튜브 적용한 메모리
저전력 기술의 하나로 우선 저전력 메모리 개발을 들 수 있다. 정보를 저장하고 읽어오거나 처리하는데 사용되는 디지털 메모리는 디스플레이를 제외한 내부 장치에서 가장 전력을 많이 소모하는 부분이다.
메모리 분야는 정보처리나 연산 속도에 영향을 주기 때문에 저전력 시스템을 구축하기가 쉽지 않다. 성능을 향상시키고 기능을 추가하다보면 자연스레 소비전력이 높아지기 때문이다.
현재 휴대용 기기들의 플래시 메모리 경우 소비 전력이 낮은 비휘발성 메모리라는 장점이 있지만 속도가 느리다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 차세대 메모리로 손꼽히는 것 중 하나가 바로 PCM(Phase-change Materials: 상변환물질)메모리다.
플래시 메모리는 전하를 사용해 비트를 저장하는 원리지만 PCM메모리는 상변환물질을 이용해 물질의 저항으로 비트를 저장한다. 속도가 빠르지만 고전력을 필요로 하기 때문에 휴대기기에 적합하지 못하다는 판정을 받아왔다. 하지만 최근 미국에서 기존의 PCM메모리에 나노기술을 적용해 소비전력을 대폭 감소시키는 메모리를 개발했다.
미국 일리노이대 전기컴퓨터공학과 에릭 팝(Eric Pop) 교수가 이끄는 연구팀은 기존의 메모리보다 빠르고 100배 적은 에너지를 사용하는 초저전력 디지털 메모리를 개발했다. 연구팀은 기존의 메모리들이 주로 사용한 금속 와이어 대신 탄소나노튜브를 사용했다. 탄소나노튜브는 탄소 6개가 만든 육각형 형태의 구조가 늘어져 관의 형태를 이루고 있으며 전기전도도와 열전도율, 강도 등 다방면에서 우수한 특성을 가지고 있어 여러 분야의 기술에서 차세대 소재로 주목받고 있다.
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저전력을 가능하게 한 원리에 대해 이번 논문의 저자인 펭 숑(Feng Xiong)은 “에너지 소비는 메모리의 비트 크기에 비례한다”고 밝혔다. 연구팀은 탄소나노튜브를 이용해 비트를 만드는 접점의 규모를 작게 만들었다. 연구팀은 탄소나노튜브 중간에 형성된 나노 규모의 갭(Gap)에 상변환물질을 적용시키고 약한 전류를 흘려보내 비트의 on과 off를 조절했다. 이 기술을 사용하면 기존의 PCM메모리의 비트 당 전력을 100배 정도 낮출 수 있다고 연구팀은 밝혔다.
팝 교수는 “이 기술은 아직 물리학적 한계에 도달한 것이 아니다”라며 “앞으로 연구가 진척되면 전력을 1/10정도 더 낮출 수 있을 것으로 예상한다”고 말했다.
고성능 저전력 OLED, 생산기술 개발로 활용범위 확대
휴대기기에서 가장 전력 소모가 많은 부분이 디스플레이다. 특히 스마트폰과 태블릿 PC에서는 그 비중이 더욱 큰 편으로, 디스플레이 분야 저전력기술 개발도 계속 진행되고 있다. 특히 LCD의 대안으로 각광받고 있는 OLED개발과 상용화 노력이 활발하다.
형광성 유기화합물에 전류가 흘러 스스로 빛을 내게 하는 OLED기술은 성능은 물론 소비전력 면에서도 기존에 사용되던 LCD보다 높은 효율을 보인다. 또한 LCD에 비해 밝고 선명하며, 시야각 제한이 없어 자유롭게 휘어지는 디스플레이를 개발하는 데도 유용하다는 장점이 있다. 이에 많은 휴대용 기기들이 OLED를 디스플레이로 채택하고 있거나 앞으로 적용하려는 움직임을 보이고 있다.
다만 OLED는 생산하는데 많은 비용이 소모된다는 단점이 있다. OLED를 제작할 때 사용되는 물질들은 대기 중에서 반응성이 크다. 이에 진공상태에서 작업을 해야 하기 때문에 높은 생산비용을 피할 수 없는 것이다. 하지만 최근 국내 연구팀이 이를 해결하는 기술을 개발했다. 한국과학기술원 윤홍석 박사는 OLED를 대기 중에서 고분자용액으로 제조하는데 성공했다.
이와 같은 저전력 메모리와 디스플레이 기술들은 짧은 배터리 수명에 짜증난 사용자들에게 희소식이 되고 있다. 여기에 배터리 자체의 성능 향상과 디스플레이에 태양광패널을 부착시키는 기술도 함께 적용된다면 휴대기기 사용시간이 대폭 증가할 것으로 전망된다.
음성 통화나 인터넷, 게임, 그래픽 작업 등의 작업을 지속적으로 할 때, 대부분의 휴대용 기기들은 반나절을 못 넘기는 정도의 수명을 보인다. 이에 휴대용 기기 제작에 있어 그 사용시간을 늘리는 것은 큰 과제가 되고 있다.긴 사용시간에 친환경적인 저전력 기술
휴대기기 사용시간을 증가시키기 위한 해결책은 방법에 따라 여러 가지가 있다. 배터리 자체의 성능을 향상시키거나 외부에 연결 가능한 휴대용 전력 장치를 이용하거나 태양광 패널을 부착해 지속적인 충전을 가능케 하는 것 등이다. 하지만 이 방법들은 모두 부속 기기가 있을 때에만 가능하다. 이에 근본적이고 효율적인 해결책으로 저전력 기술의 연구 및 개발이 각광받고 있다.
저전력 기술은 전력 사용량 자체를 감소시키기 때문에 에너지의 절약효과도 볼 수 있고 이에 따라 줄어들 이산화탄소 배출량까지 생각하면 환경면에서도 좋은 영향을 끼칠 수 있다. 또한 저전력 기술은 비단 휴대용기기 뿐만 아니라 우리 실생활에 사용되는 다양한 전자제품에도 적용될 수 있어 중요한 연구 분야로 지목되고 있다.
PCM에 탄소나노튜브 적용한 메모리
저전력 기술의 하나로 우선 저전력 메모리 개발을 들 수 있다. 정보를 저장하고 읽어오거나 처리하는데 사용되는 디지털 메모리는 디스플레이를 제외한 내부 장치에서 가장 전력을 많이 소모하는 부분이다.
메모리 분야는 정보처리나 연산 속도에 영향을 주기 때문에 저전력 시스템을 구축하기가 쉽지 않다. 성능을 향상시키고 기능을 추가하다보면 자연스레 소비전력이 높아지기 때문이다.
현재 휴대용 기기들의 플래시 메모리 경우 소비 전력이 낮은 비휘발성 메모리라는 장점이 있지만 속도가 느리다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 차세대 메모리로 손꼽히는 것 중 하나가 바로 PCM(Phase-change Materials: 상변환물질)메모리다.
플래시 메모리는 전하를 사용해 비트를 저장하는 원리지만 PCM메모리는 상변환물질을 이용해 물질의 저항으로 비트를 저장한다. 속도가 빠르지만 고전력을 필요로 하기 때문에 휴대기기에 적합하지 못하다는 판정을 받아왔다. 하지만 최근 미국에서 기존의 PCM메모리에 나노기술을 적용해 소비전력을 대폭 감소시키는 메모리를 개발했다.
미국 일리노이대 전기컴퓨터공학과 에릭 팝(Eric Pop) 교수가 이끄는 연구팀은 기존의 메모리보다 빠르고 100배 적은 에너지를 사용하는 초저전력 디지털 메모리를 개발했다. 연구팀은 기존의 메모리들이 주로 사용한 금속 와이어 대신 탄소나노튜브를 사용했다. 탄소나노튜브는 탄소 6개가 만든 육각형 형태의 구조가 늘어져 관의 형태를 이루고 있으며 전기전도도와 열전도율, 강도 등 다방면에서 우수한 특성을 가지고 있어 여러 분야의 기술에서 차세대 소재로 주목받고 있다.
저전력을 가능하게 한 원리에 대해 이번 논문의 저자인 펭 숑(Feng Xiong)은 “에너지 소비는 메모리의 비트 크기에 비례한다”고 밝혔다. 연구팀은 탄소나노튜브를 이용해 비트를 만드는 접점의 규모를 작게 만들었다. 연구팀은 탄소나노튜브 중간에 형성된 나노 규모의 갭(Gap)에 상변환물질을 적용시키고 약한 전류를 흘려보내 비트의 on과 off를 조절했다. 이 기술을 사용하면 기존의 PCM메모리의 비트 당 전력을 100배 정도 낮출 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 팝 교수는 “이 기술은 아직 물리학적 한계에 도달한 것이 아니다”라며 “앞으로 연구가 진척되면 전력을 1/10정도 더 낮출 수 있을 것으로 예상한다”고 말했다.
고성능 저전력 OLED, 생산기술 개발로 활용범위 확대
휴대기기에서 가장 전력 소모가 많은 부분이 디스플레이다. 특히 스마트폰과 태블릿 PC에서는 그 비중이 더욱 큰 편으로, 디스플레이 분야 저전력기술 개발도 계속 진행되고 있다. 특히 LCD의 대안으로 각광받고 있는 OLED개발과 상용화 노력이 활발하다.
형광성 유기화합물에 전류가 흘러 스스로 빛을 내게 하는 OLED기술은 성능은 물론 소비전력 면에서도 기존에 사용되던 LCD보다 높은 효율을 보인다. 또한 LCD에 비해 밝고 선명하며, 시야각 제한이 없어 자유롭게 휘어지는 디스플레이를 개발하는 데도 유용하다는 장점이 있다. 이에 많은 휴대용 기기들이 OLED를 디스플레이로 채택하고 있거나 앞으로 적용하려는 움직임을 보이고 있다.
다만 OLED는 생산하는데 많은 비용이 소모된다는 단점이 있다. OLED를 제작할 때 사용되는 물질들은 대기 중에서 반응성이 크다. 이에 진공상태에서 작업을 해야 하기 때문에 높은 생산비용을 피할 수 없는 것이다. 하지만 최근 국내 연구팀이 이를 해결하는 기술을 개발했다. 한국과학기술원 윤홍석 박사는 OLED를 대기 중에서 고분자용액으로 제조하는데 성공했다.
이와 같은 저전력 메모리와 디스플레이 기술들은 짧은 배터리 수명에 짜증난 사용자들에게 희소식이 되고 있다. 여기에 배터리 자체의 성능 향상과 디스플레이에 태양광패널을 부착시키는 기술도 함께 적용된다면 휴대기기 사용시간이 대폭 증가할 것으로 전망된다.
- 조재형 객원기자
- alphard15@nate.com
- 저작권자 2011-04-19 ⓒ ScienceTimes
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