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2019년 6월 30일 일요일

마이크론의 DRAM 개발 계획 - EUV와 10nm 급 DRAM






(출처: 마이크론/ASML)


 마이크론이 앞으로 DRAM 로드맵을 업데이트 했습니다. 최근 DRAM 가격이 다시 떨어지고 있지만, 결국 메모리 없이 IT 세상이 움직일 순 없는 것이고 시장 규모는 계속 커질 수밖에 없습니다. 이런 이유로 삼성과 SK 하이닉스는 대대적인 투자를 진행하고 있으며 마이크론 역시 시장에서 살아남기 위해 공격적인 투자를 멈출 수 없는 상태입니다. 마이크론은 10nm급 제조 공정 여러 개와 EUV 리소그래피를 통해 가까운 미래를 준비한다는 계획입니다. 


 타이완에 있는 마이크론의 메모리 공장 (Micron Memory Taiwan 과 Rexchip Semiconductor)은 이미 1세대 10nm 공정인 1X nm 급 DRAM을 생산하고 있으며 가까운 미래에 3세대 10nm 급 공정인 1Z nm 로 전환할 계획입니다. 동시에 일본 히로시마에 있는 공장에도 20억 달러를 투자해 13nm 공정 DRAM을 양산할 계획입니다. 


 1X nm 공정을 이용하면 2세대인 1Y nm 공정보다 더 밀도가 높은 16Gb LPDDR4 메모리를 양산할 수 있습니다. 이를 통해 64GB 서버용 메모리 모듈을 양산할 수 있을 것으로 보입니다. 1X nm는 2020년 이후 본격 양산될 것이고 DDR5 메모리 역시 이 공정으로 양산이 시작될 가능성이 큽니다. 이후에 마이크론은 DUV 멀티패터닝 방식으로 1αnm, 1βnm 공정으로 이동한 후 1𝛾 nm 에서 EUV 방식을 도입할 계획입니다. 


 EUV 공정은 ASML의 Twinscan NXE step-and-scan 시스템을 사용할 것으로 보이는데 기존의 DUV 리소그래피 대비 기기가 크기 때문에 SK 하이닉스처럼 새로운 팹을 건설해야 합니다. 팹 당 필요한 트윈스캔 시스템 숫자는 2-10개 정도입니다. 이 과정까지 진행하기 위해서는 2023년 정도까지 기다려야 할 것으로 보이며 그 전에는 DUV 공정을 계속해서 개량해서 수율과 성능을 높일 것으로 보입니다. 


 최근 메모리 가격 하락은 마이크론에게도 고통이겠지만, 그래도 슈퍼 사이클에 많은 돈을 벌어들인 건 이들도 마찬가지이고 앞으로 메모리가 필요 없을 순 없는 일이라 기다리면 시세는 다시 회복될 것입니다. 다만 10nm 이하에서 팹 건설에 막대한 비용이 들어간다는 점은 마이크론으로써도 부담일 것입니다.


 참고 




지하철 터널을 냉난방용으로 사용한다?


(Researchers at EPFL have calculated the benefits of a geothermal heat recovery system for train tunnels(Credit:  LMS / 2019 EPFL))


 스위스 로잔 연방공과대학(EPFL)의 과학자들이 냉난방 에너지를 절약할 기발한 아이디어를 제시했습니다. 바로 지하철 터널을 활용하는 것입니다. 원리는 간단합니다. 지하 깊숙한 곳은 지상에 비해 온도 변화가 적습니다. 뜨거운 여름철에도 태양에너지가 도달하지 않기 때문에 온도가 낮고 추운 겨울철에는 지열 때문에 지표보다 온도가 높습니다. 따라서 땅속에 열에너지를 교환할 수 있는 파이프를 넣어 냉난방 에너지를 줄이는 기술은 이미 실용화되어 있습니다. 하지만 역시 비용이 문제입니다. 


 EPFL의 토양 역학 연구소(Soil Mechanics Laboratory (LMS))의 마르가우스 펠티어 (Margaux Peltier)를 비롯한 연구팀은 스위스 로잔의 지하철을 대상으로 지하철 터널을 이용하는 아이디어를 연구하고 있습니다. 아이디어의 기본은 간단합니다. 이미 지하 깊숙한 장소에 있는 지하철 터널 벽면에 열전달을 위한 파이프를 설치해 지상으로 열을 전달하는 것입니다. 물론 이것만으로 에어컨이나 보일러를 대신할 순 없지만, 보조 냉난방 시스템으로 활용할 수 있습니다. 


 연구팀은 6만㎡ 정도의 면적에 열교환용 파이프라인을 설치해 전용면적 80㎡ 아파트 1500가구에 냉난방 시스템을 제공한다는 아이디어를 제시했습니다. 이를 통해 연간 200만톤의 이산화탄소 배출을 억제할 수 있다는 게 연구팀의 주장입니다. 아이디어는 상당히 그럴 듯 하지만 역시 비용이 만만치 않을텐데 현실적으로 가능할지 궁금합니다. 



참고


개미 배설물을 비료로 사용하는 식물


(Domatium sections showing the warts, the hyper-absorbtive structures, that evolved in farmed ant-plants on which ants defecate. Credit: University of Oxford)


 과학자들이 개미와 놀라운 공진화를 이룩한 식물을 발견했습니다. 옥스퍼드 대학의 기욤 초믹키 박사 (Dr. Guillaume Chomicki from the Department of Plant Sciences, University of Oxford)이 이끄는 연구팀은 피지 섬에서 비료 주는 농사 개미를 발견했습니다. 


 식물을 잘라 곰팡이를 재배하는 개미는 잘 알려진 사례입니다. 가위 개미 혹은 잎꾼 개미(Leafcutter ants)는 5천만년 전부터 진화한 오랜 역사를 지니고 있습니다. 그리고 자신의 방어를 위해 개미를 이용하는 식물 역시 잘 알려져 있습니다. 하지만 이번에 피지섬에서 발견된 공생 관계는 상상을 초월합니다. 


 개미와 공생하는 착생식물(epiphytic genus Squamellaria (Rubiaceae))은 다른 나무를 타고 올라가는 식물로 토양에서 충분한 질소를 공급받기 어렵습니다. 그래서 이 식물은 개미에 보금자리를 제공하고 이 개미가 내놓는 질소가 풍부한 배설물을 흡수해 필요한 영양소를 흡수합니다. 본래는 개미에게 보금자리와 식량을 제공하고 대신 방어를 맞기는 공생 관계에서 시작했다가 아예 영양분을 공급받는 공생 관계까지 진화한 것입니다. 


 이 개미는 아예 스스로 둥지를 짓는 법을 잃어버린 상태로 식물에 있는 속이 빈 구조물에서 생활하면서 질소가 풍부한 배설물을 남깁니다. 식물의 팽대부는 이 비료를 흡수하는데 최적화되어 있어 찌거기 없이 완벽한 흡수를 자랑합니다. 덕분에 개미는 배설물을 치우거나 집을 지을 필요가 없고 식물은 먼 토양에서 영양분을 흡수하는 수고를 덜 수 있습니다. 


 연구팀은 이들의 공생 관계가 사실은 300만년 정도로 잎꾼 개미에 비해 매우 짧다고 보고했습니다. 하지만 300만년 역시 짧은 시간은 아닐 것입니다. 오스트랄로피테쿠스가 현생 인류로 진화할 만큼의 시간이니까요. 이들의 공생 관계 역시 오랜 세월 공진화를 이룩한 끝에 이제는 생존을 위해 서로가 반드시 필요한 수준까지 도달한 것으로 보입니다. 



 참고 


More information: New Phytologist (2019). nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.15855




2019년 6월 29일 토요일

우주 이야기 930 - TESS가 발견한 지구보다 작은 외계 행성



(The three planets discovered in the L98-59 system by NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) are compared to Mars and Earth in order of increasing size in this illustration. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center)



 나사의 TESS가 지구와 화성 중간 크기의 외계 행성을 발견했습니다. 지구에서 35광년 떨어진 M형 적색 왜성인 L 98-59 주위에서 발견된 외계 행성 L 98-59b이 그 주인공 입니다. 이 행성은 이제까지 TESS가 발견한 외계 행성 가운데 가장 작은 것으로 앞으로 데이터 수집이 진행됨에 따라서 더 많은 지구 크기 행성이 나올 것으로 기대됩니다. 



 L 98-59 주변에는 3개의 외계 행성이 있는데 모두 모항성 주변을 바짝 붙어 공전하고 있습니다. L 98-59b의 공전 주기는 2.25일에 불과하며 이로 인해 지구 표면의 22배에 달하는 에너지가 쏟아지고 있습니다. L 98-59 자체가 태양 질량의 1/3 정도되는 어두운 별이지만 너무 가까운 궤도를 공전하기 때문입니다.


 다른 두 행성은 L 98-59b보다 더 크고 모항성에서 좀 더 떨어진 곳에 있습니다. L 98-59c는 지구 지름의 1.4배 크기로 공전주기는 3.7일이며 L 98-59d 는 1.6배 크기로 공전주기는 7.5일입니다. 물론 두 외계 행성도 각각 지구의 11배와 4배에 달하는 많은 에너지를 받고 있습니다. 




(동영상) 


 TESS는 아직 임무 초기 단계로 앞으로 케플러를 넘어서는 성과가 기대됩니다. 이번에 발견된 외계 행성은 모두 생명체가 살 것 같지 않는 장소지만, 가까운 미래에 제 2의 지구가 다수 발견될 것으로 기대됩니다. 


 참고 


Veselin B. Kostov et al, The L 98-59 System: Three Transiting, Terrestrial-size Planets Orbiting a Nearby M Dwarf, The Astronomical Journal (2019). DOI: 10.3847/1538-3881/ab2459

좀비 매미를 만드는 곰팡이



(A cicada clings to a blade of grass. Credit: Matt Kasson)


 곰팡이 가운데는 곤충에 기생하는 것들이 있습니다. 이 곰팡이들은 곤충의 사체를 분해할 뿐 아니라 살아 있는 곤충에 감염된 후 숙주의 행동을 조종해서 곰팡이 포자를 더 멀리 퍼지게 만드는 것들도 존재합니다. 웨스트 버지니아 대학의 매트 케이슨 (Matt Kasson) 교수는 매미에 감염되는 마소포라 (Massopora) 곰팡이를 연구했습니다. 이 곰팡이는 사람이 먹으면 환각을 일으키는 환각 버섯 (hallucinogenic mushroom)과 비슷한 화학 물질을 지니고 있습니다. 


 수컷 매미에 이 곰팡이가 감염되는 경우 가장 충격적인 부분은 바로 마주치는 모든 것과 짝짓기를 하려 든다는 점입니다. 사실 곰팡이에 의해 생식기가 손상되기 때문에 짝짓기를 불가능하지만, 아무튼 이런 과정을 통해 다른 매미에 곰팡이를 전파하는 것으로 보입니다. 곤충판 날아다니는 좀비라고 할 수 있는데, 차라리 좀비가 더 나은 것 같은 생각도 드네요. 


 아무튼 매미 입장에서는 13-17년만에 땅으로 올라와 수주 이내로 짝짓기를 통해 후손을 남겨야 하는데, 곰팡이에 감염되어 억울한 좀비 노릇을 해야 하니 원통하기 짝이 없을 듯 합니다. 연구팀은 이 원통한 사연의 원인이 되는 화학 물질에 대해서 연구를 계속하고 있습니다. 숙주의 행동을 조절하는 물질을 연구해 그 기전을 밝힌다면 여러 가지 흥미로운 응용 (예를 들어 해충 구제)이 가능할 것으로 기대됩니다. 



 참고 

Greg R. Boyce et al, Psychoactive plant- and mushroom-associated alkaloids from two behavior modifying cicada pathogens, Fungal Ecology (2019). DOI: 10.1016/j.funeco.2019.06.002

탈모 치료에 희망을 주는 3D 프린터 기술


(The 3D-printed structure can for the first time grow human hair follicles entirely in a laboratory dish(Credit: Christiano lab/Columbia University Irving Medical Center))

(A cross-section of a human hair follicle(Credit: Christiano lab/Columbia University Irving Medical Center))



 바이오 3D 프린팅 기술이 탈모 치료의 희망이 될 수 있다는 연구 결과가 나왔습니다. 컬럼비아대학의 연구팀은 인간의 모낭과 비슷한 환경을 만들고 여기서 작은 털이 자라게 만드는 데 성공했습니다. 만약 상업적인 개발에 성공한다면 환자 자신의 인공 머리카락을 대량으로 생산할 수 있는 길이 열릴 것으로 기대합니다. 


 연구팀은 우선 인간의 모낭과 비슷한 인공 환경을 3D 프린터로 출력했습니다. 이 플라스틱 거푸집은 0.5mm 크기에 불과합니다. 다음 단계로 자원자에게 받은 인체 모낭 세포와 피부 세포를 배양하고 모낭 세포의 증식을 억제하는 JAK-STAT 경로를 차단하는 물질을 투입해 모낭 세포의 증식을 촉진했습니다. 그 결과 작은 털이 자라는 것을 확인할 수 있었습니다.  (사진)


 물론 아직 만족할 만한 형태의 머리카락을 대량 생산한 것은 아니지만, 연구를 통해 이식에 필요한 머리카락을 많이 만들 수 있다면 탈모 치료에 새 희망이 될 수 있을 것입니다. 연구팀은 그 외에도 샴푸를 비롯한 여러 화학 제품의 테스트 용으로 동물 실험보다 더 적합할 것으로 기대하고 있습니다. 갈길이 멀긴 하지만 탈모인들의 고통을 치료할 수 있는 획기적인 바이오 3D 프린팅 기술을 기대해 봅니다. 


 참고 





2019년 6월 28일 금요일

걷기가 심혈관 질환과 골절을 예방한다





 걷기는 특별한 운동 기구나 장소 없이 어느 때나 할 수 있는 가벼운 운동입니다. 하루 30분에서 한 시간 이상 걷거나 가볍게 뛰는 것은 건강을 위해 좋은 습관입니다. 요즘에는 걸은 거리와 발자국 수를 계산하는 웨어러블 기기나 스마트폰 앱이 널리 사용되어 더 효과적인 관리가 가능합니다. 


 영국의 세인트 조지 대학의 테스 해리스 (Tess Harris, St George's University of London, UK)와 그 동료들은 만보기(pedometer)를 이용해서 12주간에 걸쳐 많이 걷기를 격려한 결과 4년에 걸쳐 심혈관 질환 및 골절의 위험성이 줄어들었다는 연구 결과를 PLOS Medicine에 발표했습니다. 


 연구팀은 영국에서 진행된 PACE-UP 및 PACE-Lift 임상 시험에 참가한 1297명의 데이터를 분석했습니다. 연구 참가자들은 두 그룹으로 나뉘어 한쪽은 스스로 볼 수 있는 만보계를 착용하고 걷기 횟수와 거리를 측정한 후 하루 1500걸음 이상 더 걷도록 격려 받았습니다. 다른 한쪽은 특별한 조치 없이 참가자가 볼 수 없는 만보계를 착용했습니다. 연구는 12주간 진행되었습니다. 


 그 결과 더 많은 거리를 걸은 참가자의 경우 4년에 걸쳐 심혈관 질환 및 골절 위험도가 현저히 감소했습니다. HR 값은 심혈관 질환의 경우 0.34 (95% CI 0.12-0.91, p = 0.03)이고 골절은 0.56 (95% CI 0.35-0.90, p = 0.02)으로 크게 줄었는데, 좀 더 대규모의 연구가 필요하긴 하지만 긍정적인 결과로 해석할 수 있을 것 같습니다. 반면 우울증 및 당뇨 예방효과는 확인되지 않았습니다. 


 규칙적인 운동 가운데 가장 좋은 것은 걷기와 달리기일 것입니다. 특히 요즘은 스마트폰으로 쉽게 거리를 측정할 수 있어 효과적인 운동 관리가 더 쉬워졌습니다. 가까운 거리는 걸어가는 습관을 들이면 하루 1만 걸음은 쉽게 돌파할 수 있을 것 같습니다. 저도 운동량이 많은 편은 아니지만, 하루 평균 만보는 걷고 있습니다. 


 참고 


Harris T, Limb ES, Hosking F, Carey I, DeWilde S, Furness C, et al. (2019) Effect of pedometer-based walking interventions on long-term health outcomes: Prospective 4-year follow-up of two randomised controlled trials using routine primary care data. PLoS Med 16(6): e1002836. doi.org/10.1371/journal.pmed.1002836


우주 이야기 929 - 우주 공간에서 찾은 버키볼



(An artist's concept depicting the presence of buckyballs in space. Buckyballs, which consist of 60 carbon atoms arranged like soccer balls, have been detected in space before by scientists using NASA's Spitzer Space Telescope. The new result is the first time an electrically charged (ionized) version has been found in the interstellar medium. Credit: NASA/JPL-Caltech)


 허블 우주 망원경이 별 사이의 공간인 성간 매질 interstellar medium (ISM) 에서 놀랄 만큼 복잡한 물질을 찾아냈습니다. 버키볼(Buckyball)은 발견자의 이름 딴 공 모양의 탄소 분자로 60개의 탄소 원자가 축구공 같은 형태로 결합한 분자입니다. 버키볼은 자연 상태에서나 혹은 고온 연소된 숯에서 가끔 발견되지만 흔한 물질은 아닙니다. 그러 여러 가지 독특한 특징을 지녀 활발히 연구되는 신소재 물질이기도 합니다. 


 보통 성간 매질은 대부분 수소와 헬륨으로 이보다 무거운 원소는 미량에 불과합니다. 성간 매질의 물질 밀도가 거의 진공에 가까운데다 탄소 같은 큰 원자가 드물다는 점을 생각하면 놀라운 일이지만, 이런 미량 원소들도 화학 반응을 통해 더 복잡한 분자로 발전할 수 있습니다. 버키볼 역시 만찬가지로 60개나 되는 탄소가 우연히 결합하기에는 밀도가 낮아보이지만, 과학자들은 버키볼의 존재 역시 찾아낸 적이 있습니다. 


 카톨릭 대학의 마틴 코디너 (Martin Cordiner of the Catholic University of America, Washington) 를 비롯한 과학자들은 허블 우주 망원경 관측 데이터를 이용해서 전하를 지닌 버키볼 (C60+)의 존재를 확인했습니다. 이는 처음으로 성간 매질에서 확인되는 것입니다. 


 버키볼 같은 복잡한 분자를 검출하기 위해서는 별빛이 성간 매질을 통과하면서 흡수되는 특정 스펙트럼을 찾아내야 합니다. 성간 매질의 흡수 스펙트럼 파장은 Diffuse Interstellar Bands (DIBs)라고 부르며 현재까지 400종이 알려져 있습니다. 그런데 이 작업은 대기 중 기체에 의해 다양한 파장이 흡수되는 지상 망원경으로는 어려운 부분이 있습니다. 


 연구팀은 DIBs을 면밀히 분석해 전하를 지닌 버키볼의 존재를 증명하는데 성공했습니다. 물론 그 밀도는 극도로 낮기 때문에 이는 허블 우주 망원경의 성능을 극단까지 끌어올린 관측 결과입니다. 


 이번 연구는 성간 매질이 단순히 진공에 가까운 빈 공간이 아니라 다양한 화학 반응이 일어날 수 있다는 사실을 보여줬습니다. 다양한 유기물이 여기서 생성될 수 있으며 이 물질들이 생명 발생에도 관여했을지 모릅니다. 앞으로 과학자들은 더 강력한 망원경을 통해 빈 공간처럼 보이는 성간 매질에서 새로운 사실을 발견할 것입니다. 


 참고 


M. A. Cordiner et al, Confirming Interstellar C60+ Using the Hubble Space Telescope, The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847/2041-8213/ab14e5

블루투스 기반 원격 약물 투여 시스템


(Remote-controlled implantable nanochannel drug delivery system (nDS) created by nanomedicine researchers at Houston Methodist Research Institute. Credit: Houston Methodist)


 고혈압이나 당뇨처럼 매일 약을 먹어야 하는 만성 질환의 경우 종종 약 복용을 잃어 버려 제대로 관리가 안되는 경우가 의외로 많습니다. 특히 고령 환자의 경우 다른 보호자가 없으면 종종 이런 일이 발생합니다. 휴스턴 매소디스트 연구소 (Houston Methodist Research Institute)의 연구팀은 최대 1년까지 별도의 리필이나 다른 처치가 필요하지 않은 임플란트 형태의 약물 투입 장치를 개발하고 있습니다. 


 이들이 개발한 nanochannel delivery system (nDS)는 블루투스를 이용해서 원격으로 조정할 수 있으며 이름처럼 매우 적은 용량의 약물을 적당한 양만큼 투여할 수 있습니다. 현재 개발된 약물 가운데는 매우 소량으로도 충분한 효과를 볼 수 있는 것들이 있습니다. 사실 우리가 먹는 알약은 부피의 상당 부분 약물이 아니라 밀가루처럼 약물 효과가 없지만, 부피를 충족시키기 위한 것입니다. 


 연구팀은 고혈압과 류마티스 관절염 약물을 투여하는 nDS 시스템을 테스트했습니다. 일부 약물은 밤중에 투여할 때 효과가 최대가 되지만, 정확히 약물 투여 시간을 조절하기 어려운 환자들이 존재합니다. 이 시스템은 매우 효과적으로 정해진 시간에 약물을 투여할 수 있습니다. 또 다른 장점은 정확한 투여량, 투여 시간을 기록하고 필요시 조정할 수 있다는 것입니다. 더 나아가 환자에 따라 약물량을 알맞게 조절할 수 있습니다. 


 현재 나와 있는 상용 약물은 5mg, 10mg 하는 식으로 미리 정해진 용량이 있습니다. 하지만 실제 환자가 필요한 용량은 6.5mg 하는 식으로 딱 맞게 떨어지지 않을 수 있습니다. nDS는 환자 맞춤형 용량으로 조절이 가능하며 환자의 증상과 혈압 등 지표에 맞춰 능동적인 조절 역시 가능합니다. 


 물론 앞으로 갈 길이 멀긴 하지만, nDS는 IT 기술과 접목한 스마트 의료의 모습을 보여줬다는 생각입니다. 임플란트 기기만 편리하게 이식 제거가 가능하다면 앞으로 점점 이런 형태의 기기를 더 많이 볼 수 있을 것으로 예상합니다. 


 참고 


Nicola Di Trani et al, Remotely controlled nanofluidic implantable platform for tunable drug delivery, Lab on a Chip (2019). DOI: 10.1039/c9lc00394k


2019년 6월 27일 목요일

심장을 모니터링 하는 e-tattoo



(The e-tattoo utilizes two sensors to perform two functions(Credit: The University of Texas at Austin))


 최근 다양한 박막 소재 및 전자 기술이 발전하면서 건강 상태를 체크하는 웨어러블 센서 개발도 활발해지고 있습니다. 이중에 유망한 것이 바로 심전도를 체크하는 웨어러블 센서입니다. 심전도는 혈당과 달리 혈액을 직접 채취할 필요가 없고 심장 질환을 지닌 환자에서 매우 중요한 정보를 수집할 수 있기 때문에 기술적으로나 임상적으로 가장 가능성이 높은 분야입니다. 


 텍사스 대학의 난슈 루 교수 (University of Texas at Austin, Assoc. Prof. Nanshu Lu)가 이끄는 연구팀은 심장이 박동을 감지해 더 정확한 심전도 정보를 수집할 수 있는 전자 문신 (e-tattoo)를 개발했습니다. 이 전자 문신은 금과 PET (polyethylene terephthalate) 소재로 만들어진 얇은 필름과 polyvinylidene fluoride (PVDF) 소재의 얇은 필름 두 개로 구성되어 있습니다. 기존에 나온 심전도 박막 센서와 비교해서 가장 큰 차이점은 심전도 센서 외에 seismocardiography (SCG) 센서가 통합되어 있다는 것입니다. 


 SCG 센서는 심장의 물리적 박동을 감지하는 센서로 PVDF 필름에 있는 압전 효과 (piezoelectric) 소자를 이용합니다. 심전도 센서가 잘못 측정하는 경우 SCG 센서가 이를 바로잡아 더 정확한 심전도 측정을 가능하게 하는 것이 목적입니다. 


 이 전자 문신은 매우 얇고 기존의 의료기기와 쉽게 통합이 가능할 것으로 기대됩니다. 다만 가격, 신뢰도, 내구성, 안전성 등 여러 가지 테스트를 거친 후에 시장에 등장할 수 있을 것입니다. 아무튼 이런 전자 문신 개발 소식이 활발하다는 것 자체가 실용화 가능성이 높다는 이야기입니다. 머지 않아 임상에서 널리 쓰일 수 있기를 기대합니다. 


 참고 


기후 변화에 의한 그린란드의 미래 - 정말 녹색 땅이 된다?




(The researchers ran their model 1500 times, testing a variety of land, ice, ocean and atmospheric variables to see how they affected ice melt rate - including three possible future climate scenarios (from left to right: low, medium, and high emissions out to the year 2300). Credit: Credits: NASA / Cindy Starr)


(These maps of Greenland show ice losses under two 'representative concentration pathways' of greenhouse gases in Earth's atmosphere from present day to the year 3000. The RCPs, adopted by the Intergovernmental Panel on Climate Change, reflect higher (8.5) and lower (2.6) greenhouse gas concentrations associated with different levels of emissions from human use of fossil fuels. Currently, the planet is on the higher pathway. Credit: UAF Geophysical Institute)


 그린란드는 이름과는 달리 실제로는 거의 빙하로 덮힌 거대한 섬입니다. 하지만 1000년 후에는 이름값을 하게 될 가능성이 있습니다. 알래스카 대학 지질물리학 연구소 (Geophysical Institute at the University of Alaska Fairbanks)의 과학자들은 나사의 항공 빙하 관측 프로젝트인 아이스브릿지 (Operation IceBridge airborne campaign) 데이터를 분석해 그린란드 빙하의 미래를 예측했습니다.  


 연구팀은 세 가지 배출 시나리오에 여러 가지 변수를 모형에 넣고 500회에 걸쳐 반복적으로 시뮬레이션 했습니다. 3000년까지 시뮬레이션한 결과는 그린란드의 흥미로운 미래를 보여줬습니다. 이번 연구에서 그린란드 빙하는 앞으로 200년에 걸쳐 해수면을 35인치 (89cm) 정도 상승시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. (사진) 




(동영상) 


 만약 현재의 온실가스 배출이 계속 늘어나는 경우 3000년에 그린란드 빙하는 완전히 소실될 것으로 예측됐습니다. 그린란드가 진짜 이름값을 하게 되는 것입니다. 이번 세기말에 배출량이 안정화되고 더 증가하지 않는 경우라도 질량 소실은 26-57%정도에 달하며 적극적으로 배출량을 줄이는 경우에 질량 소실은 8-25%에 달할 것으로 예측했습니다. 


 아무리 얼음이 빨리 녹더라도 기본적으로 거대한 얼음 덩어리이기 때문에 녹는데는 상당한 시간이 필요합니다. 하지만 반대로 이미 배출한 이산화탄소 양이 많기 때문에 지금부터 배출량을 줄이기 위해 노력해도 의미 있는 변화를 위해서는 상당한 시간과 비용이 필요합니다. 물론 그것도 하지 않으면 미래에는 더 큰 댓가가 따를 것입니다. 


 참고 


 "Contribution of the Greenland Ice Sheet to sea level over the next millennium" Science Advances (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aav9396 , 


SK 하이닉스의 128층 4D NAND - 176층 낸드의 예고편?


(출처: SK 하이닉스)


 이미 어제 뉴스에서 많이 보셨을 것으로 생각하지만, SK 하이닉스가 1 Tb 128층 ‘4D’ TLC NAND의 양산 소식을 발표했습니다. 128층 TLC 낸드는 업계 최초로 1Tb라는 용량 역시 TLC 메모리 가운데 가장 높은 것입니다. 이를 이용해서 16개의 1Tb의 낸드를 쌓은 반도체 패키지를 만들 경우 2TB라는 대용량 낸드 플래시 칩 개발이 가능해집니다. 스마트폰이나 태블릿 PC의 용량이 그만큼 늘어날 수 있다는 것입니다. 1TB 제품의 경우에도 8개만 넣으면 되기 때문에 더 작고 효율적인 반도체 패키지가 가능해 집니다. 


  4D라는 명칭을 붙인 이유는 기존의 3D 낸드에 사용된 CTF (Charge Trap Flash) 구조에 셀 작동을 관장하는 주변부 (peri) 회로를 셀 주변이 아닌 아래 넣은 구조를 사용했기 때문입니다. 이를 PUC (peripheral under cell)이라고 부릅니다. 비유를 하자면 낸드 플래시 셀을 평면에서 아파트처럼 여러 층 쌓아올린 것이 CTF 구조라면 PUC는 여기에 더해 주차장을 지하로 넣어 밀도를 더 높인 것입니다. 이를 통해 면적을 30%까지 줄일 수 있다는 것입니다. 




 그런데 이런 설명보다 더 관심을 끄는 소식은 176단 낸드의 개발 역시 준비 중이라는 것입니다. 3D 낸드 기술은 200층 정도에서 한계에 도달할 것으로 우려되고 있는데, 고층 건물도 높이가 올라가면 건설이 어려워지는 것처럼 낸드 플래시 메모리 구조 역시 적층 단수가 올라가면서 여러 가지 문제가 생기기 때문입니다. 128단에서 192단이 아니라 176단이 된 이유 역시 그런 것이 아닐까 생각합니다. 


 아무튼 176단까지 오게 되면 200단 돌파는 눈앞인데, 이 기술적 난관을 어떻게 극복할 수 있을지가 궁금합니다. 낸드 플래시 메모리 업계는 3D 적층과 TLC, QLC 낸드를 통해 공정 미세화에 따른 한계를 돌파해왔지만, 더 적층이 어렵다면 용량 증가가 쉽지 않을 수도 있습니다. 사실 적층은 더 할 수 있다고 해도 적당한 비용으로 양산이 가능한지가 문제입니다. 


 쉽게 해결할 수 있는 문제는 아니지만, 폭발적으로 증가하는 데이터 시장을 고려하면 기술적 한계를 극복하기 위한 연구가 계속 진행될 것입니다. 2Tb, 4Tb 낸드 양산 소식도 결국은 들을 수 있을 것으로 생각하지만, 더 미래를 생각한다면 상변이 메모리 같은 차세대 비휘발성 메모리가 답일 것 같습니다. 


 추가로 더 흥미로운 이야기는 SK 하이닉스 자체 컨트롤러를 쓴 데이터 센터 및 소비자용 SSD에 대한 이야기입니다. 2020년 하반기에는 2TB 급 소비자용 SSD 및 16/32TB 데이터 센터용 SSD를 선보일 것이라고 했는데, 과연 시장에서 얼마나 성공할지 주목됩니다. 


 참고 




2019년 6월 26일 수요일

라즈베리 파이 4 공개 - 28nm 공정으로 업그레이드된 싱글 보드 컴퓨터의 강자.





(Credit: Raspberry Pi Foundation)


 라즈베리 파이가 새로 업데이트 했습니다. 라즈베리 파이 4(Raspberry Pi 4)에서 가장 두드러진 특징은 28nm 공정으로 이동하면서 1.5GHz ARM Cortex-A72 쿼드코어 CPU를 갖췄다는 것입니다. (Broadcom BCM2711) 이를 통해 3B + 버전 대비 2-4배 높은 성능을 자랑합니다. GPU는 VideoCore VI (500MHz)를 사용하는데 고사양 3D 게임에는 적합하지 않지만, 4K 영상 출력을 지원하기 때문에 이전보다 쓰임새가 넓어졌습니다. 


 특히 과거 있던 풀 사이즈 HDMI 단자 대신 두 개의 마이크로 HDMI 단자를 달아 4k 영상을 60 프레임으로 단독 출력하거나 듀얼 모니터로 30 프레임으로 출력할 수 있게 됐습니다. 라즈베리 파이의 용도를 생각하면 듀얼 모니터 사용이 그다지 흔하지 않을 수 있지만 지원할 수 있다는 게 단점이 될 순 없을 것입니다. 


 메모리는 1/2/4 GB 버전으로 나뉘며 가격은 각각 35/45/55 달러입니다. 4GB 버전 및 성능이 높아진 CPU 덕분에 여러 가지 놀이 (?)가 가능할 것으로 보입니다. 여기에 LPDDR4 도입으로 메모리 대역폭도 커졌다는 사실 역시 중요합니다. 


 라즈베리 파이 4는 Bluetooth 5.0, 802.11ac dual band Wi-Fi. 지원 두 개의 USB 3.0 및 2.0 지원, USB 전력 상승 등 여러 업데이트를 통해 이전 세대 모델에 비해 많이 좋아졌음에도 가격은 저렴하게 유지해 앞으로 인기를 이어 나갈 것으로 기대됩니다. 


 참고 




에디아카라기 생물은 딕킨소니아는 스스로 움직였다?


(Fossil beds of the Nilpena National Heritage Ediacara site. Credit: Scott Evans / UCR)

(Ancient Dickinsonia fossil unearthed in the Australian outback. Credit: Scott Evans / UCR)


 고생대 이전 시기인 에디아카라기에는 현생 동물군과 연관성을 알 수 없는 괴상한 생물체들이 번성했습니다. 에디아카라 생물군은 대부분 움직이지 않고 바다 밑바닥에서 생활하는 생물체로 아마도 다른 다세포 동물을 사냥하며 돌아다니지는 않았던 것으로 보입니다. 캄브리아기가 온 이후에야 지구에는 먹이를 찾아 활발히 움직이는 포식자의 시대가 열립니다. 


 하지만 논쟁이 없는 것은 아닙니다. 캘리포니아 대학의 스콘 에반스 (Scott Evans, a UCR paleontology doctoral candidate)이 이끄는 연구팀은 에디아카라기의 대표 생물인 딕킨소니아가 움직일 수 있었는지를 조사했습니다. 줄무늬가 있는 호떡처럼 생긴 딕킨소니아는 발견 초기부터 움직일 수 있는지를 두고 논쟁이 있었던 생물입니다. 어떻게 먹고 살았는지도 상당한 논쟁이 있지만, 주변으로 움직인 것 같은 흔적이 있어 스스로 움직일 수 있는 생물인지를 두고 논쟁이 있었던 것입니다. (이 생물에 대해서는 제 책인 포식자에서도 소개했습니다) 




 얇은 몸 덕택에 디킨소니아는 물의 흐름에 따라 움직였을 가능성이 있습니다.  화석 주위의 움직인 듯한 흔적은 그 결과물일 수도 있습니다. 연구팀은 호주에서 발견된 5억5천만년 전의 딕킨소니아 화석 200개가 움직인 방향을 조사했습니다. 만약 해류의 따라 몸이 움직였다면 특별한 방향성 없이 움직였을 것이고 스스로 움직일 수 있었다면 한쪽 방향으로 움직일 가능성이 큽니다. 연구 결과는 후자를 지지했습니다. 아마도 디킨소니아는 먹이가 풍부한 장소를 찾아 이동했을지도 모릅니다. 


 하지만 기본적으로 다리가 없고 근육처럼 보이는 흔적도 없고 모래 위에 남은 부드러운 흔적만이 전부이기 때문에 논쟁이 쉽게 가라앉지는 않을 것입니다. 에디아카라기 생물군은 오랜 연구에도 쉽게 정체를 드러내지 않는 미스터리 생물체입니다. 그러나 그 비밀을 밝히기 위한 연구는 계속될 것입니다. 


 참고 


Scott D. Evans et al, Slime travelers: Early evidence of animal mobility and feeding in an organic mat world, Geobiology (2019). DOI: 10.1111/gbi.12351

카멜레온 새우 이야기



(Chameleon prawns (Hippolyte varians) are remarkably colorful, ranging from bright block colors to varying degrees of transparency, and are common in UK rock pools. Credit: Martin Stevens)


 카멜레온 새우(Chameleon prawns (Hippolyte varians))는 진짜 카멜레온처럼 주변 환경에 맞춰 바로 피부색을 바꾸지는 못하지만, 계절 변화에 따라 주변 환경에 맞춰 몸 색상을 변화시키는 독특한 재주가 있습니다. 엑세터 대학 및 브라질 ABC 연방 대학(University of Exeter and the Federal University of ABC )의 연구팀은 이들의 색상 변화 및 행동에 대해 연구했습니다. 


 카멜레온 새우가 몸 색깔을 바꾸는 주된 이유는 수초의 색상이 바뀌는 것과 관련이 있습니다. 이들은 초록색, 갈색, 그리고 심지어 반투명한 색상까지 수주 이내로 몸 색상을 바꿀 수 있으며 당연히 이는 생존에 큰 도움이 됩니다. (사진 참조) 


 하지만 카멜레온처럼 색상을 바로 바꿀 순 없기 때문에 카멜레온 새우는 자신이 눈에 띄지 않는 환경으로 몸을 피하는 습성을 지니고 있습니다. 즉각적으로 몸 색상과 무늬를 바꿀 수 있는 문어에 비하면 불완전한 위장이지만, 대신 상대적으로 낮은 비용 들이는 위장이라는 점도 감안해야 합니다. 특히 갑각류의 외골격을 생각하면 이렇게 색상을 마음대로 바꿀 수 있다는 것 자체로 놀라운 일입니다. 이 가운데 반투명 위장은 작은 새우만이 가능한 위장색이 아닌가 하는 생각도 듭니다. 아마도 이 부분은 카멜레온도 흉내내기 어려운 재주일 것입니다. 


 아무튼 세상에는 별 독특한 생물이 다 있다는 사실을 다시 보여주는 연구인 것 같습니다. 


참고 


"Colour change and behavioural choice facilitate chameleon prawn camouflage against different seaweed backgrounds." Communications Biology, DOI: 10.1038/s42003-019-0465-8




2019년 6월 25일 화요일

로지스틱 회귀 분석 (5)



 로지스틱 회귀 모형에서 모형의 성능과 예측력을 비교하는데 흔히 사용되는 것이 receiver operating characteristic curve 혹은 ROC curve 입니다. 이 커브 아래의 면적인 AUC (Area under the curve)이 1에 가까울수록 로지스틱 회귀 모형이 정확히 분류를 한 것으로 해석할 수 있습니다. 자세한 설명은 아래 위키피디아 문서 및 검색을 통해 쉽게 찾을 수 있을 것이고 이미 통계 공부를 하셨다면 원리는 다 알고 있으실 것으로 생각합니다. 여기서는 R 코드로 구현하고 비교하는 방법을 알아보겠습니다. 


 우선 피마 인디언 데이터로 혈압, BMI, 그리고 공복 혈당의 ROC/AUC 분석을 해보겠습니다. 패키지는 pROC 를 사용하는데 가장 널리 사용되는 R 패키지 가운데 하나입니다. 기본 문법은 roc(결과변수, 독립변수..) 입니다. 


library(pROC)
library(mlbench)

data(PimaIndiansDiabetes)
pima <- pimaindiansdiabetes="" span="">

pima<-subset pima="" pressure="">0)
pima<-subset mass="" pima="">0)
pima<-subset glucose="" pima="">0)

pressure=roc(pima$diabetes, pima$pressure, ci=TRUE)
mass=roc(pima$diabetes, pima$mass, ci=TRUE)
glucose=roc(pima$diabetes, pima$glucose, ci=TRUE)

pressure
mass
glucose


> pressure

Call:
roc.default(response = pima$diabetes, predictor = pima$pressure,     ci = TRUE)

Data: pima$pressure in 475 controls (pima$diabetes neg) < 249 cases (pima$diabetes pos).
Area under the curve: 0.6056
95% CI: 0.5629-0.6483 (DeLong)
> mass

Call:
roc.default(response = pima$diabetes, predictor = pima$mass,     ci = TRUE)

Data: pima$mass in 475 controls (pima$diabetes neg) < 249 cases (pima$diabetes pos).
Area under the curve: 0.6794
95% CI: 0.6405-0.7183 (DeLong)
> glucose

Call:
roc.default(response = pima$diabetes, predictor = pima$glucose,     ci = TRUE)

Data: pima$glucose in 475 controls (pima$diabetes neg) < 249 cases (pima$diabetes pos).
Area under the curve: 0.7882
95% CI: 0.7538-0.8226 (DeLong)


 AUC 분석 결과를 보면 공복혈당의 AUC가 가장 커서 예측력이 가장 좋은 것으로 보입니다. 이를 시각적으로 표시해 보겠습니다. 복수의 ROC 커브를 그리는 방법도 간단합니다. 


plot(pressure, legacy.axes=TRUE)
lines.roc(mass, lty=2)
lines.roc(glucose, lty=3)
legend(0.4,0.2, lty=1:3, legend=c("blood pressure","BMI","fasting glucose"))




 단순히 육안으로보더라도 공복혈당 (fasting glucose)의 당뇨 발생 예측력이 확실히 뛰어납니다. 당뇨의 진단 기준 가운데 하나가 공복혈당이라는 점을 생각하면 당연한 결과이기도 합니다. 하지만 ROC 커브가 겹치는 경우 어떤 변수가 예측력이 더 높은지를 어떻게 평가할까요. AUC 값이 그 기준이 되지만, 95% CI가 겹치는 구간이 있을 경우 판단이 애매해질 수 있습니다. 이 경우에 두 개의 값을 비교해 통계적 유의성이 있는지 확인합니다. roc.test(모델1, 모델2)로 비교합니다. 


roc.test(glucose, mass)
roc.test(glucose, pressure)
roc.test(mass, pressure)

> roc.test(glucose, mass)

DeLong's test for two correlated ROC curves

data:  glucose and mass
Z = 4.2677, p-value = 1.975e-05
alternative hypothesis: true difference in AUC is not equal to 0
sample estimates:
AUC of roc1 AUC of roc2 
  0.7882308   0.6793955 

> roc.test(glucose, pressure)

DeLong's test for two correlated ROC curves

data:  glucose and pressure
Z = 7.088, p-value = 1.361e-12
alternative hypothesis: true difference in AUC is not equal to 0
sample estimates:
AUC of roc1 AUC of roc2 
  0.7882308   0.6056309 

> roc.test(mass, pressure)

DeLong's test for two correlated ROC curves

data:  mass and pressure
Z = 2.8712, p-value = 0.00409
alternative hypothesis: true difference in AUC is not equal to 0
sample estimates:
AUC of roc1 AUC of roc2 
  0.6793955   0.6056309 


 기본 방법은 DeLong's method 입니다. 흥미롭게도 세가지 모두 P<0 .05="" nbsp="" roc="" span="">