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반도체는 크게 두 줄기로 나뉜다. 그것은 Discrete와 IC(Integrated Circuit). Discrete는 한국어로 개별반도체라고 하며, 제품 내에서 단일한 기능을 하는 소형 전자 반도체 부품을 의미한다. 예로 다이오드, 트랜지스터, 콘덴서 등이 있다.
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반도체 산업에 대해 기초부터 하나하나 3부작으로 설명드려보려고 합니다. 저도 문돌이라 틈틈이 공부해서 제 나름대로 정리한 결과를 설명드리려고 합니다.
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09화 인문학적 반도체_3. 반도체 분류(2) – 브런치
1장.반도체란 무엇인가? | 마지막으로 현재 가장 많이 사용하는 분류 기준인 메모리 반도체와 비메모리 반도체로 구분할 수 있습니다.
Source: brunch.co.kr
Date Published: 7/27/2021
View: 5346
반도체 분류 – 세상 쉬운 주식
반도체 종류별로 전체 반도체 시장에서 차지하는 비중을 살펴 보면, 메모리 반도체가 약 26%, 로직 IC가 약 26%, 마이크로컴포넌트가 약 16%, 아날로그 IC가 약 13%, 개별 …
Source: seshiju.tistory.com
Date Published: 6/27/2022
View: 4134
분류:반도체 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
ㅂ · 박막 · 박막 트랜지스터 · 반도체 산업 · 반도체 소자 · 반도체 오류 진단 및 분석 · 불순물 반도체 · 불순물준위 · 비결정 반도체 …
Source: ko.wikipedia.org
Date Published: 10/5/2022
View: 1902
반도체 파헤치기 上 헷갈리는 반도체 종류 완벽정리!
반도체는 크게 메모리 반도체와 비메모리 반도체 두 가지로 구분하는데요. 이 둘은 무슨 차이가 있을까요? 핵심은 정보를 ‘저장’하느냐 혹은 ‘처리’하느냐 …
Source: www.samsungfundblog.com
Date Published: 12/26/2022
View: 4858
#2 반도체의 종류 (4) 메모리 반도체와 시스템 반도체
2 반도체의 종류 (4) 집적회로 안녕하세요~ 바쁜시기라.. 포스팅이 조금 늦었습니다^^,,, 저번 글에서는 반도체 소자를 집적도로 분류하여 집적회로에 …
Source: matthew77.tistory.com
Date Published: 9/20/2022
View: 1623
반도체 종류/ 메모리반도체? 시스템 반도체?차량용 반도체?
시스템 반도체를 마이크로컴포넌트, 로직IC, 아날로그 IC 이렇게 세 가지로 분류하기도 한다. 별로 큰 의미는 없으니 이렇게도 분류하는 구나.
Source: lunablossom.tistory.com
Date Published: 7/2/2021
View: 4939
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- Author: DY시사경제
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- Date Published: 2020. 7. 19.
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[반도체] 반도체 분류 사전 (1) – 반도체는 Discrete와 IC로 나뉜다
반도체 분류 사전 목차
1편 : [반도체] 반도체 분류 사전 (1) – 반도체는 Discrete와 IC로 나뉜다 (tistory.com)
2편 : [반도체] 반도체 분류 사전 (2) – 메모리 반도체 (tistory.com)
3편 : [반도체] 반도체 분류 사전 (3) – 시스템 반도체 (tistory.com)
반도체(Semiconductor) : 도체와 부도체의 중간 성질을 가지고 있는 물질. 대표적으로 규소(Sillicon)가 있음. 전기적 자극 등에 의해 전도율이 변화하는 성질을 이용하여 필요할 때 전기가 통하게 할 수 있다. 이러한 성질을 비소(As)나 붕소(B) 등의 원자를 도핑(Doping)하여 극대화하여 사용한다.
반도체는 크게 두 줄기로 나뉜다. 그것은 Discrete와 IC(Integrated Circuit).
Discrete는 한국어로 개별반도체라고 하며, 제품 내에서 단일한 기능을 하는 소형 전자 반도체 부품을 의미한다. 예로 다이오드, 트랜지스터, 콘덴서 등이 있다.
다이오드(Diode)란 2개의 단자를 갖는 전자 부품으로써 한쪽에 낮은 저항, 다른쪽에 높은 저항을 주어 전류가 한쪽으로만 흐를 수 있게 하는 물질이다. 2개의 규소층을 갖는다. 가장 기본적이고 단순한 형태의 반도체 장치이다. 다이오드는 진공관 다이오드와 고체 다이오드(반도체 다이오드)가 있으나 여기서는 반도체 바이오드만을 얘기하겠다. 반도체 다이오드는 반도체의 P-N 접합을 이용한 다이오드이다. P-N 접합을 이용하면 정방향 바이어스 신호에만 전류가 흐른다는 것을 전에 작성한 반도체 관련 글에서도 언급하였다. 다이오드는 전류의 역류를 방지하여 제품 내 다른 부품의 손상을 방지하는 등의 역할을 한다.
트랜지스터(Transistor)란 전류나 전압 흐름을 조절하여 증폭하거나 스위치 역할을 하는 반도체 소자를 말한다. 3개의 단자와 3개의 규소층을 가진다. P-N-P 접합 또는 N-P-N 접합으로 구성을 이루며, 중간층에 작은 전압이 가해지면 회로 전체에 전기가 통하도록 설계되어있다.
콘덴서(Condensor)란 전자 회로에서 전하를 모으는 장치로, 축전기(Capacitor)라고도 한다. 기본적인 원리는 절연체를 사이에 둔 두 개의 금속으로 이루어져 전기에너지를 저장하는 것이다. 콘덴서에는 전해 콘덴서, 폴리에틸렌 콘덴서 등 종류가 다양하지만 여기서는 반도체 콘덴서에 대해서만 기술한다. 반도체 콘덴서 또한 P-N 접합을 이용하는데, P-N 접합에 역방향 바이어스를 걸어서 전자 및 양공이 없는 공핍층을 형성하고, 이동할 수 없는 전하가 없는 상태인 절연체를 형성한다. 이러면 본래의 콘덴서가 ‘절연체를 사이에 둔 두 개의 금속으로’ 전기에너지를 저장하듯이 반도체 콘덴서도 ‘절연체를 사이에 두고 양 극을’ 형성하여 전기에너지를 저장하게 된다.
* 중간 요약
Discrete : 개별반도체
ⓐ 다이오드 : 전류가 한쪽으로만 흐를 수 있게 하는 반도체 소자
ⓑ 트랜지스터 : 전류나 전압 흐름을 조절하며 증폭하거나 스위치 역할을 하는 반도체 소자
ⓒ 콘덴서 : 컴패시터(축전기)라고도 함. 전기에너지 저장하는 반도체 소자
이렇게 개별반도체들이 정말 단순한 한 가지의 기능을 수행하는, 적은 개수의 반도체 소자를 이용해 만든 소형 전자 반도체 부품인 반면, IC(집적 회로)는 복잡한 기능을 수행하기 위해 많은 소자를 하나의 ‘칩(Chip)’ 안에 집적화한 전자부품을 이야기한다. ‘칩’이라는 단어는 IC를 논할 때부터 나오기 시작한다.
IC는 트랜지스터, 저항, 콘덴서, 다이오드 등 상기한 Discrete 등 많은 회로 부품이 하나의 기판 위에 분리할 수 없는 형태로 결합되어 전기 회로 내에서 특정한 기능을 수행하도록 만든 회로 부품들의 집합체를 말한다. 부품을 연결하는 배선의 접속 수가 적고 그 배선의 길이도 짧기 때문에 수많은 반도체 소자가 포함된 회로를 현미경적 크기로 축소함으로써 컴퓨터 및 전기전자제품의 크기를 획기적으로 소형화하였고, 소모되는 전력도 크게 감축시켰다. 하나의 칩에 들어있는 소자의 갯수에 따라 LSI, VLSI, ULSI로 나뉘었지만 현재는 한 칩에 들어있는 소자의 갯수가 최소 억 단위이므로 의미가 없는 분류이다.
IC는 크게 두 가지로 나뉜다. 첫번째는 메모리 반도체, 두번째는 시스템 반도체(비메모리 반도체)이다.
메모리 반도체(Memory semiconductor)는 정보를 저장하기 위한 집적회로이며, 이는 휘발성 유무에 따라 다시 (오늘날 DRAM, SRAM을 필두로 하는) RAM과 (플래시 메모리로 뻗어나가는) ROM으로 나뉜다.
시스템 반도체(System semiconductor)는 정보를 연산, 변환하고 신호를 감지하는 등 특정 기능을 수행하기 위한 집적 회로이다. 이는 다시 마이크로컴포넌츠(Microcomponents), 아날로그IC(Analog IC), 로직IC(Logic IC)으로 나뉘게 된다.
마이크로컴포넌츠는 오늘날의 CPU와 GPU로 대표되는 MPU가 대표적이고, 아날로그IC는 이미지센서나 터치 컨트롤러 등 소리, 온도 같은 아날로그적 신호를 디지털 신호로 변환하는 회로다. 로직IC는 디스플레이에 이용되는 DDI(디스플레이 구동칩)가 대표적이다.
메모리 반도체와 시스템 반도체의 상세 분류는 2편에서 다루도록 하겠다.
* 중간 요약
IC : 특정 기능을 수행하는 전기 회로와 반도체 소자(주로 트랜지스터)를 하나의 칩에 모아 구현한 부품.
ⓐ 메모리 반도체 : 정보를 저장하기 위한 집적 회로. RAM과 ROM으로 구분
ⓑ 시스템 반도체 : 정보의 연산, 변환, 신호 감지 등 특정 기능을 수행하기 위한 집적 회로. 마이크로컴포넌츠, 아날로그IC, 로직IC로 구분
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09화 인문학적 반도체
마지막으로 현재 가장 많이 사용하는 분류 기준인 메모리 반도체 와 비메모리 반도체 로 구분할 수 있습니다. 비메모리 반도체는 다른 말로 시스템 반도체라고도 합니다.
세계 반도체 시장에서 차지하는 비중은 메모리 반도체가 30%, 비메모리(시스템) 반도체가 70% 정도 수준입니다. 다 아시겠지만 메모리 반도체의 종류인 D램과 낸드플래시는 우리나라 반도체 회사인 삼성전자와 SK하이닉스가 세계 시장 점유율의 절반을 넘게 차지하고 있으며, 비메모리(시스템) 반도체는 CPU를 만드는 인텔, 퀄컴, ARM 등의 회사가 있습니다.
메모리 반도체 는 정보를 저장하는 기능의 반도체 로서 우리가 사용하는 많은 기기에서 볼 수 있는 DRAM, SRAM, ROM, Flash memory 등이 있습니다.
[출처: 삼성반도체이야기]메모리 반도체는 크게 RAM과 ROM으로 구분됩니다.
RAM 은 정보를 저장하고 저장된 정보를 읽거나 수정할 수 있는 메모리로 전원이 끊어지면 저장된 정보도 사라지기 때문에 휘발성 메모리라고 합니다.
그에 반해 ROM 은 전원이 끊겨도 저장된 정보를 보존하기 때문에 비휘발성 메모리라고 합니다.
우리가 RAM이라부 르는 것은 대부분 DRAM (Dynamic RAM)을 말하는데 DRAM은 전류가 흐를 때만 자료를 기록하는 램입니다.
DRAM은 동적 메모리라 불리는데 데이터를 계속 유지하기 위해 Refresh라는 자료가 지워지지 않도록 일정 주기로 다시 기록해 주는 것이 필요하기 때문입니다.
보통 DRAM은 cell로 구성되어 있는데, 이 cell은 1개의 트랜지스터와 1개의 캐패시터로 구성되어 있습니다. 256 GDRAM은 2억 5천6백만 개의 cell이 칩 안에 있다는 뜻으로 256 Gbit의 데이터를 저장할 수 있다는 의미입니다.
이에 반해 SRAM (Static RAM)은 Refresh가 필요 없는 램으로 안정적인 동작을 하며 DRAM 대비 2배 정도의 빠른 속도가 가능합니다만 가격이 비싸고 전력 소모량이 많은 단점이 있습니다.
DDRSDRAM (Double Data Rate Syncronous Dynamic RAM)은 전압 상승 및 하강 시 메모리의 입출력과 CPU의 메인 클럭을 동기화하여 데이터를 고속으로 전송할 수 있는 메모리입니다.
요즘 각광받고 있는 Flash Memory 는 전원이 손실돼도 데이터가 유지되는 비휘발성 메모리인 ROM의 일종으로 블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램할 수도 있습니다.
플래시 메모리는 읽기 속도가 빠르며 하드 디스크보다 충격에 강하고 물리적인 충격에도 파괴되지 않는다는 강점이 있습니다.
플래시 메모리는 1980년 도시바의 후지오 마스오카 박사에 의해 개발되었습니다.
플래시 메모리는 NOR형 과 NAND형 이 있는데 NOR형은 저장 단위인 셀을 ‘수평’으로 배열한 것으로 읽기 속도가 더 빠르며 데이터의 안정성이 우수합니다.
반면 NAND형은 저장 단위인 셀을 ‘수직’으로 배열한 것으로 제조단가가 싸고, 대용량의 데이터를 저장할 수 있습니다.
NAND Flash는 데이터를 저장하는 방식에 따라 SLC(Single Level Cell), MLC(Multi Level Cell), TLC(Triple Level cell), 그리고 QLC(Quadruple Level Cell) 4가지 종류로 나누어집니다.
SLC는 하나의 데이터가 하나의 셀에 저장되는 방식이고 MLC는 하나의 셀에 2개의 데이터가 저장되는 형태입니다. 따라서 SLC는 빠르지만 데이터를 한 셀에 한 개씩 저장하는 만큼 대용량화 하기에는 어렵고, 비싸다는 단점이 있습니다. 반면 QLC는 한 개의 데이터를 저장하던 셀을 4 등분한 것이기 때문에 이론상 SLC보다는 4배 저렴하다고 볼 수 있죠.
NAND Flash는 2D –> 3D V-NAND로 점점 더 진화하고 있습니다.
2D 형태에서 3D 형태로 바꾼 이유는 셀간 간격이 좁아져 전자가 누설되는 현상이 생겼기 때문입니다. 따라서 전자 간 간섭 현상으로 인한 성능 저하를 막기 위해서는 셀간 간격을 늘려야 하는데, 옆으로 늘리기에는 ‘집적화’라는 목표를 달성하지 못하게 되니 이와 같이 ‘위로’ 늘린 것입니다.
단층 구조의 집을 수십층 아파트처럼 수직으로 쌓아 올린 것이라고 볼 수 있습니다.
NAND가 본격적으로 쓰인 곳은 다름 아닌 애플의 아이팟 나노에서였습니다. 삼성이 공급하였는데 DRAM에서 쌓은 원가경쟁력으로 이를 달성할 수 있었습니다.
삼성은 NAND를 잘 만드는 원가경쟁력과 컨트롤러까지 만들 수 있는 자체 설계인력을 바탕으로 SSD까지 생산할 수 있어 HDD 시장을 대체하고 있습니다.
비메모리(시스템) 반도체는 시스템 반도체로 요새 더 많이 불리고 있는데 1990년 초에는 앞에서 살펴본 주문형 반도체인 ASIC으로도 불리었습니다.
정보를 저장하는 메모리 반도체와 달리 시스템 반도체 는 디지털화된 전기적 정보(Data)를 연산하거나 처리(제어, 변환, 가공 등)하는 반도체 를 말합니다.
시스템 반도체는 통상 마이크로 컴포넌츠(Microcomponents), 아날로그 IC(Analog IC), 로직 IC(Logic IC), 광학 반도체(Optical Semiconductor) 등으로 구분됩니다.
[출처: 삼성반도체이야기]마이크로 컴포넌츠는 전자제품의 두뇌 역할을 하는 시스템 반도체로 MPU, MCU, DSP 등이 있으며, 마이컴 이라고도 불립니다.
아날로그 IC 는 음악과 같은 각종 아날로그 신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 바꿔주는 반도체입니다.
로직 IC 는 논리회로(AND, OR, NOT 등)로 구성되며, 제품 특정 부분을 제어하는 반도체로 DDI와 AP가 대표적으로 있습니다.
DDI는 Display Driver IC의 약자로 LCD, PDP 등의 디스플레이를 구성하는 수많은 화소들을 구동하는 데에 쓰이는 Chip을 의미합니다.
AP는 Application Processor 의 약자로 휴대폰의 두뇌로 불리는 반도체입니다.
모바일 AP에는 CPU, 메모리, 그래픽카드, 저장장치 등 한 개의 칩에 완전 구동이 가능한 제품과 시스템이 들어 있어 시스템 온칩 SoC(System on Chip)이라 불립니다.
AP는 주로 Fabless에서 개발하는데 대표적으로 퀄컴(Qualcomm)의 MSM 시리즈 ‘퀄컴 스냅드래건(Qualcomm Snapdragon)’, 엔비디아(NVIDIA)의 ‘테그라(Tegra)’ 시리즈, 애플의 ‘A’ 시리즈 등이 있습니다.
모바일 AP는 제조사마다 설계 부분이 조금씩 다릅니다. 하지만 기기 구동에 꼭 필요한 제품과 시스템이 등이 포함된 건 동일합니다.
모바일 AP를 구성하는 주요 블록과 그 기능을 살펴보면 왜 AP가 휴대폰의 두뇌라 불리는지 알 수 있을 것입니다.
하나. 데이터 처리를 실행하는 중앙처리장치 CPU
AP의 중앙처리장치 CPU는 컴퓨터의 CPU와 동일한 역할로 명령을 해독하고 산술 논리 연산이나 데이터 처리를 실행합니다.
차이점이 있다면 설계하는 명령어 세트와 명령어 집합인 ISA (Instruction Set Architecture)입니다. 컴퓨터의 CPU는 x86, 모바일 AP의 CPU는 ARM 계열인데요. 탑재되는 기기가 아니라 각각의 방식 자체에 차이가 있어 달리 불립니다.
각각의 계열에 따른 방식을 살펴보면, x86은 CISC(Complex Instruction Set Computer), ARM은 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 로 나뉩니다.
CISC는 복잡한 명령어를 통해 연산을 하는 방식으로, 반도체를 구성하는 트랜지스터의 직접도가 과다하게 높아 소비전력과 발열 또한 높습니다.
이와 다르게 RISC는 명령어를 최소로 줄여 단순하게 만든 방식으로, 트랜지스터의 직접도가 낮아 소비전력과 발열 또한 낮습니다.
둘. 그래픽 작업을 책임지는 GPU
GPU(Graphic Processing Unit)는 그래픽 작업을 처리하는 장치로 CPU와 함께 가장 복잡한 반도체 중 하나로 꼽힙니다. CPU 설계보다는 간단하지만 벡터 부동소수점 연산 등 3D 그래픽에 필요한 기능은 오히려 CPU를 능가하죠. 스마트폰에서 처리하는 2D, 3D 그래픽 작업을 모두 이 칩셋에서 처리하므로, 모바일 AP 성능에 중요한 부분이라 할 수 있습니다.
셋. 인터넷을 연결해주는 Modem
3G나 LTE, 그리고 Wi-Fi(802.11a/b/g/n/ac) 인터넷 연결을 가능하게 해주는 모뎀 (Modem) 칩도 AP에 포함되어 있습니다. 지금까지 공개됐던 다수의 AP 중 퀄컴 스냅드래건이 모뎀칩을 AP에 통합했고, 이로 인해 세계에서 가장 높은 점유율의 AP 제조사가 되었습니다. 최근 출시되는 다양한 AP는 기본적으로 모뎀을 내장하고 있습니다. 그러나 휴대폰에 들어가지 않아 통신 기능이 필요 없는 AP들은 이 기능이 불필요하여 모뎀칩이 없습니다.
넷. 화려한 영상을 볼 수 있는 VPU
요새는 공중파를 통해 4K UHD 콘텐츠를 즐길 수 있는 세상입니다. 초고화질 콘텐츠를 재생하기 위해서는 VPU(Video Processing Unit)라 불리는 동영상 재생에 특화된 프로세서의 성능이 중요합니다. VPU의 성능이 뒷받침될 때 스마트폰에서 4K UHD 영상을 끊김 없이 재생할 수 있는데 최근 다수의 AP 업체들은 VPU를 GPU에 통합하는 방식을 택하고 있습니다.
다섯. 디지털 신호 처리 프로세서 DSP
DSP(Digital Signal Processor)는 디지털 신호를 빠르게 처리할 수 있는 직접회로를 말합니다. 주로 오디오, 영상 신호 처리를 위해 사용하는데 그래픽(영상) 처리나 음악(오디오) 재생과 같이 단순한 반복 계산에 특화되어 있습니다. 모바일 AP의 디지털 신호 처리 프로세서 DSP(Digital Signal Processor)는 보통 영상 신호 처리에 높은 비중을 두고 있습니다. 최근 스마트폰에는 모바일 AP 칩 외에 별도의 디지털 아날로그 변환기 DAC(Digital-to-Analog Converter) 칩을 추가해 오디오 성능을 업그레이드하고 있습니다.
여섯. 스마트폰 사진을 찍는 ISP
스마트폰으로 사진을 찍는 경우가 많아지면서 AP에 이미지 처리 프로세서 ISP(Image Signal Processor)가 기본 내장되는 건 그리 특별한 일은 아닙니다. 보통 ISP는 디지털카메라에 들어가는 이미지 처리장치를 말하는데 CIS(CMOS Image Sensor) 영상 센서에서 들어오는 RAW 데이터 가공 업무 등 전반적인 이미지 프로세싱 과정을 수행합니다.
일곱. 블럭들을 연결하는 BUS
위에 블록들이 모두 다 BUS로 연결되어야 합니다. 타는 BUS가 아니라 각 블록들을 연결하는 전선 같은 것을 의미합니다. 보통 Digital Chip들은 내부에서 Bus를 통해서 Data가 흘러 다니는데 ARM에서 내부 IP들 끼리 Bus를 통해서 서로 잘 통신할 수 있도록 Bus Protocol을 제안했는데, 그게 바로 AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)입니다. 대부분의 회사에서 ARM사의 Core를 쓰니 데이터가 오가는 통로인 BUS도 AMBA BUS를 씁니다.
ARM사의 BUS protocol은 아래와 같이 AHB, ASB, APB, AXI가 있습니다.
AHB는 Advanced High Performance Bus의 약자로 고속으로 동작하는 장치들이 연결되는 버스입니다.
ASB는 Advanced System Bus의 약자로 고속으로 동작하는 것은 AHB와 같은데 주소, 제어, 데이터 라인이 모두 서로 분리되어 있어 Burst로 Data를 전송하기 어려운 측면이 있습니다.
APB는 Advanced Peripheral Bus의 약자로 비교적 느린 속도의 주변장치(Peripheral)에 연결되어 있는 BUS로 전력소모를 줄이기 위해 간단한 인터페이스를 가지고 있습니다.
AXI는 Advanced eXtensible Interface의 약자로 AMBA3.0 규격에서 추가되었는데 Burst기반으로 이루어져 고속 동작이 가능하고, Write Response channel이 추가되고 동시에 읽고 쓰기가 가능합니다. 그래서 ARM11이상의 Core를 사용하는 SoC에서 주 BUS로 사용되고 있습니다..
모든 길은 로마로 통하듯이 BUS든, Core든 ARM을 거쳐야 칩을 만들 수 있을 겁니다.
이 외에도 모바일 AP에는 위치 정보를 위한 위성항법시스템인 GPS(Global Positioning System)와 GLONASS(Global Navigation Satellite System )과 음성 신호 처리를 위한 오디오 신호 처리장치인 ASP(Audio Signal Processor) 등이 있습니다.
마지막으로 광학 반도체 는 빛을 전기신호로 변환해주거나, 전기신호를 빛으로 변환해주는 반도체로 CIS(CMOS Image Sensor)나 CCD(Charge Coupled Device), LED가 있습니다.
CCD는 디지털카메라에서 빛을 전기적 신호로 바꿔주는 광센서(optical sensor) 반도체(semiconductor)로, 일반 카메라로 말하자면 필름을 감광(感光)시키는 기능에 해당되며 CIS와 더불어 디지털카메라의 핵심 반도체입니다.
메모리 반도체 , 비메모리 반도체로 구분하기 애매해 또 하나를 추가하면 개별소자(Discrete) 입니다. 개별소자는 on-off와 같은 단순 기능을 담당하는 범용적 부품으로, 다이오드나 트랜지스터로 구분합니다. 다이오드는 교류를 직류로 전환하는 정류 기능을 하는 반도체이고 트랜지스터는 BJT, MOSFET과 IGBT 등이 있습니다. 이들은 전력반도체 소자로도 불리웁니다. IC로 하면 Power IC, 전력 반도체입니다. PMIC는 전력변환 및 제어, Control IC는 전압을 컨트롤 하는 반도체입니다.
메모리 반도체 , 비메모리 반도체로 구분하기 애매해 또 하나를 추가하면 개별소자(Discrete) 입니다. 개별소자는 on-off와 같은 단순 기능을 담당하는 범용적 부품으로, 다이오드나 트랜지스터로 구분합니다. 다이오드는 교류를 직류로 전환하는 정류 기능을 하는 반도체이고 트랜지스터는 BJT, MOSFET과 IGBT 등이 있습니다. 이들은 전력반도체 소자로도 불리웁니다. IC로 하면 Power IC, 전력 반도체입니다. PMIC는 전력변환 및 제어, Control IC는 전압을 컨트롤 하는 반도체입니다.
[ 개별소자_전력반도체 분류 ]그럼 메모리 반도체와 비메모리 반도체를 비교 해 봅시다.
사업형태별로 살펴보면, 메모리 반도체는 시스템 반도체보다 설계가 비교적 간단하지만 소품종 대량생산의 생산 구조라 몇 십조 원의 많은 자본이 투입되는 사업입니다.
그래서 삼성 등 소수의 대기업에서 진행하기 수월한 비즈니스입니다.
핵심 경쟁력은 막대한 설비투자 및 자본력, 표준품의 대량생산에 필요한 미세공정 생산기술 능력, V-NAND 등 새로운 기술을 통한 가격경쟁력 등을 들 수 있습니다.
메모리 반도체는 범용 반도체라 수요와 공급에 따라 가격 변동성이 심합니다. 슈퍼 사이클이 있는가 하면 가격이 심하게 내려가기도 합니다. 다행히 2009년 스마트폰의 출시, 2016년에는 데이터 센터 설비 투자로 인해 메모리 반도체 수요가 증가하였습니다만 얼마 전 슈퍼사이클이 지나서 DRAM 가격이 떨어질 것이라는 기사가 나면서 삼성전자 주가가 약세로 돌아서기 시작했습니다.
반면 시스템 반도체는 메모리처럼 반도체 물성에 대한 전문성보다 시스템에 대한 이해가 더 중요한 비즈니스 영역입니다.
대부분의 시스템 반도체는 공장을 가지고 있지 않는 Fabless업체들이 주도하고 있습니다.
시스템 반도체는 다품종 소량생산을 위주로 하므로 중소기업도 우수한 설계능력만 있으면 시장을 선도할 수 있는 시장입니다.
핵심 경쟁력은 시스템의 운용에 필요한 설계기술과 우수한 설계인력, IP 확보가 관건입니다.
시스템 반도체는 대부분 활용분야가 다양하여 공급이 급격히 증가하더라도 수요 측에서 이를 흡수할 여지가 있는 반면, 메모리 반도체는 수요가 특정 기기에 한정되어 있기 때문에 공급 급증 시 수급 불균형으로 직결되고 있습니다.
또한 시스템 반도체 시장이 메모리 반도체 시장보다 배 이상 크기 때문에 이 분야를 선도하는 것이 진정한 반도체 시장의 강국이 되는 것입니다.
알아봅시다: ⑬반도체의 종류별 구분법
반도체에 대한 많은 것들이 공개되고, 언론에서도 반도체에 대한 많은 용어들이 사용되고 있어 반도체에 대해서는 아는 것처럼 느껴지기도 하지만, 사실 뚜껑을 열어보면 알 듯 말 듯 애매한 것들이 많다. 전문가들처럼 속 시원하게 설명을 하기란 쉽지 않다.
여기에서는 가장 일반적으로 사용되는 반도체의 구분법에 대해 알아보고자 한다.
반도체의 종류
반도체는 형태에 따라 디스크리트(Discrete)소자(혹은 개별소자)와, 집적회로(IC, Integrated Circuit) 등 두 가지로 분류할 수 있다.
이들 중에서 디스크리트 소자는 다이오드(Diode) 및 트랜지스터(Transistor) 등이 여기에 속하며, 이들은 온-오프(On-off) 같이 단순한 기능을 하는 제품을 말한다. 반면 집적회로(IC)는 수십억 개의 전자부품 및 디스크리트 소자들을 한 개의 칩 속에 집적한 형태를 말한다.디스크리트 소자가 중요하지 않다는 것은 아니지만 일반적으로 집적회로가 반도체에서 큰 비중을 차지하는 것은 사실이다.
집적회로(IC)을 다시 구분하자면 메모리 반도체와 시스템 반도체로 분류된다. 메모리 반도체에는 DRAM, SRAM, NAND Flash 등이 속하는데, 이들 중 SRAM은 캐시 기억장치 (Cache Memory: 캐시 기억 장치: 주기억 장치에 격납되어 있는 데이터의 일부를 일시 보관하는 고속 기억 장치) 등 고사양 기기의 일부 영역에 사용된다.
DRAM은 1개의 트랜지스터와 1개의 캐패시터로 이루어진 셀(Cell)의 반복적인 배열로 구성된다. 1개의 셀이 1bit의 데이터 저장이므로, 10억 개를 배열할 경우 1Gb(Giga bit = 109 bit)의 데이터 저장이 가능해진다.
반도체 공정은 셀에 들어가는 트랜지스터의 게이트(Gate) 선폭에 따라 25nm, 20nm, 18nm, 14nm 등으로 불린다. DRAM의 게이트 선폭이 20nm에서 18nm로 축소되면, 셀 사이즈가 감소하여 수많은 장점을 누릴 수 있다. 예를 들면 제품의 원가 절감과 더불어 데이터 처리 속도 향상, 전력 소모 감소 등이 모두 가능해지는 것.
따라서 DRAM은 단위 셀의 크기를 작게 만드는 미세 공정 기술이 핵심이다. NAND Flash의 기술 경쟁력도 이와 비슷한 원리에 의해 좌우된다.
흔히 비메모리 반도체라고 불리는 시스템 IC(비메모리)에는 PMIC(Power Management IC), CIS(CMOS Image Sensor), CPU, GPU, FPGA, DDI 등이 속하게 된다.
비메모리 반도체의 경쟁력은 최소한의 소자를 이용해서 세트업체가 요구하는 스펙을 충족하도록 칩을 설계하는 능력이 핵심이다. 동일한 성능을 가진 제품이라도 엔지니어의 설계능력에 따라 완전히 다른 설계로 구성될 수 있기 때문이다.
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반도체 종류 : 메모리, 비메모리, 시스템반도체 (2020년 5월 10일 업데이트)
위 표의 제품들은 대표적인 것만 있습니다. 삼성의 주력 제품인 갤럭시 스마트폰에 사용되는 메모리 이외의 반도체는 다 시스템반도체에 포함됩니다.
시스템반도체는 연산·제어 등의 정보처리 기능을 갖고 있는 것이 특징입니다. 삼성의 시스템 LSI 사업부에서 만들고 있는 반도체들입니다. 로직 IC 중 AP는 스마트폰의 두뇌 역할을 하는 반도체로서 개인용 PC의 CPU, 그래픽카드를 집적하여 하나의 칩셋으로 구성한 것입니다. 갤럭시의 엑시노스가 그것입니다. 삼성의 이미지센서는 소니 다음으로 세계 2위입니다. 기술은 1억 8000만 화소로 세계 최고입니다. 지금은 4억 화소를 개발하고 있습니다. 역시 갤럭시의 카메라의 부품입니다.
전자 부품으로 분리되는 반도체는 아래와 같이 구분됩니다.
반도체 분류
반도체 분류는 상황에 따라 기준에 따라 사뭇 다양합니다. 반도체를 학문적으로 연구하는 사람이 아닌 이상 이 세상의 모든 반도체 분류 방법을 알 필요는 없습니다. 여기서는 반도체 시장을 이해하는 데 필요한 큰 틀을 이해하는 수준에서 정리하겠습니다.
반도체는 크게 메모리 반도체와 비메모리 반도체로 분류합니다.
메모리 반도체 : 데이터를 저장하는 기능을 담당하는 반도체입니다.
비메모리 반도체 : 메모리 반도체를 제외한 모든 반도체를 말합니다.
비메모리 반도체는 시스템 반도체와 광.개별소자로 다시 분류합니다.
시스템 반도체 : 비메모리 반도체 중에 트랜지스터, 다이오드, 캐퍼시터 등의 개별소자들을 하나의 칩안에 집적해서 만든 반도체를 말합니다. 여기에는 마이크로컴포넌트, 로직 IC, 아날로그 IC 등이 포함됩니다.
광.개별소자 : 비메모리 반도체 중에 빛을 처리하는 기능을 하는 반도체와 트랜지스터, 다이오드, 캐퍼시터 등의 단순한 개별 소자를 구현해 놓은 반도체를 말합니다. 여기에는 개별소자와 센서 등이 포함됩니다.
분류 기능 및 특성 예시 메모리반도체 데이터 저장 D램
낸드플래시 비메모리
반도체 시스템
반도체 마이크로컴포넌트 PC 및 그 응용 기기의 두뇌 역할 마이크로프로세서
마이크로컨트롤러 로직 IC 논리회로(Not-Or-And)로 구성
제품의 특정 부분을 제어 AP(Application Processor)
DDI(Display Driver IC) 아날로그 IC 아날로그 신호-디지털 신호 간 변환 전력관리반도체 광.개별
소자 개별소자 개별 소자별 단순 기능 수행 트랜지스터
캐퍼시터 광전자 전기신호-빛 신호 간 변환 LED 센서 빛.물리적 신호-전기적 신호 간 정보의 습득, 변환, 증폭 이미지센서
반도체 종류별로 전체 반도체 시장에서 차지하는 비중을 살펴 보면, 메모리 반도체가 약 26%, 로직 IC가 약 26%, 마이크로컴포넌트가 약 16%, 아날로그 IC가 약 13%, 개별소자가 약 6%, 광전자가 약 10%, 센서가 약 3%를 각각 차지하고 있습니다.
반도체 시장 비중
메모리 반도체와 시스템 반도체는 시장의 규모가 크고 성장여력도 큰 시장이어서 각국 기업들의 관심이 집중되어 있는 분야입니다. 그래서 반도체 시장을 이해하기 위해서는 메모리 반도체와 시스템 반도체의 산업적인 특성을 이해하는 것이 중요합니다. 다음은 메모리 반도체와 시스템 반도체의 산업적인 특성을 비교를 통해서 정리한 것입니다.
구분 메모리 반도체 시스템 반도체 시장 구조 – 범용 양산 시장
– D램, S램 등 표준 제품 중심
– 경기 변동에 민감 – 응용분야별 특화 시장
– 유무선통신, 정보기기, 자동차 등 용도별로 다양한 품목 존재
– 경기변동에 상대적으로 둔감 생산 구조 – 소품종 대량 생산 – 다품종 소량 생산 핵심 경쟁력 – 설비투자 및 자본력
– 미세공정 등 하드웨어 양산 기술을 통한 가격 경쟁력
– 선행기술 개발 및 시장 선점 – 설계기술 및 우수인력
– 설계 및 소프트웨어 기술을 통한 시스템 기능
– 타 업체와 성능 및 기능 위주 경쟁 사업 구조 – 대기업형 – 중소기업, 벤처기업형 참여 업체 수 – 소수 : 높은 위험부담으로 인해 참여 업체의 수가 제한적 – 다수 – 비교적 위험부담이 낮아 참여 업체의 수가 많고 종류가 다양
반도체 파헤치기 上│헷갈리는 반도체 종류 완벽정리!
여러분은 반도체에 대해 얼마나 알고 계시나요? 컴퓨터에 들어가는 중요한 부품 정도로 알고 계시나요? 먼저, 반도체의 정의만 보자면 전기가 잘 흐르는 물질인 도체와 전기가 잘 흐르지 않는 부도체의 중간쯤 되는 물질을 말합니다. 그렇다면 반도체는 전기가 흐르는 걸까요, 안 흐르는 걸까요?
반도체는 ‘어떤 특정한 조건에서만’ 전기가 흐르는 물질입니다. 그 조건이란, 반도체의 온도가 높아지면 전기가 흐르고 반대로 온도가 내려가면 전기가 흐르지 않는 것인데요. 이러한 특별한 성질을 이용해 전자기기를 제어하거나 정보를 기억하는 장치를 만드는 것입니다.
| 메모리, 비메모리? 그게 무슨 차이야?
반도체는 크게 메모리 반도체와 비메모리 반도체 두 가지로 구분하는데요. 이 둘은 무슨 차이가 있을까요? 핵심은 정보를 ‘저장’하느냐 혹은 ‘처리’하느냐입니다. 메모리 반도체는 정보를 저장하고 기억하는 반도체, 비메모리 반도체는 연산과 추론 등 정보를 처리하는 반도체이죠. 그럼 메모리 반도체와 비메모리 반도체를 차례대로 알아볼까요?
| 메모리 반도체란?
메모리 반도체는 그 이름처럼 정보를 기억하는 역할을 합니다. 크게 램(RAM, Random Access Memory)과 롬(ROM, Read Only Memory) 두 가지로 나뉘는데요. 이렇게 나뉘는 이유는 이 둘이 정보를 기억하는 방식이 다르기 때문입니다. 아직 잘 모르시겠죠? 밑에서 자세히 설명드릴게요.
※ (좌) 램(RAM), (우) 롬(ROM)
1) 그래서 램(RAM)이 뭐에요?
예를 들어, 정보가 처리되는 공간을 우리의 방이라고 생각해 볼까요? 우리는 보통 책장에서 책을 꺼내 책상 앞에 앉아 읽습니다. 책상에 여러 개의 책을 쌓아놓고 읽기도 하고 또 치우기도 하겠죠. 여기서 책을 정보라고 한다면 책상 역할을 하는 것이 바로 램인데요. 이렇게 손만 뻗으면 자유롭게 정보를 읽고 또 지울 수 있어서 ‘Random Access Memory’라고 말하는 것이죠. 전원이 꺼지면 저장된 내용이 사라진다고 해서 휘발성 메모리로도 불립니다. 이러한 램은 정보 저장방식에 따라 다시 D램과 S램으로 나뉩니다.
■ DRAM (Dynamic Random Access Memory)
D램은 저장된 정보가 시간이 흐름에 따라 소멸되는 반도체입니다. 따라서 단시간 내에 주기억*으로 재충전시켜 주면 기억이 유지되기 때문에 컴퓨터의 기억소자*로 많이 쓰이는데요. 이렇듯 재충전하는 과정 때문에 ‘동적(Dynamic)’이란 이름이 붙었죠. 이러한 D램은 전체 메모리 반도체 시장의 53%를 차지하고 있는데요. 우리나라 반도체 기업들이 높은 점유율을 차지하고 있는 주력 분야 중 하나입니다. 용량이 크고 속도가 빠르기 때문에 컴퓨터의 메인 메모리, 그래픽 메모리, 스마트 TV 등에도 들어가고 스마트폰 및 태블릿 PC 등에도 모바일용 D램이 많이 사용되고 있죠.
*주기억: 컴퓨터 체계의 중앙처리 장치로서, 프로그램 실행동안 자료나 프로그램 설명에 빠른 속도로
접근하도록 해준다. 마이크로 컴퓨터 산업에서 램은 주메모리 혹은 핵심 메모리를 위해 사용되는 용어이다.
*기억소자: 컴퓨터의 연산회로 등에서 정보를 기억시켜 놓는 데 사용되는 소자
출처: 연합뉴스, 2020.08.20
■ SRAM (Static Random Access Memory)
S램은 전원을 공급하는 한 데이터를 유지하는 반도체입니다. D램과 달리 전원이 켜져 있는 동안에는 기록된 데이터가 지워지지 않기 때문에 ‘정적(Static)’이란 이름이 붙었죠. 게다가 데이터 처리속도가 매우 빠릅니다. 하지만 회로가 복잡하여 집적도*가 낮고, 값이 비싸다 보니 대용량으로 만들기는 어렵다는 단점이 있는데요. 때문에 그래픽카드 등 주로 소용량의 메모리로 사용됩니다.
*집적도: 1개의 반도체 칩에 구성되어 있는 소자의 수.
2) 그럼 롬(ROM)은 뭐죠?
앞서 책상을 램, 책을 정보에 비유했는데요. 우리가 자주 쓰지 않거나 책상에 올려두기 무거운 책들은 책장을 활용하죠? 책장은 책들을 넣어두고, 따로 정리하지 않는 이상 잘 치우지 않죠. 이렇듯 정보를 넣어두는 이 책장과 같은 메모리는 ‘Read Only Memory’, 롬이라고 합니다. 따로 지우지 않는 이상, 전력이 공급되지 않아도 정보가 사라지지 않는 특징을 가지기 때문에 비휘발성 메모리로도 불리죠.
대표적으로 컴퓨터 시스템의 기본 입출력 작업을 담당하는 입출력 시스템*이나 은행 ATM 기기를 이용할 때 사용되는 IC 카드* 등에 쓰입니다. 롬 안에서도 다양한 메모리가 있는데요. 그중 주목해야 될 것은 플래시 메모리입니다.
*입출력 시스템: 입출력 장치를 제어하는 프로그램으로, 보통 롬에 저장된다.
*IC 카드: Integrated Circuit Card의 줄임말로, 현금카드 등에 반도체 메모리 기억소자인 IC 메모리를
장착하여 대용량의 정보를 담을 수 있는 전자식 카드를 말한다.
■ 플래시 메모리(Flash Memory)
플래시 메모리는 전원을 끄면 저장된 정보가 사라지는 D램이나 S램과는 달리 전원이 꺼져도 저장된 정보가 사라지지 않는 비휘발성 메모리입니다. 데이터를 영구적으로 보존하는 롬(ROM)의 장점과 데이터를 고속으로 쓰고 지울 수 있는 램(RAM)의 장점을 모두 가졌다는 특징이 있죠. 주로 스마트폰, PC의 기억보조장치로 활용되며 사물인터넷(IoT), 빅데이터, AI의 발전과 함께 수요가 계속 늘어나고 있습니다. 또한 전력 소모가 적고 충격, 압력, 온도에 대한 내구성도 강해서 SSD(Solid State Drive, 반도체 기반 보조기억장치)에도 사용되죠.
플래시 메모리 안에서도 칩 내부의 회로 형태에 따라 NOR*과 NAND*로 구분되는데요. 이 중 기억해 둘 것은 바로 NAND(낸드, Nand Flash Memory)입니다. 낸드는 전원이 꺼지면 저장된 자료가 사라지는 D램이나 S램과 달리 전원이 없는 상태에서도 데이터가 계속 저장되는 플래시메모리를 말하는데요. 이런 특징 때문에 비휘발성 메모리라고 부르며 USB와 SSD로 사용되고 있습니다. 또한 메모리 반도체 시장의 43%를 차지하고 있죠.
*NOR (노어, Not OR): 데이터 저장 단위인 셀이 병렬로 배치돼 있는 코드 저장형 플래시메모리.
*NAND (낸드, Not AND): 데이터 저장 단위인 셀이 셀이 직렬로 배치된 데이터 저장형 플래시메모리.
출처: 서울경제, 2021.05.21
| 비메모리 반도체(=시스템반도체, System LSI*)란?
앞서 램을 설명드릴 때, 우리는 책장(롬)에서 책(정보)을 꺼내 책상(램) 앞에 앉아 읽는다고 예를 들었는데요. 그렇다면 책을 읽는 사람의 역할은 무엇일까요? 이 역할이 바로 비메모리 반도체입니다. 즉, 정보를 저장하는 용도로 사용되는 메모리 반도체와는 달리, 정보처리를 목적으로 제작된 반도체를 말합니다. ‘시스템 반도체’라고도 불리죠. 비메모리 반도체는 주로 전자제품의 두뇌 역할을 하는 칩으로 많이 사용되어 각종 전자기기에 필수적으로 들어가는데요.
모바일 기기의 중앙처리장치인 AP, 컴퓨터의 중앙 처리장치인 CPU, 디지털 신호를 처리하는 DSP, LED, 배터리의 전력을 효율적으로 배분하는 전력관리 칩 PMIC, 렌즈를 통해 들어오는 빛을 전기적인 영상 신호로 바꿔 주는 CMOS 이미지센서(CIS), 디스플레이 드라이버IC(DDI), 통신, 각종 센서 등 다양한 전자제품에서 핵심 역할을 담당하고 있기 때문에 회로가 복잡하고 종류가 매우 많습니다.
비메모리 반도체 시장은 전 세계 반도체 시장에서 70% 이상을 차지하고 있고, 우리나라 정부 또한 3대 육성 산업으로 비메모리 산업을 선정하기도 했을 만큼 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다.
*LSI: 대규모 집적회로 또는 고밀도 집적회로.
반도체에 대한 이해에 도움이 조금 되셨나요? 반도체가 무엇인지 알았다면 이러한 반도체를 만드는 기업에 대해서도 많이 궁금하실 텐데요. 다음 시간에는 반도체 파헤치기 2편. 반도체 기업의 종류와 역할에 대해서 자세히 알아보겠습니다. 많은 기대 부탁드립니다.
#2 반도체의 종류 (4) 메모리 반도체와 시스템 반도체
#2 반도체의 종류 (4) 집적회로
안녕하세요~ 바쁜시기라.. 포스팅이 조금 늦었습니다^^,,,
저번 글에서는 반도체 소자를 집적도로 분류하여 집적회로에 대한 어렴풋한 이미지가 생기셨으리라 생각합니다.
한번만 더 짚고 넘어가면, 집적회로는 여러개의 부품이 한곳에 모여 회로를 구성한 것입니다.
이것은 어떤 기능을 수행할 수 있다는 의미이기 때문에.. 집적회로는 주로 ‘기능’에 따라 메모리 반도체와 비메모리 반도체로 분류됩니다.
즉, 정보를 저장하는 녀석(메모리 반도체)과 그렇지 않은 녀석(비메모리 or 시스템 반도체)으로 나뉜다는 겁니다.
아래의 메모리 반도체와 시스템 반도체의 분류그림을 보면서 차례대로 살펴봅시다.
<그림을 클릭해서 좀 더 크게 보세요...^^>
<클릭이 안되시면 아래에 메모리 반도체와 시스템 반도체로 나뉜 그림이 있습니다!>
1)메모리 반도체
전자제품에 들어가는 메모리 반도체가 어떤 정보를 기억한다는 것은 뭔가를 저장하고 있다는 건데..
전자부품이니 결국 전기(전하)를 저장하고 있겟죠?
그래서 어떤 공간에 전하가 있으면 ‘1’ / 전하가 없으면 ‘0’이 되고, 이렇게 전하를 저장하는 공간을 Capacitor라고 부릅니다.
예를 들어서, 9라는 숫자를 저장하고 싶다면
0과 1로 9를 표현할 수 있는 2진법으로 바꿔서(9의 2진법 표현 = 1001) 그에 맞게 전하를 저장시키면 9라는 데이터가 저장되는 것이죠..
그러니까 메모리 반도체는 어떠한 방식으로던 전하를 저장하고 있어야하고, 전하를 저장하는 방식에 따라 아래와 같이 분류됩니다.
그렇다면 시스템 반도체란 뭘까요?
2)시스템 반도체
정보를 저장하던 메모리 반도체와 달리, 시스템 반도체는 정보를 계산하고 제어하고 변환하는등 많은 기능을 수행합니다.
그래서 메모리 반도체 시장보다 훨씬 규모가 크고 종류도 매우 다양하죠..
메모리 반도체에서 처럼 특정 방식에 따라 나뉘어 지는게 아니라, 어떤 기능을 목적으로 만들어 졌는지에 따라 분류할 수 있습니다.
아래 그림은 대표적인 시스템 반도체의 분류이지만, 시스템 반도체의 종류는 총 2만가지가 넘는다고 하니.. 참고만 하시는것이 좋을것 같습니다.
<1> 마이크로 컴포넌트
전자제품의 두뇌역할을 합니다.. 어떤 제품에 필요한 많은 명령어들이 저장되어있고 상황에 맞게 작동하는 것이죠.
<2> 아날로그 IC
사용되는 신호의 종류(아날로그 / 디지털)에 따라 아날로그 IC와 디지털 IC로 나뉘는데,
아날로그 IC는 목소리같은 아날로그 신호(연속성이 있는 값들..)를 디지털 신호로 바꿔주는 반도체 입니다.
<3> 로직 IC
디지털 IC에 속하는 로직 IC는 논리회로로 구성됩니다.
AND, OR, NOT 등 논리 대수에 의한 연산을 수행합니다.
<4> 광학 반도체(Optical Semiconductor)
빛을 전기신호로, 전기신호를 빛으로 변환하는 반도체입니다.
메모리 반도체와 시스템 반도체에 대한 구분이 되셨나요?!
메모리 반도체의 DRAM, SRAM, NAND Flash에 대한 상세설명은 반도체 입문 카테고리에는 조금 부적절한게 아닌가하여..
나중에 부록으로 좀 더 상세히 다뤄보도록 하고,
다음 글에선 이러한 반도체 부품을 어떻게 만드는지에 대해 알아보겠습니다!
메모리반도체? 시스템 반도체?차량용 반도체?
“반도체 총정리1-2 반도체 종류”
2021.04.03 – [주식시황+관련주+이슈테마] – 반도체 뜻/ 집적회로(IC), 반도체 소자/반도체 종류
▲1-1에서 반도체의 기본뜻과 반도체 소자에 대해 정리해 봤다면,
오늘 1-2에선 핵심인 메모리반도체와 비메모리반도체/ 시스템 반도체 개념을 정리해보도록 하자!
5. 메모리 반도체
6. 비메모리 반도체
7. 시스템 반도체
① 중앙처리장치(CPU)/ 마이크로프로세서(MPU) ② 마이크로컨트롤러 / MCU
③ 디지털 신호 처리 장치 (DSP) ④ 애플리케이 션 프로세서(AP)
⑤ DDI ⑥ 전력 관리 집적 회로( PMIC) ⑦ 차량용 반도체
⑧ 주문형 반도체 (ASIC) ⑨ SoC ⑩ 이미지 센서
이순서대로
레츠꼬우!
5. 메모리 반도체
memory chip
■ 정보를 저장하기 위한 집적회로(IC).
■ 트랜지스터 및 커패시터로 구성된 회로인 단위 셀을 2차원으로 무수히 배열한 형태.
■ 기능이 단순한 반면 수요가 많아 대규모 투자를 바탕으로 대량 생산방식이 가능.
① 휘발성 메모리 – 전원이 꺼지면 저장된 자료가 사라짐.
램 (RAM , random-access memory/ 임의접근기억장치) -기억된 내용을 마음대로 읽거나 변경시킬 수 있는 기억장치로서 주로 주기억장치에 사용함.
# DRAM, SRAM
에스램 (SRAM, Static RAM )/
정적 램
디램 (DRAM, Dynamic RAM )/
동적 램 ( 막기억장치) 특징 기억 장치에 전원이 공급되는 한 정보가 유지 저장된 정보가 시간에 따라 소멸되기 때문에 주기적으로 재생시켜야 함. 장점 DRAM보다 데이터 처리속도가 빠르다. SRAM 에 비해서 회로구성이 간단하여 고집적화가 가능해 가격이 저렴하다 단점 회로가 복잡하여 집적도가 낮고, 대용량으로 만들기 어려워 값이 매우 비싸다.
다소 속도가 떨어짐 사용 소용량의 메모리나 캐시메모리 ( cache memory )에 주로 사용 일반적인 기억장치에 사용
② 비휘발성 메모리 – 전원이 없는 상태에서도 데이터가 계속 저장 됨.
▶ 예전 → 읽기 전용 메모리 (ROM), 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리 (PROM)- 수정불가, 삭제가능한 읽기 전용 메모리 (EPROM), 전기신호로 지울 수있는 읽기 전용 메모리 (EEPROM)
▶ 요즘 → 플래시 메모리
저장된 데이터를 보존하는 롬(ROM)의 장점과 정보의 입출력이 자유로운 램(RAM)의 장점을 모두 지니고 있음.
# 플래시 메모리 (Flash Memory)
칩을 연결하는 방식에 따라 낸드(NAND) 형과 노어(NOR)형으로 나뉨.
낸드플래시메모리 노어플래시메모리 연결 방식 셀을 수직( 직렬) 으로 배열 셀을 수평( 병렬) 으로 배열 장점 제조단가가 싸고 소형화가능, 저장용량이 크다. 처리속도가 빠르고 데이터 안전성이 우수하다. 단점 읽기 속도가 느리다. 저장용량이 적고 소비전력이 많이 든다 쓰임새 USB드라이브나 SSD 등의 저장매체, 디지털 카메라, MP3, 스마트폰 등 일반 휴대전화, MMC (멀티미디어카드) 등
6. 비메모리 반도체
non-memory chip
■ 메모리 반도체를 제외한 모든 반도체.
■ 연산, 추론,학습, 변환, 감지 등 정보를 처리하기 위해 제작됨.
■ 특수한 기능을 하기 때문에 고도의 회로설계 기술을 필요로 하고, 소량 다품종의 고부가가치형 생산 체제임.
■ 대표적인 비메모리 반도체 ① 컴퓨터 중앙처리장치( CPU) / 마이크로프로세서(MPU),
② 마이크로컨트롤러 / MCU
③ 디지털 신호 처리 장치 ( DSP )
④ 스마트폰에서 CPU역할을 하는 애플리케이션 프로세서 ( AP )
⑤ DDI
⑥ 전력 관리 집적 회로( PMIC )
⑦ 차량용 반도체
⑧ 주문형 반도체 ( ASIC )
⑨ SoC
⑩ 이미지 센서
▼ ▽ ▼ 밑에서 자세히 다룸 ▼ ▽ ▼
# 비메모리 반도체를 시스템 반도체, 광개별소자로 한번 더 세분화 해서 쓰기도 한다.
# 해외에선 비메모리 반도체나 시스템반도체 등의 용어를 안 쓴다. 다 비공식적인 단어임을 알아두자!
# 우리나라에선 비메모리 반도체랑 시스템 반도체가 같은 의미로 통용되서 쓰인다.
7. 시스템 반도체
■ 비메모리반도체 대부분이 전자기기의 시스템을 제어하고 운용하기에 시스템 반도체라고도 한다.
쉽게 보면 비메모리반도체 중에서 센서 빼고는 다 시스템 반도체라고 생각 하면 되겠다.
■ 시스템 반도체를 마이크로컴포넌트, 로직IC, 아날로그 IC 이렇게 세 가지로 분류하기도 한다.
별로 큰 의미는 없으니 이렇게도 분류하는 구나..하고 넘어가면 되겠다.
▶ 마이크로컴포넌트 (Micro Component)
주로 연산과 제어 기능을 담당하며 PC와 응용기기의 두뇌역할을 함
ex) 마이크로프로세서(MPU/CPU), 마이크로컨트롤러(MCU), 디지털 신호 처리 장치 (DSP)
▶ 로직IC
NOT, OR, AND 등의 논리회로로 구성되어 연산, 기억, 전송, 변환 기능을 수행해 특정부분을 제어함.
ex) AP, DDI
▶ 아날로그 IC
소리, 빛 등의 각종 아날로그 신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환해 필요한 연산을 수행함.
ex) 전력관리, 입출력 인터페이스, 신호 감지·증폭 등
이제부터가 자주 보이는
비메모리 반도체 대표주자들-이면서,
집적회로(IC) 대표주자들!
더 많이 있지만 우선은 이정도로만 정리해 보자.
① 마이크로프로세서 (microprocessor, MPU: micro processing unit )
= 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU)
■ 중앙 처리 장치(CPU)는 컴퓨터 전체 시스템의 위치와 입장에서 나온 말이고, 마이크로프로세서는 동작 방식에서 나온 말로 서로 같다.
■ 기억, 연산, 제어 기능을 수행.
■ 디지털 데이터를 입력받고, 메모리에 저장된 지시에 따라 그것을 처리하고, 결과를 출력으로 내놓는 다목적의 프로그램 가능한 전자 부품.
② 마이크로컨트롤러(microcontroller) / MCU(micro controller unit)
■ 마이크로프로세서, 메모리, 입/출력 모듈 등 을 하나의 칩 위에 구현해 정해진 일을 수행하도록 프로그래밍된 원칩(One Chip) 컴퓨터.
■ MCU는 특정 시스템을 제어하는데 사용 함.
단순 시간예약에서부터 특수한 기능에 이르기까지 제품의 다양한 특성 을 컨트롤하는 역할.
냉장고, 전자레인지,세탁기 등의 대부분의 가전 전자제품의 두뇌역할을 함. 그 외에도 오토모바일 엔진 컨트롤 시스템, 체내 주입식 혹은 휴대용 의료기기, 리모콘, 프린터 등의 사무기기, 파워서플라이, 장난감 등에 사용된다.
③ DSP (digital signal processor/ 디지털신호 처리장치 )
■ 디지털 연산으로 신호를 처리하는 마이크로 프로세서.
아날로그 신호를 측정하고 걸러내고 압축 한 후 아날로그 데이터를 0과 1로 표시되는 디지털 신호로 변환하여 고속 처리와 연산을 할 수 있는 장치.
■ DSP는 빠른 속도로 디지털 신호를 처리할 수 있기 때문에 영상과 음성, 데이터 등을 사용하는 정보가 많은 가전제품, 멀티미디어 기기, 특히 오디오/ 영상 신호 처리 분야에 많이 쓰인다.
④ 애플리케이션 프로세서 ( AP, application processor )
■ 스마트폰, 태블릿, 스마트TV 등 에서 PC의 중앙처리장치(CPU)에 해당하는 핵심 부품 .
■ CPU(중앙처리장치)와 달리 CPU뿐만 아니고 그래픽처리장치(GPU), 통신칩(3G, 블루투스, Wi-Fi 등), 센서, 메모리, 멀티미디어 등 여러 기능을 하나로 합친 SoC(System on chip, 단일 칩 시스템) 형태.
■ 모든 애플리케이션 구동과 시스템장치, 여러 인터페이스 장치 등을 제어하고 관장함.
■ 부피가 작은 만큼 공정도 까다로워 단가가 비싸고 성능도 일반 연산 장치와 달리 느려서 PC나 컴퓨터에선 SoC를 잘 사용하지 않는다.
■ 스마트폰을 고를 때 보게 되는 ‘엑시노스’, ‘스냅드래곤’, ‘테그라’ 등이 이 애플리케이션 프로세서의 브랜드 이름이다.
사진출처- 삼성전자
⑤ DDI ( 디스플레이 드라이버 집적회로 Display Driver IC)
■디스플레이를 구동하는 반도체
■ 전달받은 디지털 신호를 RGB 아날로그 값으로 전환하여 스마트폰, 태블릿PC, TV용 디스플레이 패널에 전달해 영상을 구현.
⑥ 전력 관리 집적 회로/ PMIC (Power management integrated circuit)
/ PMU(power management unit)
■ 전력의 흐름과 방향을 제어해 전력 관리를 하는 IC.
핵심 기능을 수행하는 주요 칩에 필요한 전원이나 클록을 공급.
■ 직류 혹은 교류 형태의 전압·전류를 시스템에서 요구하는 적합한 형태와 크기로 변환하는 전력 변환, 전압 감시 및 저전압 보호, 배터리 관리 및 충전 기능 등 기능을 하나로 통합.
■ 모든 전자기기에 들어가며, 5G 스마트폰에 6개의 PMIC가 들어감.
⑦ 차량용 반도체 (automotive semiconductor)
■ DRIVER IC(엔진등 고전류의 출력이 필요한 장치에 사용), POWER IC, 센서, DDI, MCU 등 여러 종류의 반도체가 사용된다.
내연기관 자동차에 들어가는 차량용 반도체 수는 200~400개고, 자율주행(3단계) 자동차에는 2000개 이상이 필요할 것으로 추정된다.
■ 자동차용 반도체는 다양한 부분에 들어감.
내연기관 엔진 구동을 제어하는 파워트레인(동력전달장치), 섀시(차량의 차체/바디를 탑재하지 않은 상태),바디 등을 제어하고 첨단 운전 보조시스템(ADAS), 인포테인먼트(차량 내 정보를 제공하는 장치), 전자열쇠,차량 전후방 카메라, 조명, 운전대, 사이드미러 등
■ 전자제어장치 (ECU, Electrical Control Unit)
차량 내 각 센서로부터 신호를 받아들여 자동차의 엔진, 자동변속기, 구동계통, 제동계통, 조향계통 등 차량의 모든 부분을 제어.
■ 글로벌 시장에서 메이저 기업
차량용 반도체에 특화된 업체로 마이크로 콘트롤 유닛(MCU) 부품을 중심으로 함.
인피니언, NXP, 르네사스, 텍사스인스트루먼트(TI), ST마이크로일레트로닉스 등이 있다.
⑧ ASIC ( application specific integrated circuit/ 주문형 반도체)
■ 고객이나 사용자가 요구하는 특정한 기능을 갖도록 설계, 제작된 주문형 IC.
■ 표준 IC (반도체 업체가 생산하는 범용성 높은 표준화된 반도체/ STANDARD IC)와 상대적인 개념.
표준형 반도체는 규격이 정해져 있어 일정 요건만 갖추면 어떤 전자제품에도 쓸 수 있다.
이에 반해 주문형 반도체는 특정 주문에 맞춰 생산하는 제품으로 분야별로 다른 필요한 기능을 충족시켜 준다.
⑨ SoC (System on a Chip/시스템 온 칩)
■ 전체 시스템에 필요한 모든 전자 부품을 단일 칩에 통합.
단일 기판에 여러 블록을 통합하면 비용과 낮은 전력 소비를 비롯한 여러가지 이점이 있다.
■ 하나 이상의 프로세서를 포함.
■ SoC의 기능은 일반적으로 마이크로 컨트롤러의 기능보다 더 광범위 하다.
마이크로 컨트롤러는 보통 마이크로프로세서, 메모리, 입/출력으로 이뤄졌고, 스마트 폰 SoC인 ‘AP’에는 그래픽, 카메라, 오디오 및 비디오 처리, 관리 칩, 무선 칩 등이 추가된다.
⑩ 이미지 센서
센서- 빛이나 물리적 신호를 전기 신호로 바꿔 정보를 습득하고 변환, 증폭.
■ 빛 에너지를 전기 에너지로 변환해 영상으로 만드는데, 카메라 필름과 같은 역할
▶ CIS (CMOS Image Sensor)
CMOS(상보성 금속산화막 반도체)구조를 가짐.
집적도가 높고 전력 소비량이 적어 배터리 수명이 중요한 스마트기기 시장에서 선호.
카메라 폰, 웹 카메라, 의학용 소형 촬영장비 등 전자 디지털 기기에서 일종의 전자 필름 역할을 함.
▶ CIS (전하결합소자:Charge-Coupled Device)
디지털 카메라, 광학 스캐너, 디지털 비디오 카메라, 천체 망원경, 스캐너, 바코드 판독기, 로봇 눈 등에 널리 사용.
와우-
정리하고 보니 엄~청 길다.
하지만 슥 읽다가 보니 아리쏭했던 반도체 용어들의 뜻을 아주 정확히는 아니더라도, 대충 의미의 느낌은 알게 됐다.
반도체 관련 기사를 읽거나 관련주들을 볼 때 나오는 웬만한 단어들을 예전보다는 훨씬 알아보기 쉽게 됐음!
그럼 반도체 총정리 첫번째 ‘반도체 종류’ 시간은 여기서 이만-
다음엔 ‘반도체 회사 종류’로 돌아오겠음.
뿅!
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