메모리 반도체와 시스템 반도체 (차이점, 팹리스, 반도체 소자, 국외 시스템 반도체)

반도체에는 크게 메모리 반도체와 시스템 반도체가 존재합니다.

 

메모리 반도체란 말 그대로 메모리. 즉, 데이터를 저장하는 역할입니다. 어떻게 해야 작은 칩 안에 많은 데이터를 쌓고 관리할 수 있을지 고민하여 발전하는 반도체입니다. 

 

그렇다면 시스템 반도체는 뭘까요?

시스템 반도체는 연산, 제어 등 정보처리 기능을 하는 반도체라 볼 수 있습니다. 인간으로 치면 메모리 반도체는 기억력이 좋은 사람이고 시스템 반도체는 정보를 빨리 얻고, 계산을 잘하는 사람이라 볼 수 있습니다.

 

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현재 우리나라는 반도체 강국이라고 불립니다. 이때 여기서 말하는 반도체는 메모리 반도체를 의미합니다. 메모리 반도체는 우리나라가 세계 시장에서 절반이 넘는 점유율을 차지하고 있습니다. DRAM에서는 1위 삼성전자와 2위 SK하이닉스와 3위 마이크론 3강 체재로 이루어져 있는데 70~80%의 점유율을 차지하고 있기 때문에 강국이라고 할 수 있습니다.

 

하지만 시스템 반도체에선 약 3%에 불과합니다.

전체 반도체 시장에서 메모리 반도체는 20% 시스템 반도체는 80%를 차지하는 걸 감안하면 굉장히 작은 비율이라고 볼 수 있습니다. 시장 규모도 차이가 큽니다. 시스템 반도체의 대표적인 주자는 인텔이 되겠습니다.

 

우리 한국 기업들은 빠르게 성장하기 위해 메모리 반도체 사업에만 집중적으로 투자해 왔기 때문에 시스템 반도체의 발전은 메모리 반도체에 비해 떨어집니다. 그래도 삼성에서 시스템 반도체의 일종인 엑시노스와 같은 AP(=핸드폰의 CPU)를 개발하여 핸드폰에 적용하고 있기 때문에 점차 시장에서 차지하는 비율이 늘 것이라 예상되지만 아직까지 역부족인 건 사실입니다.

 

2019년 4월 삼성전자는 ‘반도체 비전 2030’을 내놓았습니다. 2030년까지 시스템 반도체 글로벌 1위를 달성하기 위해 연구개발(R&D) 및 생산기술 확충에 모두 133133조 원을 투자하겠다고 했는데 이에 강성원 한국전자통신연구원(ETRI) 정보통신기술창의 연구소장은 “시스템 반도체가 산업화될 때 고용 창출 등 아주 큰 파급효과를 일으킨다”라고” 설명했습니다.

 

또 김양팽 산업연구원 전문연구원도 “메모리 반도체는 가격 부침이 심하지만 시스템 반도체는 안정적”이라며 “중소기업 육성이나 고용 창출 부분에서도 메모리 반도체보다 시스템 반도체의 기여율이 훨씬 높다”라고” 말했습니다.

 

삼성전자도 ‘반도체 비전 2030’의 계획대로 투자가 이뤄지면 간접 고용유발 효과가 4242만 명에 이를 것이라는 추산을 내놓기도 했습니다.

 

시스템 반도체는 메모리 반도체에 비해 구조가 복잡합니다. 메모리 반도체는 정보를 많이 안전하게 저장하는 핵심기능만 만족하면 되지만, 시스템 반도체는 여러 가지 정보처리 능력을 갖추기 위해 여러 종류의 회로들을 한 기판에 집어넣어야 하기 때문입니다.

 

회로끼리 엉키면 제품이 제대로 작동하지 않기 때문에 고도의 정밀 설계 기술이 필요하다는 게 특징입니다. 또 메모리 반도체처럼 제품 규격이 정해져 있지도 않습니다. 창의적인 설계 하나로 얼마든지 더 효율적인 시스템 반도체를 만들 수 있습니다.

 

국외 시스템 반도체

 

그렇다면 다른 나라들은 어떻게 시스템 반도체를 발전시키고 있는지 보겠습니다.

 

일본은 차세대 반도체로 꼽히는 파워 반도체 시장에서는 적극적으로 나서고 있습니다.

파워 반도체는 전력을 제어하는 반도체로, 자동차, 가전, 휴대 단말기 등에 폭넓게 활용됩니다. 지난 2017년에는 미츠비시전기와 도시바가 세계 시장에서 각각 3위와 4위를 차지했습니다. 미츠비시전기는 2018년 도쿄 대학과 함께 전자파에 강하고 신뢰성 높은 SiC 파워 반도체를 개발하기도 했습니다. 이에 앞으로도 일본의 파워 반도체 산업은 꾸준히 성장할 것으로 보입니다. 과거에는 일본 반도체가 강세를 보였기 때문에 계속 반도체 산업에 뛰어들 것이라 예상됩니다.

 

 

중국은 1600여 개에 달하는 IC 설계 업체가 존재합니다. IC 인사이트의 2017년 보고서에서는 그중 화웨이 계열의 하이실리콘과 칭화유니 계열의 유니그룹이 세계 팹리스 업계 10위권에 들었다. (* 팹리스란 반도체 칩을 구현하는 하드웨어 소자의 설계와 판매를 전문화한 회사이다.) 하이실리콘은 화웨이의 스마트폰에 탑재되는 자체 AP인 기린 시리즈를 설계하는 회사입니다.

 

 

대만 정부는 일찌감치 Silicon Software 사업을 진행하며 대대적으로 시스템 반도체 투자 지원 프로젝트를 진행했습니다. 2001년 제1단계(전면 투자)에서는 3억 달러, 2003년 2단계(칩 설계)에서는 30억 달러를 투자하는 등 시스템 반도체의 육성에 적극적으로 나섰습니다.

 

최근에는 2018년 6월 28일부터 4년간 약 15265억 원을 투입해 사물인터넷과 관련된 다양한 산업의 개발에 나서기로 했습니다. 이 정책의 일환으로 지난 1월 30일에는 국가 차원의 반도체 연구기관인 대만 반도체 연구센터를 출범해 집적회로 설계와 반도체 소자 제조공정 등을 연구 개발하고 인재를 육성하기로 했습니다.

 

메모리 반도체와 시스템 반도체 소자들

 

메모리 반도체 종류

 

-DRAM: 가장 대표적인 메모리로 메인 메모리로 사용된다. 2진 정보를 커패시터에 공급되는 전하 형태로 보관한다. 시간이 지나면 재충전을 해줘야 한다.

 

-SRAM: CPU에서 사용하는 Cache에 사용되며 DRAM보다 빠르지만 비싸다. 2진 정보를 저장하는 플립플롭으로 구성되며, 저장된 정보는 전원이 공급되는 동안 보존된다.

 

- NAND Flash: 한마디로 SSD다. 전원이 없어도 데이터를 가지고 있을 수 있는 메모리다. 삼성이 1위의 점유율을 가지고 있다.

 

-VRAM: D램의 기능에서 추가로 판독 능력을 강화하고 있으며 영상 데이터를 다루기에 적합하다

 

-ROM: 저장된 데이트를 읽을 수는 있으나 별도의 장치 없이는 변경할 수 없다. 종류가 다양하다.

 

 

시스템 반도체 종류

 

-멀티미디어 반도체

 

-주문형 반도체 (ASIC): 특정 용도의 반도체를 의미하지만, 그 개념은 명확하지 않다. 다만 고객의 요구대로 특수한 기능의 회로를 설계해 생산하는 특정 용도의 제품이라고 이해하면 된다. 1:1로 만들어지는 반도체다. ASIC 반도체다.

 

-복합형 반도체

 

-파워 반도체: 전력을 제어하는 반도체로, 자동차, 가전, 휴대 단말기 등에 폭넓게 활용된다

 

-개별소자: 전자 회로에서 개별 부품으로써의 정해진 일부 단순 기능만 수행하는 전자 부품 소자. 주로 저항, 콘덴서, 인덕터 등 수동 소자를 의미하나, 경우에 따라서 단순 기능의 다이오드, 트랜지스터 등을 포함하기도 한다.

 

-마이크로프로세서: 컴퓨터의 산술 논리 연산기, 레지스터, 프로그램 카운터, 명령 디코더, 제어회로 등의 연산장치와 제어장치를 1개의 작은 실리콘 칩에 모아놓은 처리장치를 말한다. 주기억장치에 저장되어 있는 명령을 해석하고 실행하는 기능을 한다.

 

 

그 외에 다양한 반도체들이 있습니다. 저도 찾아보는 단계라 틀린 정보가 있을 수도 있으니 유의 바랍니다. 감사합니다