메모리 반도체와 시스템 반도체 기본 설명

반도체 산업을 이해하기 위해서는 반도체 자체의 특성을 먼저 이해하는 것이 중요합니다. 오늘 포스팅에서는 메모리 반도체와 비메모리 반도체의 기본 특징, 종류, 대표적 기업에 관해 설명하고자 합니다.

기판 위에 올려진 반도체

목차

 

메모리 반도체

메모리 반도체는 데이터를 기억하고 저장하는 역할을 담당합니다. RAM(Random Access Memory)이나 ROM(Read Only Memory)과 같은 컴퓨터 메모리 칩에 사용됩니다. 메모리 반도체는 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), 플래시 메모리 등 다양한 종류가 있습니다. 메모리 반도체는 컴퓨터 및 기타 전자 장치에서 데이터를 빠르게 저장하고 액세스 할 수 있는 중요한 구성 요소입니다.

 

① D램

DRAM은 휘발성 메모리의 일종으로 데이터를 유지하기 위해 전원이 필요합니다. 한마디로 전원을 끄면 데이터 기억이 사라지는 구조입니다. 찾고 싶은 데이터를 빨리 찾아주는 등 업무의 빠른 처리를 도와주는 역할을 하기 때문에 D램의 용량이 커질수록 컴퓨터의 속도는 빨라지게 됩니다. 따라서 여러 개의 프로그램을 한꺼번에 구동하는 경우에는 D램 용량이 높은 컴퓨터를 선호하게 됩니다.

 

② 낸드 플래시

플래시 메모리는 비휘발성 메모리의 일종으로 전원이 없어도 데이터를 유지할 수 있습니다. 데이터 영구저장이 가능하다는 장점이 있지만 속도가 느리다는 단점이 있습니다. 

 

메모리 반도체 제조사는 크게 세 업체가 있는데 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론입니다. 각각의 글로벌 시장점유율은 43%, 28%, 24% 수준으로, 세 업체가 전 세계 메모리 반도체의 95% 이상을 만들어내고 있습니다. 또한 규격이 정해져 있는 범용제품이라는 특성상 대량생산이 가능하고 수요와 공급에 굉장히 민감합니다.

 

메모리 반도체 제조사는 종합반도체 회사인 IDM (Integrated Device Manufacturer)으로 설계와 생산을 병행하는 구조입니다. 범용제품이기 때문에 타회사 제품으로 대체가 가능하여, 경쟁 우위를 점하기 위해서 원가 절감 능력이 매우 중요합니다. 주요 수요 영역은 모바일, 서버, PC, 그래픽인데 각각 시장의 38%, 34%, 13%, 5%를 점유합니다.

 

시스템 반도체

논리 칩이라고도 하는 시스템 반도체는 산술 및 논리 연산, 입/출력 연산 및 메모리 관리와 같은 전자 장치의 특정 기능을 수행하도록 설계되었습니다. 시스템 반도체는 특정 애플리케이션에 맞게 맞춤화할 수 있다는 특징이 있어, 범용제품을 대량생산하는 메모리반도체와는 달리 주문생산 방식이 이루어집니다. CPU, MCU, Modem, GPU, DDI, CIS, AP 등이 컴퓨터, 스마트폰 등에 사용되는 시스템 반도체 유형입니다.

• CPU: Core Processing Unit의 약자로 컴퓨터에서 연산, 기억, 제어, 해석의 기능을 관할하는 장치
• MCU: Micro Contoller Unit의 약자로 센서 및 모듈을 제어하는 장치
• Modem: 디지털 통신 송수신 장치
• GPU: Graphic Processing Unit의 약자로 그래픽 처리를 위한 프로세서
• DDI: Display Driver IC의 약자로 디스플레이를 구동시켜 주는 칩
• CIS: CMOS Image Sensor의 약자로 스마트폰 카메라에 들어가는 이미지센서
• AP: Application Processor의 약자로 스마트폰의 두뇌 담당

시스템 반도체는 설계와 제조가 분리되어 있는 구조입니다. 설계 업체를 팹리스, 제조업체를 파운드리라고 부릅니다. 소비자의 요구에 부응하는 맞춤 생산이 이루어지기 때문에 타회사 제품으로 대체가 불가능합니다. 주문 생산 방식으로 수주를 받은 후에 생산이 진행됩니다. 성능과 최적화가 중요합니다.

 

대표적인 설계업체로는 애플, 퀄컴, 삼성전자, NXP, 엔비디아, 테슬라, 미디어텍, LX세미콘 등이 있습니다. 각 회사의 대표적인 칩으로는 애플의 A16, M2, 퀄컴의 스냅드래곤 AP, 삼성전자의 엑시노스 2300이 있습니다. 이 세 개 회사는 영국의 설계회사인 ARM으로부터 원천기술을 받아서 사용하고 있습니다. NXP는 차량용 반도체 전문이고, 엔비디아는 GPU 및 AI를 주력으로 설계합니다.

 

제조는 TSMC가 전 세계 시장점유율의 53%를 차지하며 선두를 달리고 있고, 삼성전자 (17%), UMC (7%), DB하이텍 (1%)이 그 뒤를 잇고 있습니다. 시스템 반도체 제조기술은 작은 나노 단위를 생산할수록 첨단기술로 분류되는데 현재 TSMC는 4 나노, 삼성전자 3 나노, UMC 14 나노, DB하이텍 130 나노입니다. 삼성전자의 경우 3 나노 생산이 가능하지만 수율을 올려야 하는 과제를 안고 있습니다. 

 

시스템 반도체의 수요처는 모바일, 자동차, 서버, HPC, PC, 통신장비, 우주항공 등 다양한 영역에 걸쳐 있습니다.