반도체 산업 [2] 반도체 제품의 분류 (메모리/ 시스템 반도체, 센서)

2025.02.08 - [반도체 이론] - 반도체 이론 [1] 반도체란 무엇일까?

반도체 이론 [1] 반도체란 무엇일까?

 

 

 반도체 제품은 크게 조립 형태에 따라 집적회로(IC)와 개별소자(Discrete)로 나눌 수 있다.

 

집적회로(IC)는 하는 역할에 따라 메모리 반도체와 시스템 반도체로 나눌 수 있으며, 시스템 반도체는 세부 역할에 따라 아날로그 반도체, 로직 반도체, Micro-component로 나눌 수 있다.

 

 

 가장 먼저 시스템 반도체에 대해 알아보자.

 

시스템 반도체

 

  시스템 반도체는 사람의 두뇌(brain)역할을 하는 chip이다. Chip(칩)은 낱개로 잘라낸 반도체 제품을 의미한다.

 하는 역할은 주로 정보의 연산, 처리, 제어, 가공 기능을 담당한다. 메모리 반도체와 반대의 의미로 비메모리 반도체라고 지칭하기도 하지만, 비메모리 반도체에는 시스템 반도체에 해당하지 않는 센서, 광소자 등이 있으니 모든 비메모리 반도체가 시스템 반도체는 아니다.

 

 시스템 반도체는 또다시 크게 1) Logic(로직) 반도체, 2) Analog(아날로그) 반도체, 3) Micro Component로 나눌 수 있다.

 

시스템 반도체 1) 로직 반도체

 

 로직 반도체는 사람의 뇌가 하는 일 중 연산, 판단 및 명령에 해당하는 일을 하며, 대표적으로 CPU, GPU, NPU등이 속한다.

 

 CPU는 central processing unit로 중앙처리 장치이다. 컴퓨터의 연산을 담당하며 이외에도 입력, 처리, 판단, 명령 등 넓은 범위의 일들을 처리한다. GPU는 CPU에 비해 동시에 많은 일을 하는 병렬적인 연산 (그래픽 처리)에 주로 이용되며, 대신 순차적으로 어려운 문제를 하는 계산에 특화된 것은 CPU이다.

 

시스템 반도체 2) 아날로그 반도체

 

 아날로그 반도체는 일상 생활에서 발생하는 빛, 소리, 압력, 온도 등 자연계의 각종 아날로그 신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 바꾸는 역할을 하거나, 온도나 압력처럼 연속적으로 변화하는 신호를 다루는 반도체를 의미한다.

 각종 증폭 회로, 전압 안정화 회로 등으로 구성되어있으며 대표적으로 PMIC, DDI 등이 있다.

 

 PMIC는 전자 제품에 필요한 전력 공급을 조절하는 반도체로, 스마트폰에서 밝기 감지나 충전 제어 등을 담당한다. 인체의 심장 역할을 하는 것으로, 배터리의 전력을 적재적소에 배치하는 기능을 한다. 이 PMIC는 각 반도체 제품 별로 붙어 동작을 하며, 제품 별 동작 전압, 전류, 속도 등이 다르므로 이에 맞는 PMIC가 필요하다.

 

 DDI는 디스플레이의 화소를 조절해 색을 조절하는 반도체이며, RGB를 조절하는 역할을 한다.

 

 

시스템 반도체 3) 마이크로 컴포넌트

 

 마이크로 컴포넌트는 로직 반도체나 아날로그 반도체를 소형화한 것으로, MPU가 대표적인 예이다.

 

 MPU는 컴퓨터의 핵심 기능인 연산과 제어 기능을 수행하는 CPU를 소형화한 칩이다. 이와 비슷한 MCU는 단순히 CPU를 소형화한 MPU와 달리 하나의 'C'omputer를 소형화 한 것이라고 생각하면 된다. 자동제어나 도난 방지 시스템에서 제품을 제어하는 역할을 주로 한다.

 

 

메모리 반도체

 

 이번에는 메모리 반도체에 대해 알아보자. 메모리 반도체는 말 그대로 'memory' 반도체로, 연산이나 판단을 하기 위해 필요한 정보들을 미리 저장해놓는 것이다. 현재 한국 반도체 기업이 강세를 보이는 분야이지만, 전체 IC 시장의 1/3정도이기 때문에 한국 기업들은 점차 시스템 반도체 등의 다양한 시장에 진출하고자 노력하고 있기도 하다.

 

메모리 반도체 1) DRAM

 

 DRAM은 RAM(램)이라고 하는 주 기억 장치를 담당하는 메모리 반도체의 한 종류이다. RAM은 DRAM과 SRAM으로 나뉘는데 DRAM의 구조가 간단하고 저렴하여 빠른 동작 속도와 적은 소비 전력 특성을 가져 널리 사용되고 있다. '주기억 장치'란 컴퓨터가 작동하는 동안 연산소자가 필요로 하는 일이 많은 프로그램의 명령어나 자료를 저장하는 역할을 하는 장치이다.

 

 우리 뇌의 기억은 크게 '단기 기억'과 '장기 기억'으로 나눌 수 있다. DRAM은 이 중에서 단기 기억에 해당하는 역할을 하며, 컴퓨터가 켜져있을 때 즉, 전원이 공급될때만 메모리가 저장되는 '휘발성 메모리' 반도체이다. DRAM은 트렌지스터와 축전기로 이루어진 1C 1T구조이며 용량이 크지 않고 휘발성이라는 특징이 대표적이다.

 

 

메모리 반도체 2) FLASH MEMORY (플래시 메모리)

 

 플래시 메모리는 대표적인 보조 기억 장치 소자로, 주 기억 장치 이외에 데이터를 추가로 보관할 수 있는 장치이다. 입력된 자료와 처리결과를 보관하거나 간헐적으로 사용되는 프로그램을 저장한다.

 

 '비 휘발성 메모리' 소자로 영구적으로 저장되며, 이 중 NAND 타입의 낸드 플래시 메모리는 단위 면적당 높은 집적도를 바탕으로 SSD나 eMMC 등이 보조 기억 장치로 사용된다. 처리 속도는 DRAM(주기억장치) 보다는 느리지만, 기술수준이 점점 올라가며 가격단가가 낮아지며 점차 널리 보급되고있다. 비교적 비싼 단가에도 고속 대용량 처리를 필요로 하는 제품에 필수적으로 이용되고 있다.

 

 

광학/ 센서 반도체

 

 

 메모리 반도체와 시스템 반도체가 사람의 두뇌에 해당하는 반도체라면, 뇌에 정보를 입력해주는 기관의 역할을 하는 반도체도 존재한다. 이것이 센서이다. 넓게는 비메모리 반도체에 속하며, 주위의 상황을 감지하여 메모리 반도체나 로직 반도체 등에 전달하는 역할을 한다.

 

 센서의 대표적인 예로는 CIS (CMOS Image Sensor)가 있다. CIS는 주변 환경을 시각적인 이미지로 변환하는 역할을 하는 반도체이다. 이런 센서 반도체는 동작 속도 뿐 아니라, 인식 기능 향상, 적은 오류를 주요 목표로 한다.