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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.

[3분차이] 메모리반도체와 비메모리반도체, 어떤 차이가 있을까? | D램 | 낸드플래시 | 시스템반도체

반도체 파헤치기 上│헷갈리는 반도체 종류 완벽정리!

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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?반도체 파헤치기 上│헷갈리는 반도체 종류 완벽정리!
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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.

메모리 반도체와 비메모리 반도체를 간단히 살펴보자

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반도체 산업은 용도에 따라 메모리 반도체와 비메모리(시스템) 반도체로 구분할 수 있다. 한마디로 메모리 반도체는 저장 용도고, 비메모리는 연산과 처리 용도라고 보면 된다.

세계 반도체 시장에서 차지하는 비중은 메모리 반도체가 20%, 비메모리(시스템) 반도체가 80%인데, 앞으로 비메모리 반도체의 중요성은 더 커질 것으로 보인다.

이건 어찌보면 당연한 흐름이다. AI(인공지능) 기술을 끝없이 연구하고 있고, 이를 이용한 사물인터넷(Internet of Things)이 정말 많아졌다. 오케이 구글, 카카오, 빅스비, 시리, LG 등. 스피커부터 TV, 냉장고까지 다양한 가전에 이용되고 있다.

인공지능은 처음부터 똑똑한 게 아니라 많은 데이터를 집어넣어 줌으로써 학습시키는 것이다. 예전에도 AI에 대한 이론은 있었지만 이를 실현할 수 없던 것은 방대한 데이터 관리와 동시에 분류된 데이터를 집어넣는 기술이 없었기 때문이다.

이때 데이터를 집어넣어서 연산하고 처리하며 학습하는 것은 비메모리가 해야 할 역할이다. 좀 더 많은 데이터를 넣을수록 비메모리 반도체의 성능이 좋아야 이를 빨리 처리할 수 있다.

자동차는 이제 단순히 탈 것을 넘어 걸어다니는 핸드폰이라고 해도 무방할 정도로 많은 반도체와 센서를 가지고 있다. 자율주행에 역할 역시 본 데이터를 연산 처리해야 하므로 비메모리 반도체 중요성을 커질 것이다.

메모리 반도체의 종류인 D램과 낸드플래시에서 우리나라 반도체 회사인 삼성전자와 SK하이닉스가 세계 시장 점유율의 절반을 넘게 차지하고 있으며, 비메모리(시스템) 반도체는 CPU를 만드는 인텔, 퀄컴, ARM 등이 있다.

메모리 반도체는 우리가 사용하는 많은 기기에서 볼 수 있는 DRAM, SRAM, VRAM, ROM, Flash memory 등이 있다. 컴퓨터는 물론이고 스마트폰, 게임기 등에서 다양하게 활용 중이다.

1. 메모리 반도체의 대표인 DRAM과 낸드플래시의 간단한 차이를 보면

> 메모리 반도체의 대표적인 두 개는 DRAM과 낸드플래시가 있다. 둘 다 저장장치임은 맞지만 미묘한 차이가 있다.

메모리 반도체는 창고에서 데이터를 받을지 말지를 결정하는 문의 여닫이 역할. 즉 스위칭 기능이 있는데, 스위칭 기능은 디램이 훨씬 빠르지만, 데이터를 저장하는 능력은 낸드플래시가 더 뛰어나다. 디램은 진짜 잠깐이지만, 낸드플래시는 1~10년 그 이상까지도 저장할 수 있다.

즉, 디램은 휘발성, 낸드플래시는 비휘발성이다. 이를 위해 낸드플래시는 게이트가 2개다. 이를 플로팅 게이트라고 하는데, 전자들이 쉽게 탈출할 수 없는 절연막을 만든다. 절연층으로 인해 저장능력은 뛰어나지만, 커패시터 성분이 생겨 전자가 이동하는 동작 속도는 느려지는 셈이다. 낸드플래시를 저장매체로 사용하는 게 SSD다.

낸드플래시의 원리를 간단히 살펴보면

source : SKhynix

Floating Gate : 절연층을 형성해 전하가 외부로 나갈 수 없는 저장소 역할

Gate에 고전압을 가한다. >> 터널링 현상으로 플로팅 게이트로 이동한다. >> 플로팅게이트에선 외부로 나갈 수 없어 전하가 저장된다라고 보면 된다.

최근 코로나19에도 불구하고 메모리 반도체 업체가 실적을 낼 수 있던 것은 비대면 업무로 처리해야 할 일이 많아지자 이를 버티고자 서버 유지 및 확충을 위해 메모리 반도체 주문이 많았기 때문이다.

2. 비메모리(시스템) 반도체

전자제품의 두뇌역할을 하는 칩으로 많이 사용된다. 일반 컴퓨터에 쓰이는 CPU, 마이크로 컴퓨터에 사용되는 MPU(Micro Processing Unit), MCU(Micro Controller Unit), 로직 IC(Integrated Circuit), 스마트폰에 사용되는 AP(Application Processor), 디지털카메라(DSLR)와 스마트폰 카메라에 많이 쓰이는 CMOS 이미지센서가 있다.

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[반도체 종류 및 차이] 메모리반도체와 비메모리반도체의 차이와 기업종류 및 점유율

신문이나 뉴스를 보시면 반도체 산업과 관련해서 많은 용어들이 등장합니다. 오늘은 반도체의 종류 및 특성에 대해 알아보겠습니다. 반도체 산업에 관련된 기본 용어를 숙지하신다면, 여러분들도 정보 습득이나, 인사이트 측면에서 반도체 투자 상위 10%가 될 수 있을 겁니다.

반도체라고 다 같은 반도체가 아니다.

반도체라고 해서 모두 같은 반도체가 아닙니다. 하단의 그림으로 핵심 반도체의 종류를 간단하게 분류해봤습니다. 각 세부 사항은 그림 하단에 이어서 설명하겠습니다.

출처 : 삼성자산운용

메모리 반도체와 비메모리 반도체의 차이

메모리 반도체는 기억능력이 있는 반도체입니다. 즉 정보를 저장할 수 있는 기능이 있는 반도체입니다.

그와 반대로 비메모리 반도체는 정보 저장 기능이 없는 대신 연산 및 제어 기능이 있는 반도체입니다. 세부 차이점은 하단의 표에 정리했습니다.

이때 비메모리 반도체는 데이터를 처리, 계산, 제어한다는 측면에서 ‘시스템 반도체’ 혹은 ‘LSI’라고도 불립니다.

메모리반도체 비메모리반도체 (시스템반도체) 용 도 정보 저장 정보 처리 종 류 D램,S램,낸드플래쉬 CPU, AP, DDI, CIS 등 칩 구조 상대적으로 간단함 상대적으로 복잡함 생산적 특징 소품종 대량생산 다품종 소량생산 기술적 측면에서 중요한 부분 미세공정, 생산설비, 양산능력

(하드웨어 측면) 설계를 위한 인적자원, 설계 기술

(소프트웨어 측면) 경쟁력 선행기술의 개발, 자본, 설비투자 인적자원 확보, 교육, 설계기술 (반도체 시장에서) 시장점유율 30~40% 60~70%

메모리 반도체의 종류와 생산기업 (시장점유율)

메모리반도체는 다시 RAM(램)과 ROM(롬)으로 나뉩니다.

RAM : Ramdom Access Memory의 약어로 정보의 저장/수집/불러오기가 가능합니다. 하지만 전원을 종료하면 데이터가 사라지는 휘발성 메모리이고 D램 , S램, V램 등이 있습니다.

: Ramdom Access Memory의 약어로 정보의 저장/수집/불러오기가 가능합니다. 하지만 전원을 종료하면 데이터가 사라지는 휘발성 메모리이고 D램 , S램, V램 등이 있습니다. ROM : Read Only Memory의 약어로 기록된 정보를 읽거나 불러오는 것만 가능합니다. 하지만 전원을 종료하여도 데이터가 사라지지 않는 비휘발성 메모리입니다. 낸드플래시, NOR 플래시가 있습니다.

이 중 삼성전자와 SK하이닉스의 주력 제품인 D램과 S램 그리고 낸드플래시에 대해 간단하게 설명드리겠습니다. 메모리 반도체의 경우 삼성전자와 SK하이닉스, 미국의 마이크론의 시장점유율이 각각 약 50%, 40%, 30% 정도입니다.

D램 (Dynamic Ram) : 전원이 공급되면 데이터가 유지되지만 전원 공급이 끊기면 데이터가 사라집니다.

(Dynamic Ram) : 전원이 공급되면 데이터가 유지되지만 전원 공급이 끊기면 데이터가 사라집니다. S램 (Static Ram) : 전원이 공급된다면, 데이터가 시간이 지나도 사라지지 않으며 D램보다 속도가 빠르지만, 그만큼 회로가 복잡해지고 가격이 비싸집니다.

(Static Ram) : 전원이 공급된다면, 데이터가 시간이 지나도 사라지지 않으며 D램보다 속도가 빠르지만, 그만큼 회로가 복잡해지고 가격이 비싸집니다. 낸드플래시 (Nand flash) : 대표적 ROM 메모리로, 전원을 종료해도 데이터가 사라지지 않으며, 스마트폰, PC의 기억 보조장치 및 AI, 빅데이터 등의 4차 산업혁명 분야에서 많이 사용됩니다. 우리가 일반적으로 잘 아는 USB나 SSD는 이러한 낸드플래시로 만들어집니다.

※ 추가적으로 NOR과 NAND의 구분 방식은 반도체 내의 셀의 배치 방식에 따라 구분이 되는데, NOR은 병렬방식의 코드 저장 방식 NAND는 직렬방식의 데어터 저장 방식을 갖고 있습니다.

비메모리 반도체의 종류와 생산기업 (시장점유율)

비메모리 반도체는 그 기능에 따라 종류가 매우 다양합니다. 크게 연산장치(비센서)와 센서로 나뉩니다. 대표적인 비메모리 반도체에 대해서 종류별 간단한 설명과 생산, 설계 기업에 대해서 설명드리겠습니다.

CPU (PC 및 노트북의 중앙처리장치) : 컴퓨터의 두뇌라고 불리며, 컴퓨터 내의 모든 데이터의 연산과, 처리를 맡습니다. 세계적으로 Intel(인텔)이 점유율 80% 정도로 과점하고 있으며, 뒤를 AMD가 잇고 있습니다.

(PC 및 노트북의 중앙처리장치) : 컴퓨터의 두뇌라고 불리며, 컴퓨터 내의 모든 데이터의 연산과, 처리를 맡습니다. 세계적으로 Intel(인텔)이 점유율 80% 정도로 과점하고 있으며, 뒤를 AMD가 잇고 있습니다. GPU : 기존 그래픽카드가 CPU의 연산 결과를 이미지로 만드는 것이었다면 GPU는 CPU의 연산을 보조하고 직접 그래픽을 연산하는 기능을 가진 반도체로, 대표 기업으로 NVDIA (엔비디아)가 제조, 판매합니다.

: 기존 그래픽카드가 CPU의 연산 결과를 이미지로 만드는 것이었다면 GPU는 CPU의 연산을 보조하고 직접 그래픽을 연산하는 기능을 가진 반도체로, 대표 기업으로 NVDIA (엔비디아)가 제조, 판매합니다. AP (Application Processor) : 스마트폰의 CPU라 불리는 모바일 중앙처리장치입니다. 미국의 퀄컴과 애플, 대만의 미디어텍, 한국의 삼성전자, 중국의 하이실리콘이 대표 생산 기업으로, 삼성전자는 해당 부문에서 시장점유율 4~5위를 기록하고 있으며 글로벌 AP 5위 생산기업입니다.

(Application Processor) : 스마트폰의 CPU라 불리는 모바일 중앙처리장치입니다. 미국의 퀄컴과 애플, 대만의 미디어텍, 한국의 삼성전자, 중국의 하이실리콘이 대표 생산 기업으로, 삼성전자는 해당 부문에서 시장점유율 4~5위를 기록하고 있으며 글로벌 AP 5위 생산기업입니다. CIS (CMOS Image Sensor) : 카메라의 필름 역할을 하며, 빛 에너지를 전기에너지로 변환하여 이것을 영상으로 만드는 센서입니다. 일본의 소니가 40%의 점유율, 삼성전자가 20%의 점유율을 보이며 최근 SK하이닉스가 생산을 시작하고 개발을 늘리고 있습니다.

(CMOS Image Sensor) : 카메라의 필름 역할을 하며, 빛 에너지를 전기에너지로 변환하여 이것을 영상으로 만드는 센서입니다. 일본의 소니가 40%의 점유율, 삼성전자가 20%의 점유율을 보이며 최근 SK하이닉스가 생산을 시작하고 개발을 늘리고 있습니다. DDI (Display driver IC) : 모니터 등에서 다양한 색이 구현될 수 있도록 화소를 조정하는 역할을 합니다. 즉 디지털 신호를 RGB 값을 가진 아날로그 신호로 변환하는 반도체입니다. OLED DDI의 경우 한국의 삼성전자 약 50%의 시장점유율, 매그나칩(과거 하이닉스에서 분할된 기업)이 약 30%, 실리콘 윅스가 약 10%의 시장점유율을 보이고 있고, 대만의 노바텍이 약 7%의 시장점유율을 보이고 있습니다.

※ CIS는 신호를 바꾸는 반도체라 생각하시면 되고 DDI는 다양한 색을 표현해주는 반도체라고 생각하시면 좋을 거 같아요.

이렇게 어떤 반도체를 생산하는지에 따라 기업을 분류할 수도 있지만, 어떤 생산방식을 갖는지에 따라 반도체 기업을 분류할 수 도 있습니니다, 해당 내용은 하단 링크를 참고해주세요!

▷ 팹리스 , 파운드리, OSAT. 칩리스 등등 이게 뭐지?

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