짧지만 유익한 "반도체 기초 이해"

삼성전자, 인텔, TSMC, 엔비디아, 하이닉스, DRAM, CPU, GPU, AI반도체 등

요즘 경제 관련 기사에 하루도 빠지지 않고 나오는 뉴스가 "반도체"에 관한 이야기다.

대형 서점에도 반도체 관련 책들이 쏟아지고 있는데, 그만큼 반도체가 요즘 핫한 주제인것 같다.

따라서 오늘은 너무 기술적인 얘기 말고 상식수준에서 "반도체" 그리고 "반도체를 만드는 기업들"에 대해 알아보고자 한다.

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<개념>

- 통상 백금, 구리 등 전기가 통하는 물질을 도체라 하고 나무, 바위 등 전기가 통하지 않는 물질을 부도체라 한다.

- 반도체는 도체와 부도체의 중간특성을 가진 물질로 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등이 여기에 속하는 데

- 반도체는 평상시에는 자유전자가 없어 전기가 통하지 않으나 열을 가하거나 특정 불순물(비소나 붕소)을

넣으면 자유전자가 생겨 전기가 통하게 된다.

- 한편, 반도체를 이용한 트랜지스터가 발명되기 전까지는 전류의 흐름을 조절하기 위해 진공관을 사용했다.

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<종류>

- 반도체는 크게 두 가지 영역으로 구분되는데 첫번째는 개별(Discrete) 반도체이며 다른 하나는 집적회로(Integrated Circuit)이다.

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- 개별반도체는 제품 내에서 단일한 기능을 하는 소형반도체를 말하며, 다이오드, 트랜지스터, 콘덴서 등이 있다.

* 다이오드(2극진공관) : 진공속에서 전자의 움직임을 제어함으로써 전기 신호를 증폭시키거나 교류를 직류로 정류 (진공관 엠프 등)

* 트랜지스터 : 전류나 전압흐름을 조절하여 증폭하거나 스위치 역할을 하는 반도체 소자 (트랜지스터 라디오 등)

* 콘덴서 : 전자 회로에서 전하를 모으는 장치로 축전기라고도 하며, 전기에너지를 저장 (자동차 부품, 에너지 저장장치 등)

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- 최근 반도체라 부르는 대부분의 용어는 집적회로(IC)와 관련된 것으로, 집적회로는 복잡한 기능을 수행하기 위해 많은 소자를

하나의 "칩" 안에 집적화한 전자부품을 말한다. (집적회로에는 트랜지스터, 콘덴서, 다이오드 등이 하나의 기판 위에 결합되어 있음)

- 집적회로는 "정보를 저장하기 위한 메모리 반도체"와 "정보를 처리하기 위한 비메모리 반도체" 로 나뉘며, 비메모리 반도체는

시스템 반도체라 부르기도 한다.

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* 메모리 반도체 : 정보를 저장하기 위한 반도체로 RAM과 ROM으로 나뉘는데, RAM은 정보를 기록하는 것은 물론 기록된 정보를

바꿀수 있는 반면, ROM은 기록된 정보를 읽을 수만 있고 기록하거나 바꿀수는 없음

· 대표적인 RAM에는 SRAM과 DRAM이 있으며, SRAM은 전원이 끊어지지 않는 한 기록된 정보를 유지하는 반면,

DRAM은 일정한 시간이 지나면 기록된 정보가 저절로 없어지는 특성이 있음

· 한편, 플래쉬 메모리(SSD등)는 전원이 끊긴 뒤에도 정보가 계속 남아있는 반도체로 RAM과 ROM의 중간 형태를 띄며,

AI반도체에 활용되는 HBM은 DRAM을 수직으로 쌓아 데이터 처리 속도를 끌어 올린 제품을 말함

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* 비메모리 반도체 : 정보를 처리하기 위한 반도체로 CPU, GPU, NPU, AP 등이 있음 (메모리 반도체외 모든 반도체)

· CPU : 데이터 연산 및 처리 반도체

· GPU : 고화질 그래픽 지원 반도체

· NPU : AI 학습 및 추론에 사용되는 반도체

· AP : 모바일 기기 중앙처리 장치에 사용되는 반도체

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<기업>

- 반도체 관련 기업은 반도체 공정에 따라 5개로 분류된다. (공정 : 설계 > 생산 > 패키징 > 판매)

① 종합반도체 기업 (IDM) : 설계부터 생산, 판매까지 모든 반도체 공정을 갖춘 기업 (삼성전자, SK하이닉스, 인텔, 마이크론 등)

② 팹리스 기업 : 반도체 설계만 전문으로 하는 기업 (AMD, 엔비디아, 퀄컴 등)

③ 칩리스 기업 : 팹리스처럼 반도체 설계를 전문으로 하지만 자사 브랜드를 갖지 않고 설계 라이센스만 판매 (ARM 등)

④ 파운드리 기업 : 반도체 생산만 전문으로 하는 기업으로 팹리스의 생산기지 역할 (TSMC, 삼성전자 등)

⑤ OSAT 기업 : 반도체 후공정 패키징과 테스트를 전문으로 하는 기업 (에이팩트, 엘비세미콘 등)

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우리나라 삼성전자와 SK하이닉스는 메모리 반도체인 DRAM에서 세계 최고의 시장점유율을 보이고 있으며,

작년(23년) 4분기 기준 1위 삼성전자가 45.5%, 2위 SK하이닉스가 31.8%의 실적을 시현하였다.

시스템반도체인 CPU의 시장점유율은 단연 인텔이 70%(22년)로 압도적이며, 2위 AMD는 20%의 시장점유율을 보이고 있다.

최근 미국 주식시장에서 핫한 엔비디아는 서버 GPU 시장에서 95% 이상의 점유율로 독주하고 있다.

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한편, 전세계 반도체 시장규모는 우리나라 1년 예산규모와 비슷한 약 6~700조 규모이며, 이중 비메모리가 70%, 메모리가 30%수준이다.

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우리나라 삼성전자와 SK하이닉스가 빠른 시간내에 메모리 뿐만 아니라 비메모리 분야에서도 최고 수준의 반도체 기업이 될 수 있길 희망해 본다.​

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컨텐츠 지원 : 한규하님