우리나라 반도체 매출 순위 1위, 그리고 비메모리와 메모리의 차이점 2탄 system ic 그리고 fabless와 foundry란?

안녕하세요. 공돌이 입니다.

비메모리 반도체 system IC에 대해서 설명해 보고자 합니다. 컴퓨터는 정말 단순하게 이야기해서 0과 1로 계산을 하고 있습니다. 즉 우리 눈에 마우스, 글자, 키보드, 게임 등 엄청나게 많은 정보들을 실시간으로 보여주기 위해서는 엄청난 연산 처리 속도가 요구됩니다. 예를 들어 ㄱ 기역이라는 단어를 키보드에서 입력했을 때 컴퓨터는 자신만의 언어로 ㄱ이 눌렸음을 감지하고 이를 화면에 한글로 표시할 것인지 영어로 표기할 것인지 아니면 2진법으로 표기할 것인지 많은 내용을 검토하고 최종적인 결과를 사용자에게 보여주게 됩니다. 벌써부터 머리가 아파옵니다. 이러한 일련의 작업을 CPU에서 진행하고 있습니다.따라서 CPU의 성능은 곳 컴퓨터의 속도라고 생각하면 됩니다. 이 장치 CPU는 data를 저장할 필요가 없습니다. 열심히 계산을 해서 결과를 사용자에게 보여주기만 하면 되기 때문입니다. 저장은 다른 장치들이 해 주기 때문입니다. 즉 메모리 반도체와 달리 비메모리 반도체는 기억을 위한 장치가 없습니다. 이 차이가 반도체 제조 공정에 차이를 만들게 됩니다.

 

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여기서 잠깐 짜투리 지식을 공유해 보면, 옛날에 우주선을 쏘아 올릴 때 사용된 컴퓨터가 지금의 휴대폰 성능보다 못하다는 것 알고 계셨나요? 지금의 휴대폰 성능은 예전 우주선을 만들 수 있을 정도의 연산 처리 속도라고 합니다.

 

CPU는 이처럼 고속 동작이 항상 요구되고 있습니다. 따라서 엄청난 고열을 내뿜고 있기 때문에 공랭식, 수냉식 등 다양한 방법으로 온도를 낮춰줘야 합니다. 기술의 발전에 따라서 3D 그래픽이 활용된 게임과 그래픽 관련된 산업이 크게 발전하고 있습니다. 이러한 그래픽 연산까지 CPU가 처리해 내기 매우 어려운 시대가 되어 이제는 그래픽카드에 GPU라고 불리는 graphics processing unit이 NVIDIA나 ATI에서 제공을 하고 있습니다. 물론 기술의 발전으로 CPU가 어느 정도의 그래픽 처리는 가능하게 되었지만, 고성능 3D 게임의 경우에는 GPU의 성능이 매우 중요하게 됩니다. 따라서 고성능 GPU가 달린 그래픽 카드를 사용하면 고성능 게임의 동작이 빠르게 되는 것을 체감할 수 있습니다.

 

연산 처리 속도가 우선시 되는 CPU이기 때문에 메모리와 비메모리는 발전 방향이 달랐습니다. CPU는 누구보다 더 빠르게 만들 필요가 있었고, DRAM은 누구보다 도 더 많은 data를 저장하고 길게 간직하는 것이 목표이었습니다.그렇기 때문에 사용되는 기술과 바라보는 관점이 다릅니다. CPU의 경우 빠르게 가 가장 우선시되었고 거의 독점적인 판매이다 보니 조금 비싸더라도 더 빠른 속도를 강조했을 것으로 판단할 수 있습니다. 인텔에서 발표하는 다양한 구조의 MOSFET은 mobility를 증가시키는 기술이고, 우리가 흔히 교과서에서 못 보는 구조들이 등장합니다. 이러한 구조를 만드는 것은 매우 비싼 기술들이 들어가기 때문에 비싼 장비들이 필요하게 됩니다. 반면 DRAM은 data를 저장을 해야 합니다. DRAM의 기본 구조는 한 개의 MOSFET과 한 개의 capacitor로 이루어져 있습니다. Capacitor의 특성상 시간이 지나면 data를 잃어버리기 때문에 이 data를 잃지 않도록 기술 개발이 되어야 합니다. 그리고 많은 data를 DRAM 실물의 크기 변화 없이 저장하려면 반도체의 size를 극한으로 줄이는 기술 개발이 필요합니다.또한 DRAM도 data를 선택하여 전달하는 처리 회로들도 포함이 되기 때문에 MOSFET의 동작 속도 측면에서도 개발이 함께 이루어지고 있습니다. 정리해 보면 SYSTEM IC는 속도 경쟁력에서 발전을, DRAM은 size를 줄이면서 더 많은 data를 오랜 시간 저장할 수 있는 기술 경쟁력에서 발전을 하고 있다고 할 수 있습니다.

 

반도체 산업은, 만들기 위해서는 수많은 장비와 시설, 그리고 환경 문제까지 검토가 되어야 하는 매우 어려운 산업입니다. 특히 장비 가격은 거의 전투기 한 대 이상으로 비싼 경우도 있고, 제작 과정에 사용되는 다양한 화학물질 때문에 환경에 대한 검토도 매우 까다롭게 진행이 되고 있습니다. 따라서 이러한 공장 자체를 소유하고 운영하는 것이 쉬운 일이 아닙니다. 그렇다 보니 초기 사업 출발자가 쉽게 따라오기 어려운 산업 중 하나입니다. 하지만, CPU나 통신 칩처럼 연산 처리를 위해서는 반도체를 잘 만드는 것도 중요하지만 얼마나 잘 설계를 할 수 있는 것인가도 중요합니다. 반도체 업계에서는 제작 가능한 공장은 없지만 설계는 할 수 있는 능력 갖춘 회사를 fabless 팹리스 라고 부르고 있습니다. 대중적으로 잘 알려진 팹리스 기업은 apple 애플입니다. 애플사 안에서 회로를 설계하고, 삼성전자나 TSMC와 같은 회사에 제작을 의뢰하게 됩니다. 반도체 업계에서는 fabless의 반대말로 foundry 파운드리 라고 부르고 있습니다. Foundry는 설계는 하지 않고 오로지 반도체 제작을 의뢰받아 제공하는 회사입니다. Intel과 삼성이 SYSTEM IC 설계와 제작을 모두 하고 있는 회사입니다. 이처럼 반도체 업계는 매우 높은 첨단 기술력을 가지고 발전하고 있습니다. 따라서 어느 특정 분야에 대해 최고가 되는 것도 중요하고, 또 종합적으로 다 잘하는 것도 매우 중요해지고 있습니다.

 

두 포스팅에 걸쳐 비메모리 반도체와 메모리 반도체에 대해서 알아보았습니다. 각 단락에서 언급이 되었던 기술들에 대해서 관심이 가는 분도 계실 것이라 생각됩니다. 각각의 기술에 대해서도 다음 포스팅에 소개해 보도록 하겠습니다. 그리고 기회가 된다면 한일 무역 갈등에서 발생했던 반도체 업계에 있었던 이슈에 대해서도 이야기해보도록 하겠습니다.

 

감사합니다.