오늘은 비메모리반도체인 시스템반도체 (System Semiconductor), 메모리 반도체 에 관하여 살펴보겠습니다.
반도체는 메모리, 비메모리 모두 앞으로의 큰 시장은 5G와 IOT(Internet of Things=사물인터넷), 자율주행 자동차 등으로 큰 폭의 수요가 예상됩니다, 모두가 삼성전자, 하이닉스 주식에 괸심사인것 같습니다, 연일 신문, 뉴스를 도배하네요.
반도체 소자는 크게 비메모리와 메모리로 분류합니다.
Data를 저장하는 반도체를 메모리 반도체로 불리고, 그 외는 모두 비메모리 반도체입니다.
비메모리 반도체
메모리를 제외한 모든 반도체로서, 비메모리 반도체는 메모리에 비해 종류가 너무 다양합니다.
아래는 대표적인 비메모리반도체인 시스템 반도체 (System Semiconductor)입니다, 그 외에도 LED도 있습니다.
- CPU (Central Processing Unit)
- GPU (Graphics Processing Unit)
- AP (Application Processor) for Smartphone, TAB
- Telecom Modem for 3G, 4G, 5G
- Connectivity for blue tooth, Wi-Fi
- Display Drive Chip for Panel
- Power Management Chip
- CMOS Image Sensor for Digital Camera
메모리, 비메모리, 둘 다 가치 있겠지만, Market Value로 보면,
비메모리 시장은 고객이 원하는 맞춤형 서비스가 가능하기 때문에,
메모리 시장에 비해 시장규모는 2배 이상이고, 제품 Application도 훨씬 다양합니다.
또한, 비메모리는 엔지니어의 응용 기술력이 중요하고, 소량 다품종 개념과 비슷하기 때문에 소량생산에도 불구하고 이윤이 높습니다.
아래와 같이, 또 다른 비메모리 반도체인 FPGA, ASIC이 있습니다.
FPGA은 (Field Programmable Gate Arrays, 현장에서 프로그래밍이 가능한 반도체) ROM과 같이 Read/Write 할 수 있는, 고객이 현장에서 재프로그래밍이 가능한 반도체입니다.
ASIC은 (Application Specific Integrated Circuit, 주문형 반도체) DRAM과 같이 Read만 가능한 반도체입니다, 반도체 업체에서 특정용도에 맞춰 설계 후 출하되는 반도체이며, 변경할 수 없습니다.
여러분이 전자제품을 구매하면, 그 구성품은 간단히 아래와 같이 분류됩니다.
CPU, GPU, I/O, Memory, Power, 그 외는 저항, 콘덴서, 인덕터, 그리고 Connector류가 있을 것입니다, 그중에서 반도체 부분은 CPU, GPU, Memory, Power입니다.
결국 아래 회사들이 거대한 공룡으로 시장을 독점하겠다는 뜻으로 보이는 것으로 CPU가 FPGA를, GPU가 CPU를, Analog가 Power를 인수합병이 이뤄지고 있습니다.
2015-Intel (CPU IC, 미국), Altera (FPGA IC, 미국) 합병.
2015-Avago(싱가폴), Broadcom(미국) 합병, 사명은 Broadcom으로 변경함.
2015-NXP(차량용반도체, Automotive, 네들란드), Freescale(2004, Motorola로부터 분사, 미국) 합병.
2017-ADI(Analog Device Inc, Analog IC, 미국), LinearTechnology(Power & Analog IC) 합병
2020-ADI(Analog Device Inc, Analog IC, 미국), Maxim(Power & Analog IC) 합병
2020-Nvidia (Graphic IC, 미국), ARM (CPU Core Chip License, 영국) 합병.
2021-AMD (CPU IC, 미국), Xilinx(FPGA IC, 미국) 합병 내부 결정, 2021년 말 결정예정.
2019-Renesas(차량용반도체, Automotive, 일본), IDT(미국) 합병.
2021-Renesas(차량용반도체, Automotive, 일본), Dialog(영국) 합병 협상중-by 블룸버그통신, 20210207
CPU안에 GPU, I/O를, Analog는 Power를 포함하면,
즉 앞으로는 반도체가 크게 3그룹으로 CPU, Memory, Power만 남을 것 같습니다, 제 생각입니다.
메모리 반도체는 아래의 2종류로 분류합니다.
1. RAM (Random access memory)과 같은 휘발성 메모리로서, Data를 Read, Write를 하는 메모리이며, Data를 저장 후 전원이 없으면 Data를 상실하는 메모리입니다.
2. ROM (Read only memory)과 같은 비휘발성 메모리로서, Data를 Read만 하지만, ROM종류에 따라 Data를 Write도 하며, Data를 저장 후 전원이 없어도 Data를 유지하는 메모리입니다.
RAM은
아래와 같이 크게 2가지로 나눌 수 있습니다
1. DRAM (dynamic RAM)은 내부 Capacitor를 이용해서 데이터를 유지하는 구조입니다
A. SDRAM (synchronous DRAM)
B. DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), PC에서 많이 사용하는 RAM입니다.
여러분의 PC에 사용하는 DDR4도 이러한 DRAM 메모리입니다.
2. SRAM (static RAM)으로, Flip-Flop Circuit을 사용해 데이터를 유지하는 구조입니다.
ROM은
비휘발성 메모리로서 전원이 끊겨도 Data가 지워지지 않는다고 말씀드렸는데, 대표적으로, 여러분이 잘 아시는 PC를 Setup 할 때 System 구성 내용의 Data가 들어있는 곳이 ROM Bios입니다, 이것 역시 ROM입니다.
ROM도
아래와 같이 크게 2가지로 나눌 수 있습니다
1. Mask ROM은 완제품 제조회사에서 제품 출고 시 Data를 저장해 두는, 말 그대로 Data를 Masking 한 것입니다.
2. OTP(One time PROM)은 말 그대로 1회만 쓰기 가능한 ROM입니다.
A. EPROM(Erasable PROM)은Data를 Read/Write 할 수 있는 ROM입니다.
B. EPROM은 Data를 Erasing 방법에 따라, 아래 2가지로 분류됩니다.
i. EEPROM(Electrically Erasable PROM=전압으로 지움).
ii. UVEPROM(ultra-violet EPROM=자외선으로 지움).
또 다른 비휘발성 메모리로서 Read/Write가 가능한 Flash 메모리가 있습니다
구조에 따라서 NOR, NAND가 있는데, 요즘 흔히 말하는 NAND Flash가 이것입니다.
핸드폰을 예로 말씀드린다면, 핸드폰에 메모리가 많이 사용되는데, DRAM과 NAND Flash입니다.
DRAM은 6GB, 8GB, 12GB 정도를 사용합니다, 실제로 DRAM이 많아야, 앱을 동시에 많이 사용하더라도 스마트폰이 중간에 멈추지 않고 Multitasking 할 수 있습니다.
NAND Flash는 128GB, 256GB, 512GB라는 명칭으로 사용됩니다, 이것이 많으면, 사진, 동영상, 문서를 많이 저장할 수 있습니다.
DRAM은 스마트폰, PC, 그리고 Cloud와 같은 Server System의 메모리에 사용된답니다.
특히, 전 세계에 Cloud가 있는데, 계속 켜져 있어야 하므로 전력의 소모가 엄청나답니다, 뿐만 아니라, 전력비용이 저렴한 나라에 설치하기도 합니다.
NAND Flash는 SSD, 그리고, 잘 아시는 USB 메모리에 사용된답니다.
참고로,
반도체 회사는 팹리스(Fabless, 설계), 파운드리(Foundry, 생산), 이를 모두 다하는 IDM(Integrated Device Manufacturer, 종합 반도체 회사)으로 구분합니다.
팹리스 회사는 파운드리를 갖고 있지 않는 반도체 설계 회사이고, 즉, NVIDIA는 GPU를 설계하고 삼성 파운드리에서 GPU를 생산하는 것입니다.
파운드리 회사는 반도체를 제조, 생산하는 회사, 즉 외주생산 회사입니다, TSMC, UMC, SMIC, DB하이텍이 있습니다.
삼성전자는 내부에서 반도체 설계도 하고 삼성 파운드리를 갖고 있기 때문에 IDM이라고 합니다.
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