반도체의 종류/분류

1. 구성 원소에 따른 분류

1. 단일원소반도체: 4족의 단일 원소로 구성됨. (ex. 규소(Si)나 저마늄(Ge)만으로 구성)

- 가격 문제로 주로 Si를 사용하는데, Si 물성의 한계로 인해 더 높은 속도의 반도체를 만들기가 어려워짐. 발열이 있음

 

2. 화합물 반도체: 두 종류 이상의 원소로 구성됨. (ex. GaAs, GaP, GaAsP, SiC 등)

- III-V족: 3족과 15족 원소의 조합으로 이루어짐. GaAs, GaP, GaAsP 등이 있다.

- IV족: 4족 원소의 조합으로 이루어져있다. SiC가 대표적이다.

- 화합물반도체는 단일원소반도체에 비해 연산속도가 빠르고, 전자이동속도가 빨라 전력소비량이 적으면서 발열량 또한 적다. 다만, 가격이 높고 쉽게 깨질 수 있다는 단점이 있다.

 

- SiC 반도체의 경우, 고전압/고열에서 전력 소모량이 적어 전기차에 적합하며 부피 또한 줄일 수 있다. 현대차에서 관련 연구를 진행하고 있다.

- SK 실트론이 우리나라에서 화합물 반도체 웨이퍼를 만드는 대표적 기업이다. (화합물 반도체는 웨이퍼 생산에서도 더 고도의 기술이 필요)

 

 

2. 아날로그 / 디지털

1. 아날로그 반도체:   비메모리 반도체(저장능력이 없는 반도체)의 일종으로, 아날로그 신호(우리 주변의 빛, 소리, 압력 등)를 디지털 신호로 변환 혹은 그 반대로 변환해줌.

- ADC : Analog to Digital Converter. 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환. 예를 들면 우리 주변의 소리를 디지털 신호로 변환한 뒤 그 디지털 값을 우리의 휴대폰에 저장할 수 있다.

- DAC: 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환.

 

2. 디지털 반도체: 0, 1을 연산처리해서 시스템의 기능을 제어한다. (개인적으로 '우리 주변의 환경과 직접적으로 상호작용하지 않는'이라고 생각하면 편할 것 같다.)

- AP: 스마트폰의 중앙처리장치

- CPU: 컴퓨터의 중앙처리장치로 사용자의 명령을 연산/계산하여 내보낸다. 예를 들면 우리가 '0+1'을 계산하라는 명령을 내리면 이를 연산하여 결과를 내보낸다.

 

 

3. 범용 / 주문형

1. 범용 반도체: 다양한 기기에 공연히 사용되는 반도체. 초고성능이 필요한 분야에 사용되지는 않는다. 예를 들면, 밥솥의 연산제어장치는 밥솥에도 쓰일 수 있고, 다른 전자레인지 등의 전자제품에서도 동일하게 쓰일 수 있다.

 

2. 주문형 반도체: 특정분야에서만 사용되는 반도체이다.

- FPGA(Field Programmable Gate Array) : 프로그램을 짜서 칩에 넣어주면 칩의 기능이 그에 따라 변경된다. AI, 방산, 우주산업 등에 사용되어 최근 주목받는 반도체이다.

- ASIC(Application Specific Integrated Circuit) : 원하는 소자와 기능을 담아 만든 칩.  FPGA보다 싸지만 완성되면 수정이 어렵다. 범용 반도체는 일정 요건만 갖추면 어떤 전자제품에도 사용할 수 있지만, ASIC는 특정 제품을 위해 직접 주문해 만들어지는 반도체로 그 특정 제품에만 사용할 수 있다.

 

- ASSP (Applocation Specific Standard Product) : 특별용도반도체로 특정한 용도에 맞게 생산되는 ASIC를 표준화하였다고 생각하면 된다.

 

 

4. 비메모리 / 메모리

1. 비메모리 반도체 : 정보 저장기능이 없는 반도체로 연산 및 제어기능을 주로 수행한다.

- CPU, AP 등의 시스템 반도체(데이터를 해석, 계산, 처리함)나 개별소자 등이 포함된다.

- 주로 다품종 소량생산이며 설계 기술/인적자원 (소프트웨어적 측면)이 중요하다. 

 

 2. 메모리 반도체: 정보 저장기능이 있는 반도체이다.

- RAM : 휘발성 메모리 반도체이다. 전원이 끄면 날아가는 데이터를 저장하며, 정보를 수정할 수 있다. (예를 들면 우리가 워드를 작성할 때 전원이 켜져있는 동안에는 작성한 데이터가 그대로 남아있으며 그걸 수정할 수 있다. 하지만 전원이 끄면 그대로....bye... )

DRAM과 SRAM으로 나뉘며 SRAM이 DRAM보다 속도가 빠르지만 회로가 복잡하고 비싸다.

 

- ROM : 비휘발성 메모리 반도체로 정보 수정이 안된다.

NOR과 NAND FLASH로 나눌 수 있으며 NAND FLASH는 1개의 cell에 몇개의 데이터가 저장되느냐에따라 SLC(Single 1개), MLC(Multi 2개), QLC(Quad 4개) 등으로 나뉜다. 이 때, NAND FLASH는 스마트폰, AI, usb등에 사용된다.

 

- 메모리 반도체는 주로 소품종 대량생산이며 소프트웨어적 측면보다는 미세공정, 생산 설비 등의 하드웨어적 측면이 중요하다. 

- 메모리 반도체는 우리나라의 삼성전자와 SK 하이닉스가 세계적으로 큰 점유율을 차지하고 있다. (23년 1분기 기준 삼성전자+SK 하이닉스가 D램 부분에서 60% 이상을, 낸드 플래시 부분에서 약 49%를 차지했다.)

 

5. 시스템반도체

반도체를 나누는 기준에 속하는 건 아니지만 시스템 반도체에 대해서 조금 더 설명해보자면, 시스템 반도체는 비메모리 반도체에 속하며 데이터를 해석하고 계산, 처리하는 역할을 하는 반도체이다.

- CPU: 컴퓨터의 중앙연산장치이다. 대표적 기업으로는 Intel , ARM 등이 있다.

- GPU: 그래픽 처리장치

(*CPU와 GPU의 차이점은?

CPU는 적은 수의 코어를 하나의 일에 적용시키고 일을 빠르게 수행하는 데에 초점을 맞춘다. 반면에 GPU는 여러 코어가 하나의 일을 동시에 나누어 실행하며 더 높은 품질의 비주얼(그래픽)이나 게임 플레이를 실행할 수 있게 해준다. 전지의 직렬 연결과 병렬 연결이라고 생각하면 더 쉬울 것 같다. 최근 AI가 중요해지면서 GPU에 대한 관심도도 올라갔다. (노력이 많이 드는 일을 병렬적으로 처리할 수 있기 때문에) )

 

- AP : 휴대폰의 응용프로세서. CPU, GPU 등을 모두 포함하고있는 SoC의 일종이다.

(*SoC : System on Chip의 약자로 단일 칩이 여러 기능을 가지고 있어 완전 구동이 가능할 때 그 칩을 의미한다.)

퀄컴, 엔비디아, 애플이 대표적인 기업이다.

 

-모뎀: 인터넷 연결을 담당

- ISP: 이미지 처리 프로세서를 담당

 

- NPU: 신경망 처리장치로 인공지능 연산에 유리하다. 요즘 AI에 대한 관심이 높아지고 스마트폰이나 노트북 자체에 AI를 넣으려는 움직임이 보이면서 CPU, GPU와 함께 주목받고 있는 반도체이다.

 

- VPU: 고화질 콘텐츠 담당

- DSP: 디지털 신호처리 프로세서(영상이나 오디오의 신호를 처리함)