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비메모리 반도체

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메모리 반도체와 비메모리 반도체 차이점

비메모리 반도체(Non-Memory Semiconductor)는 정보를 저장하는 용도로 사용되는 메모리 반도체(D램, 낸드플래스 등)와 달리 정보를 처리하기 위해 제작된 반도체이다. "시스템 반도체"라고 불리기도 한다.

주로 연산, 추론 등 정보 처리 목적으로 쓰인다. 컴퓨터의 두뇌로 불리는 중앙처리장치(CPU), 스마트폰에서 CPU 역할을 하는 애플리케이션프로세서(AP), 자동차에 들어가 다양한 기능을 조정하는 차량용 반도체, 전력용 반도체, 이미지센서, AI반도체 등이 대표적이다.

해외에선 비메모리 반도체란 말을 쓰지 않는다. 한국과 달리 반도체를 메모리 반도체, 시스템 반도체, 광개별소자 등 세 가지로 나눈다. 한국식 용어인 비메모리 반도체를 시스템 반도체와 광개별소자로 세분화하는 것이다. 시스템 반도체는 비메모리 반도체 가운데 컴퓨터, 통신기기, 가전기기 '시스템'의 핵심 기능을 수행하는 반도체를 뜻한다. 광개별소자로는 센서가 대표적이다.

개요

비메모리 반도체는 데이터를 저장하는 역할을 하지 않고, 그 대신 데이터를 처리하거나 기기 제어와 같은 특정 기능을 수행하는 반도체이다. 메모리 반도체와 대비되는 개념으로, 일반적으로 CPU(중앙처리장치), GPU(그래픽처리장치), 센서, 통신 칩 등 다양한 종류가 포함된다.

정보처리를 목적으로 제작된 반도체로, 컴퓨터 중앙처리장치(CPU)처럼 특수한 기능을 하기 때문에 고도의 회로설계 기술을 필요로 한다. 메모리반도체의 경우 기능이 단순한 반면 수요가 많아 대규모 투자를 바탕으로 대량 생산방식이 가능하지만, 비메모리반도체는 소량 다품종의 고부가가치형 생산 체제로 공급된다. 특히 메모리반도체보다 적은 투자로 더 많은 수익을 거둘 수 있기 때문에 일본ㆍ미국 업체들이 적극 나서고 있다. D램], S램, V램, 롬 등이 메모리에 속하며, 중앙처리장치(CPU), 멀티미디어 반도체, 주문형반도체(ASIC), 복합형반도체(MDL), 파워반도체, 개별소자, 마이크로프로세서 등 메모리 이외의 모든 반도체를 비메모리라고 부른다.

비메모리 반도체는 종류가 매우 다양하며, 제품별로 기술집약적인 요소가 매우 강하기 때문에 소량 생산에도 불구하고 많은 이윤을 남길 수 있는 특징을 갖고 있다. 예컨대 휴대전화의 CDMA칩이나 PC에 들어가는 CPU칩처럼 컴퓨터, 가전기기, 통신용 기기 등에 필수적으로 내장된다. 세계 반도체시장에서 비메모리 분야가 차지하는 비중은 70% 이상이며 세계적으로는 2만 종류 이상이다. 그러나 최근 메모리와 비메모리를 결합시킨 복합반도체의 등장으로 이러한 물리적인 구분은 점차 의미를 잃어가고 있기도 하다.

비메모리 반도체의 주요 유형

마이크로컴포넌트Microcomponents

비메모리 반도체는 범용성에 따라 범용 반도체와 주문형 반도체(Application Specific IC : ASIC), 특정 용도에 맞춰 설계된 반도체(Application Specific Standard Product : ASSP)로 나누어진다.

마이크로컴포넌트는 범용으로 사용되는 프로세서로, 두뇌와 같이 컴퓨터를 제어하기 위한 핵심부품이다. 마이크로컴포넌트에는 MPU, MCU,DSP가 있다.

MPU(Micro Processor Unit)

CPU(중앙처리장치)의 기능을 하나의 집적회로IC에 통합한 것.

컴퓨터의 주 기능인 기억,해석,연산,제어를 담당한다.

CPU와 동어로 사용되기도 한다. MPU 중 그래픽 관련 연산에 사용되는 것이 GPU이다.

MCU(Micro Controller Unit)

MCU는 코어 이외에 메모리와 간단한 OS가 같이 내장되어 독립적인 동작이 가능한 프로세서이다. PC의 MPU는 외부 메모리와 같은 주변 부품이 없으면 스스로 동작할 수 없지만 MCU는 가능하기 때문에 주로 가전제품, 자동차 등에 사용된다.

DSP(Digital Signal Processor)

주 프로세서를 대신하여 복잡한 연산을 처리하는 데 특화된 프로세서. 아날로그IC로 인해 디지털화된 신호를 가공해주는 역할도 한다.

아날로그 IC

빛과 소리, 압력 등의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 반도체이다. PMIC와 터치 컨트롤러, 이미지센서 등이 있다.

PMIC(Power Management IC)

모바일 등 배터리로 구동하는 제품 안에서 최소 전력으로 최대의 시간 동안 사용할 수 있게 관리하는 역할을 한다.

Touch Controller

터치 스크린을 만질 때의 압력을 감지 후 전기적 신호로 변환하여 처리하는 반도체.

로직 IC

논리회로(AND, OR, NOT 등)로 구성되며, 제품 특정 부분을 제어하는 반도체이다. 대표적으로 AP, DDI 등이 있다.

AP(Application Processor)

모바일에 주로 들어가는 AP는 스마트폰의 두뇌로, 컴퓨터의 CPU와 비슷하지만 하나의 칩에 그래픽, 카메라, 통신 기능 등 다양한 기능이 담겨있다. 하나의 칩에 통합시킨 이유는 전력 소모를 줄이고 배터리 공간을 확보하기 위해서이다.

DDI(Display Driver IC)

디스플레이 구동칩. 티비나 휴대폰 패널의 한 화소에는 빛의 삼원색RGB를 구현하는 부화소가 있다. 이 부화소 안에 트랜지스터가 설계되어 있는데 DDI는 이 트랜지스터를 조작하는 장치이다. 간단히 CPU에서 신호를 주면 DDI에서 이를 RGB의 아날로그 값으로 바꾸어 패널에 전달한다.

광학 반도체

빛을 전기신호로 변환해주거나, 전기신호를 빛으로 변환해주는 반도체이다. 이미지센서, LED 등이 있다.

Image Sensor

카메라에서 피사체 정보를 읽어 전기 영상신호로 변환해주는 장치.

응용방식과 제조 공정에 따라 CCD와 CMOS로 나뉜다.

ⓐCCD 이미지센서 : 전자형태의 신호를 직접 전송하는 방식. 아날로그 제조 공정.
ⓑCMOS : CMOS는 신호를 전압 형태로 변환해 전송하는 방식. 가격 경쟁력이 있고, 전력 소비량이 적음.

CCD 대비 노이즈가 많았으나 점차 개선되고 있고 동영상 지원 기능 면에서도 우위를 가지며 주목받고 있음.

LED (Light Emitting Diode)

빛을 방출하는 반도체인 발광다이오드의 약자. 갈륨(Ga), 인,(P), As(비소)를 재료로 하여 만들어졌으며, 특정 재료를 통해 RGB(적색, 녹색, 청색)을 넣어주면, 수많은 색이 표현 가능하다.

비메모리 반도체의 주요 역할

비메모리 반도체는 다양한 전자 기기에서 핵심적인 역할을 한다. 그 주요 역할은 다음과 같다:

  • 데이터 처리: CPU, GPU, DSP 등의 비메모리 반도체는 데이터를 처리하고, 복잡한 연산을 수행한다. 이는 컴퓨터, 스마트폰, 게임기 등 다양한 디지털 기기의 성능을 좌우한다.
  • 신호 처리: DSP는 다양한 디지털 신호를 실시간으로 처리한다. 이는 통신 기기, 오디오 기기, 영상 처리 기기 등의 성능을 향상하는 데 중요한 역할을 한다.
  • 전력 관리: 전력 반도체는 전력을 변환하고 제어한다. 이는 전기차, 태양광 발전, 산업용 기기 등의 에너지 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 한다.
  • 제어 및 인터페이스: MCU는 임베디드 시스템에서 주로 사용되며, 기기의 제어와 인터페이스 역할을 수행한다. 이는 가전제품, 자동차, 산업용 기기 등에서 중요한 역할을 한다.

응용 분야

비메모리 반도체는 다양한 전자 기기와 시스템에서 중요한 역할을 하며, 그 응용 범위는 매우 광범위합니다.

컴퓨터 및 서버

CPU, GPU는 컴퓨터의 중앙 연산 장치로서, 데이터 처리, 그래픽 연산, 병렬 처리를 수행한다. 고성능 컴퓨팅과 데이터 센터에서는 이러한 비메모리 반도체가 필수적이다.

스마트폰 및 모바일 기기

스마트폰은 애플리케이션 프로세서(AP), 통신 칩, 센서 등 다양한 비메모리 반도체로 구성된다. 이 반도체들은 스마트폰의 빠른 데이터 처리, 그래픽, 통신, 센서 작동을 가능하게 한다.

자동차 전자 시스템

자율주행차, 전기차와 같은 첨단 자동차에서는 비메모리 반도체가 핵심적인 역할을 한다. 센서, 마이크로컨트롤러, 전력 반도체는 자동차의 주행 보조, 배터리 관리, 엔진 제어 등을 처리한다.

산업 자동화

로봇 공학, 기계 제어, 공정 자동화 시스템 등에서도 비메모리 반도체는 필수적이다. 마이크로컨트롤러와 전력 반도체는 복잡한 산업 프로세스를 자동으로 제어하고 에너지를 효율적으로 관리하는 데 사용된다.

사물인터넷 (IoT)

IoT 기기에서는 저전력 마이크로컨트롤러와 센서가 핵심 역할을 한다. 이 장치들은 데이터를 수집하고 처리하여, 스마트 홈, 헬스케어, 스마트 시티와 같은 응용 분야에서 중요한 역할을 수행한다.

비메모리 반도체 산업 동향

비메모리 반도체 산업은 빠르게 성장하고 있다. 주요 동향은 다음과 같다:

  • 인공지능 및 머신러닝: 인공지능과 머신러닝 기술의 발전은 비메모리 반도체의 수요를 크게 증가시키고 있다. GPU, TPU(Tensor Processing Unit) 등 인공지능 연산에 특화된 비메모리 반도체가 주목받고 있다.
  • 5G 및 통신 기술: 5G 통신 기술의 도입은 비메모리 반도체의 수요를 증가시키고 있다. 5G 기지국, 스마트폰 등에서 고속 데이터 처리와 신호 처리를 위해 비메모리 반도체가 필수적으로 사용된다.
  • 자동차 전장: 자율주행차, 전기차 등의 발전은 비메모리 반도체의 수요를 증가시키고 있다. 자동차 전장 시스템에서 데이터 처리, 신호 처리, 전력 관리 등을 위해 비메모리 반도체가 사용된다.
  • IoT 및 스마트 기기: 사물인터넷(IoT)과 스마트 기기의 보급은 비메모리 반도체의 수요를 증가시키고 있다. 다양한 센서, 제어 장치, 통신 모듈 등에 비메모리 반도체가 사용된다.

참고자료

같이 보기


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