반도체에 대한 많은 것들이 공개되고, 언론에서도 반도체에 대한 많은 용어들이 사용되고 있어 반도체에 대해서는 아는 것처럼 느껴지기도 하지만, 사실 뚜껑을 열어보면 알 듯 말 듯 애매한 것들이 많다. 전문가들처럼 속 시원하게 설명을 하기란 쉽지 않다.
여기에서는 가장 일반적으로 사용되는 반도체의 구분법에 대해 알아보고자 한다.
반도체의 종류
반도체는 형태에 따라 디스크리트(Discrete)소자(혹은 개별소자)와, 집적회로(IC, Integrated Circuit) 등 두 가지로 분류할 수 있다.
이들 중에서 디스크리트 소자는 다이오드(Diode) 및 트랜지스터(Transistor) 등이 여기에 속하며, 이들은 온-오프(On-off) 같이 단순한 기능을 하는 제품을 말한다. 반면 집적회로(IC)는 수십억 개의 전자부품 및 디스크리트 소자들을 한 개의 칩 속에 집적한 형태를 말한다.디스크리트 소자가 중요하지 않다는 것은 아니지만 일반적으로 집적회로가 반도체에서 큰 비중을 차지하는 것은 사실이다.
집적회로(IC)을 다시 구분하자면 메모리 반도체와 시스템 반도체로 분류된다. 메모리 반도체에는 DRAM, SRAM, NAND Flash 등이 속하는데, 이들 중 SRAM은 캐시 기억장치 (Cache Memory: 캐시 기억 장치: 주기억 장치에 격납되어 있는 데이터의 일부를 일시 보관하는 고속 기억 장치) 등 고사양 기기의 일부 영역에 사용된다.
DRAM은 1개의 트랜지스터와 1개의 캐패시터로 이루어진 셀(Cell)의 반복적인 배열로 구성된다. 1개의 셀이 1bit의 데이터 저장이므로, 10억 개를 배열할 경우 1Gb(Giga bit = 109 bit)의 데이터 저장이 가능해진다.
반도체 공정은 셀에 들어가는 트랜지스터의 게이트(Gate) 선폭에 따라 25nm, 20nm, 18nm, 14nm 등으로 불린다. DRAM의 게이트 선폭이 20nm에서 18nm로 축소되면, 셀 사이즈가 감소하여 수많은 장점을 누릴 수 있다. 예를 들면 제품의 원가 절감과 더불어 데이터 처리 속도 향상, 전력 소모 감소 등이 모두 가능해지는 것.
따라서 DRAM은 단위 셀의 크기를 작게 만드는 미세 공정 기술이 핵심이다. NAND Flash의 기술 경쟁력도 이와 비슷한 원리에 의해 좌우된다.
흔히 비메모리 반도체라고 불리는 시스템 IC(비메모리)에는 PMIC(Power Management IC), CIS(CMOS Image Sensor), CPU, GPU, FPGA, DDI 등이 속하게 된다.
비메모리 반도체의 경쟁력은 최소한의 소자를 이용해서 세트업체가 요구하는 스펙을 충족하도록 칩을 설계하는 능력이 핵심이다. 동일한 성능을 가진 제품이라도 엔지니어의 설계능력에 따라 완전히 다른 설계로 구성될 수 있기 때문이다.
