[산업 분석 - 반도체] 1. 반도체 기본

이번 포스팅에서는 반도체에 대한 전반적인 내용을 공부하고 정리했다.

1. 반도체란 무엇인가?

반도체에 대해서 말하기 전에 도체와 부도체를 먼저 알아보자.

도체는 전기가 잘 흐르는 물체이다(은, 구리 등).

부도체는 전기가 잘 흐르지 않는 물체를 말하며(유리, 도자기, 고무 등), 절연체라고도 한다.

반도체는 도체와 부도체의 중간 성질로써 조건에 따라서 전기가 잘 흐르거나 흐르지 않게 되는 물체를 말한다. 앞에서 말하는 조건은 특정 물질의 농도를 말한다. 즉, 반도체는 원래는 절연체이지만 특정 물질 주입(도핑 : Dopping)하고 그 농도를 높게하여 절연체를 도체로 바꿔 전류가 흐르게 된다는 것이다.

2. 반도체의 종류

반도체는 기억, 저장 역할을 하는 메모리 반도체와 연산, 제어, 처리를 담당하는 시스템 반도체(비메모리 반도체)가 있다. 메모리 반도체는 다시 D램과 낸드 플래시로 나뉜다.

D램은 휘발성을 갖고 있다. 이 말은 장치의 전원이 꺼지면 D램이 기억하고 있는 정보는 모두 지워진다는 뜻이다. D램은 휘발성을 갖는 대신 원하는 정보를 빠르게 찾아주는 장점이 있다.

낸드 플래시는 비휘발성이다. 이 뜻은 직접 지우지 않는한 전원이 꺼진다고 하더라도 영구히 보존된다는 뜻이다. 낸드 플래시는 비휘발성이라는 장점이 있는 대신 원하는 정보를 찾는데 시간이 오래 걸린다.

이번엔 시스템 반도체의 종류에 대해서 알아보자.

CPU(Central Processing Unit) : 컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램에 필요한 연산을 수행하고 처리하는 역할을 하는 장치이다.

MCU(Micro Controller Unit) : 기기 등의 조작이나 특정 시스템을 제어하는 역할을 수행하는 집적회로. 가전제품에 많이 들어간다고 한다.

MODEM(Modulator-Demodulator) : 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

GPU(Graphic Processing Unit) : 그래픽 픽셀의 색상과 해상도를 빠르게 계산하여 화면을 전환하기 위한 장치

DDI(Display Driver IC) : TV, 모바일, 태블릿 등 화면을 통해 보이는 영상의 화소들을 구동하는 반도체

CIS(CMOS Image Sensor) : 카메라 렌즈로 들어온 빛을 디지털 신호로 변환하는 반도체

AP(Application Processor) : 스마트 폰 내 모든 명령을 처리하는 장치. 컴퓨터로 치면 CPU

반도체 종류별 점유율을 알아보자. 아래 표는 주요 반도체 제조사의 D램과 낸드 플래시 매출액 점유율과 을 나타낸 것이다.

반도체 업체는 제조 및 설계 가능성 여부에 따라 3종류로 나뉜다. 설계부터 제조를 동시에 하는 IDM(Integrated Device Manufacturer)이 있고 설계만 하는 팹리스(Fabless) 그리고 제조만 하는 파운드리(Foundry)가 있다.

시스템 반도체는 팹리스(설계)와 파운드리(제조)를 통해 만들어 진다. 팹리스는 시스템 반도체를 설계하는 것이며 파운드리는 설계도를 받아 제조하는 것을 말한다. 아래표는 시스템 반도체 파운드리 점유율을 나타낸 것이다.

3. 반도체 공정

반도체는 실리콘 재질의 원판인 웨이퍼 위에 회로를 그려서 만들어진다. 아래 그림은 반도체 공정을 나타낸 것이다. 이에 대한 내용은 다음 포스팅에서 다뤄보려고 한다.

4. 반도체 시장 전망

옴디아에 따르면 2023년 글로벌 반도체 시장은 전년 대비 10.5% 줄어든 5,290억 달러로 2019년 이후 4년 만에 역성장을 기록할 것으로 추정됐다. 하지만 향후 4년간(2024년~2027년) 점진적 회복세를 보일 정망이다. 2024년에는 5,921억 달러, 2025년 6,733억 달러, 2026년 7,289억 달러, 2027년 7,454억 달러로 연평균 8.8% 성장이 예상된다. 특히 메모리 반도체 시장은 이 기간에 연평균 19.8% 성장할 것이라고 옴디아는 예상했다. 시스템반도체와 광·개별소자는 각각 6.4%, 5.8% 수준 성장이 예상된다.

이미지 출처 : 전자부품 전문 미디어 디일렉(http://www.thelec.kr)

2023년 기준으로 시장 점유율을 보면 메모리 반도체는 17.3%, 시스템 반도체는 65.8%로 시스템 반도체가 메모리 반도체보다 4배 정도 높은 점유율을 보이고 있다. 즉, 반도체의 성공은 시스템 반도체 성공에 달려있다. 시스템 반도체가 시장에서 가장 높은 점유율을 계속해서 유지할 것으로 전망되지만 메모리 반도체 점유율이 높아질 것이라는 전망도 눈여겨봐야할 것이다.