메모리 반도체와 비메모리 반도체를 간단히 살펴보자

 

 

 반도체 산업은 용도에 따라 메모리 반도체와 비메모리(시스템) 반도체로 구분할 수 있다. 한마디로 메모리 반도체는 저장 용도고, 비메모리는 연산과 처리 용도라고 보면 된다.

 

 세계 반도체 시장에서 차지하는 비중은 메모리 반도체가 20%, 비메모리(시스템) 반도체가 80%인데, 앞으로 비메모리 반도체의 중요성은 더 커질 것으로 보인다.

 

 이건 어찌보면 당연한 흐름이다. AI(인공지능) 기술을 끝없이 연구하고 있고, 이를 이용한 사물인터넷(Internet of Things)이 정말 많아졌다. 오케이 구글, 카카오, 빅스비, 시리, LG 등. 스피커부터 TV, 냉장고까지 다양한 가전에 이용되고 있다. 

 

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▲ 인공지능은 처음부터 똑똑한 게 아니라 많은 데이터를 집어넣어 줌으로써 학습시키는 것이다. 예전에도 AI에 대한 이론은 있었지만 이를 실현할 수 없던 것은 방대한 데이터 관리와 동시에 분류된 데이터를 집어넣는 기술이 없었기 때문이다. 

 

▲ 이때 데이터를 집어넣어서 연산하고 처리하며 학습하는 것은 비메모리가 해야 할 역할이다.좀 더 많은 데이터를 넣을수록 비메모리 반도체의 성능이 좋아야 이를 빨리 처리할 수 있다.

 

▲ 자동차는 이제 단순히 탈 것을 넘어 걸어다니는 핸드폰이라고 해도 무방할 정도로 많은 반도체와 센서를 가지고 있다. 자율주행에 역할 역시 본 데이터를 연산 처리해야 하므로 비메모리 반도체 중요성을 커질 것이다.

 

 

 메모리 반도체의 종류인 D램과 낸드플래시에서 우리나라 반도체 회사인 삼성전자와 SK하이닉스가 세계 시장 점유율의 절반을 넘게 차지하고 있으며, 비메모리(시스템) 반도체는 CPU를 만드는 인텔, 퀄컴, ARM 등이 있다.

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 메모리 반도체는 우리가 사용하는 많은 기기에서 볼 수 있는 DRAM, SRAM, VRAM, ROM, Flash memory 등이 있다. 컴퓨터는 물론이고 스마트폰, 게임기 등에서 다양하게 활용 중이다.

 

 

 

 

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 1. 메모리 반도체의 대표인 DRAM과 낸드플래시의 간단한 차이를 보면

 

> 메모리 반도체의 대표적인 두 개는 DRAM과 낸드플래시가 있다. 둘 다 저장장치임은 맞지만 미묘한 차이가 있다.

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▲ 메모리 반도체는 창고에서 데이터를 받을지 말지를 결정하는 문의 여닫이 역할. 즉 스위칭 기능이 있는데, 스위칭 기능은 디램이 훨씬 빠르지만, 데이터를 저장하는 능력은 낸드플래시가 더 뛰어나다. 디램은 진짜 잠깐이지만, 낸드플래시는 1~10년 그 이상까지도 저장할 수 있다.

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▲ 즉, 디램은 휘발성, 낸드플래시는 비휘발성이다. 이를 위해 낸드플래시는 게이트가 2개다. 이를 플로팅 게이트라고 하는데, 전자들이 쉽게 탈출할 수 없는 절연막을 만든다. 절연층으로 인해 저장능력은 뛰어나지만, 커패시터 성분이 생겨 전자가 이동하는 동작 속도는 느려지는 셈이다. 낸드플래시를 저장매체로 사용하는 게 SSD다. 

 

 

 낸드플래시의 원리를 간단히 살펴보면

 

source : SKhynix

Floating Gate : 절연층을 형성해 전하가 외부로 나갈 수 없는 저장소 역할

 

▲ Gate에 고전압을 가한다. >> 터널링 현상으로 플로팅 게이트로 이동한다. >> 플로팅게이트에선 외부로 나갈 수 없어 전하가 저장된다라고 보면 된다.

 

▲ 최근 코로나19에도 불구하고 메모리 반도체 업체가 실적을 낼 수 있던 것은 비대면 업무로 처리해야 할 일이 많아지자 이를 버티고자 서버 유지 및 확충을 위해 메모리 반도체 주문이 많았기 때문이다.

 

 

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 2. 비메모리(시스템) 반도체

 

▲ 전자제품의 두뇌역할을 하는 칩으로 많이 사용된다. 일반 컴퓨터에 쓰이는 CPU, 마이크로 컴퓨터에 사용되는 MPU(Micro Processing Unit), MCU(Micro Controller Unit), 로직 IC(Integrated Circuit),

 

▲ 스마트폰에 사용되는 AP(Application Processor), 디지털카메라(DSLR)와 스마트폰 카메라에 많이 쓰이는 CMOS 이미지센서가 있다.