코로나, 미중무역 분쟁 등으로 인해 지금 미국, 중국, 우럽 등 전 세계는 지역 내 반도체 제조 산업을 키우기 위해 각기 새로운 전략을 들고 막대한 투자를 진행하고 있다. 오늘날 반도체는 우리가 아는 거의 모든 산업 분야에서 필수적인 제품으로 인식돼 '산업의 쌀'로 불리고 있다.
반도체는 기억.연산.증폭.명령 등의 기능을 통해 컴퓨터, 통신 등을 비롯한 모든 전자제품에서부터 전자악기 자동화기계자동차 비행기 미사일 등에 이르기까지 거의 모든 문명의 이기들에 핵심부품으로 쓰이고 있다.
특히 비메모리 분야는 더욱 그렇다. 우리가 늘 쓰는 스마트폰에도 비메모리반도체(시스템 반도체)가 메로리반도체에 비해 훨씬 많이 들어간다. 애플의 아이폰 시리즈 같은 경우 제품 하나당 반도체가 21개 들어가 있는데 18개가 시스템반도체, 3개가 메모리반도체일 정도다.
메모리, 비메모리반도체란?
반도체는 어떤 특별한 조건 하에서만 전기가 통하는 물질로, 필요에 따라 전류를 조절하는데 사용된다. 반도체는 크게 개별소자, 집적회로(IC), 광반도체 등으로 분류된다.
개별 소자는 단일 기능의 반도체로 다이오드, 트랜지스터 등이 있다.
IC는 수십에서 수억의 개별 소자들을 단일 칩에 집적한 반도체이다. IC는 메모리반도체와 비메모리반도체 일명 시스템반도체로 나뉜다.
메모리반도체는 데이터를 저장하며, 시스템반도체는 데이터를 연산하고 제어하는 기능이 있다.
시스템반도체는 정식 용어는 아니나, 산업부가 2019년 '시스템반도체 비전과 전략'을 발표하며 대중적으로 통용되기 시작했다. 시스템반도체는 정보처리 역할을 수행하는 반도체로 8,000여 종의 다양한 제품으로 구성된다.
중앙처리장치(CPU), 애플리케이션프로세서(AP) 등 다품종 맞춤형 산업으로 우수 설계인력. 기술이 핵심이다. 시스템반도체 산업은 세계 반도체 시장의 50~60%를 차지한다.
메모리반도체보다 약 1.5배 큰 시장 규모를 가지고 있으면서도 경기변동의 영향을 적게 받는 산업분야이다.
시스템반도체 시장은 미국의 인텔(Intel), 퀄컴(Qualcomm) 등 글로벌 상위 10개 기업이 시장의 60% 이상을 차지하고 있다. 또한 삼성이나 인텔같은 종합반도체기업(IDM)에서도 생산하고 있지만 대부분은 설계(팹리스, Fabless)와 생산(파운드리, Foundry)이 분업화된 산업구조를 가지고 있다.
팹리스(설계)는 퀄컴처럼 반도체 생산시설(팹, Fab, fabrication)없이 설계.개발을 수행하는 회사를 말한다. 파운드리(생산)는 TSMC(대만, 파운드리 세계 시장 점유율 1위 기업)처럼 팹리스가 설계한 반도체를 위탁생산하는 회사이다. 메모리반도체의 경우 대부분 종합반도체기업(IDM)이 설계부터 제조까지 전 과정을 수행한다.
시스템반도체 분야의 기술개발과 시장 확대는 국가의 미래 경쟁력을 위해서도 필수적 요소이다. 반도체 산업 분야는 기술 발전 등으로 인해 여러 가지 변화가 예상된다.
첫째, 반도체 제조공정의 미세화에 따른 집적도 향상이다. 이는 곧 반도체 제품의 대용량화, 다기능화와 연결될 수 있다.
둘째, 저전력 소비에 대한 수요 증가이다. 반도체의 집적도 증가와 다기능 구현으로 인해 소비 전력이 증가하고 있다.웨어러블 디바이스 등 한정적인 배터리 전원으로 구동하는 제품은 핵심 부품의 소비 전력은 충전 후 최대 사용시간에 직접적 영향을 미치게 된다.
셋쩨, 연결성에 대한 수요 증가이다. 기조느이 스마트 제품과 더불어 IOT/ 웨어러블 제품도 상호 연결성에 대한 수요와 서비스가 증가하고 있다. Wi-Fi를 포함해 BLE, 5G등에 대한 연결성이 중요한 네트워크 기술이 필요하다.
넷째, 빅데이터, 인공지능, AR/VR 등의 애플리케이션의 등장으로 반도체 제품의 고성능화에 대한 수요가 급증하고 있다.
시스템반도체 설계가 필요한 분야
1.자동차, 바이오, 사물인터넷(IoT)가전, 에너지, 첨단로봇·기계 등 5대 전략분야
2. 공공수요 발굴과 시장 창출
● 에너지: 지능형 검침 인프라(AMI) 등에 활용 가능한 시스템반도체 기술개발과 보급
● 안전-CCTV: 재난 감시, 범죄 예방 등을 위한 영상, 음성, 환경정보 등이 융합된 지능형 CCTV용 시스템반도체 기술 개발과 보급 추진
● 안전-전자발찌: ‘5G 기반 전자감독 시스템’ 구축으로 강력 범죄 피해 예방
● 국방: 민·군 공동활용이 가능한 통신시스템 등의 소자 개발시, 팹리스 참여 유도
● 교통 인프라: 스마트 하이웨이, 자율주행 도로 인프라 등 교통 인프라 구축 시 팹리스가 참여한 시스템반도체 활용 검토
3. 5세대 이동통신(5G) 핵심 산업·서비스와 국내 시스템반도체 기업 연계
● 네트워크·단말, 지능형 장치(스마트 디바이스), 무인이동체, 보안·컴퓨팅/실감콘텐츠, 지능형 공장, 건강관리(헬스케어) 등
● 5G-팹리스 연계: 네트워크 장비·장치, 무인 이동체 등 5세대이동통신(5G) 산업별로 팹 리스와 연계 시스템 구축 → 공동 연구개발(R&D) 지원
● 수요 창출: 5대 서비스 실증, 스마트 SOC 프로젝트(2020년부터), 지능형 도시(스마트 시티) 구축 등 5세대이동통신(5G) 공공사업에 국내 팹리스 참여 추진
반도체 관련 학과
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4. 반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트
서민석 저 / 한올출판사 / 2020년
이 책은 반도체 패키지와 테스트의 입문서이다.
제1장에서는 테스트 장비와 프로세스, 대략적인 테스트 항목에 대해 설명하였고,
제2장에서는 패키지의 정의와 역할, 기술 개발 트렌드, 기술 개발 프로세스 등을 설 명하였다.
제3장에서는 패키지의 종류를 분류하고, 각 종류별 특징, 장단점 등을 기술하였다.
제4장에서는 패키지 설계와 해석을 설명하였는데, 패키지 설계와 칩 설계의 차이점을 알리고, 설계 및 공정 효율을 높이기 위한 구조, 열, 전기 해석 내용과 과정 을 소개하였다.
제5장은 패키지 공정을 설명하는 장인데, 종류별 공정 순서와 각 공정들의 진행방 법과 의미를 소개하니다.
제6장에서는 패키지 공정 진행을 위해서 사용되는 재료들을 소개하였고,
제7장에서는 품질과 신뢰성의 의미 및 신뢰성 평가 항목들의 진행 방법과 목적을 설명하다.
5. 반도체 인문학
왕용준 저 / 북스타 / 2022년
반도체에 대해 알기 위해서는 반도체에 대한 기본적인 내용들을먼저 이해할 필요가 있다.
첫째 장은 그래서 반도체가 무엇인지, 어떻게 분류하는지, 그 역사는 어떤지 등 반도체의 개괄적인 내용을 담았다.
둘째 장은 반도체가 어떻게 움직이는지 그 원리를 설명한다.
셋째 장은 반도체가 어떻게 만들어지는지를 이야기한다.
넷째 장은 반도체 비즈니스 생태계와 다양한 반도체 회사들을 소개한다.
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