반도체 산업 정리

 

현재의 반도체 산업은 매우 다양한 기업들로 이루어져 있습니다. 일반적으로 반도체 산업으로 분류되는 회사들의 종류는 팹리스, 파운드리, 패키징, 테스트, 소재 회사, 장비회사 그리고 종합 반도체 회사 등 굉장히 다양합니다.

 

 

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반도체 산업 정리

 현재 구분되고 있는 반도체 산업의 구도는 폰노이만으로부터 출발했습니다.

 

 폰노이만 아키텍처는 PC뿐 아니라 수많은 전자장치에도 적용이 되었습니다.

 

 대부분의 전자제품이 제어와 연산을 할 수 있는 프로세서와 Data를 저장하는 메모리로 구분된 폰노이만 아키텍처를 이용해서 만들고 있습니다.

 메모리는 Data를 저장하는 부품으로써 쓰임새가 정해져 있고, 만드는 구조가 여러 회사 간에 크게 차이가 나지 않습니다. 약간의 차이가 있을 수 있겠지만 쓰임새가 정해져 있기 때문에 크게 다르지 않은 것입니다.

 

 이와 다르게 프로세서는 어디에 사용하느냐에 따라 달라집니다. 컴퓨터에 쓰이는지, 자동차 전장에 쓰이는 것인지, 스마트폰이나 TV 등의 다른 전자장치에서도 사용되는 것들은 용도가 다르기 때문에 생김새도 모두 다를 수밖에 없습니다.

 

 

 이런 프로세서들은 스위치 소자들을 사용해서 집적회로를 만드는 것인데, 각각의 칩들마다 구동하는데 필요한 제품에 맞게 단위 소자의 배치나 구성이 다 달라지는 것입니다.

 

 위의 내용을 요약해 보면 메모리는 소품종 대량 생산하고 있고, 프로세서들은 다품종 소량 생산을 하는 것입니다.

 

 각각의 제품에 맞도록 만들어야 하므로 회로 설계가 매우 큰 비중을 가지고 있습니다.

 

출처: 국제 반도체 장비 재료협회 공식 블로그

 

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폰노이만 아키텍처

 폰노이만 아키텍처가 처음 나왔을 때는 제품의 종류가 많지 않았고, 컴퓨터보다 성능이 좋아야 하는 제품이 없었습니다.

 

 그렇기 때문에 인텔처럼 반도체 회로 설계와 제조를 같이 하는 종합 반도체 회사가 대부분이었습니다.

 

 지금은 컴퓨터뿐 아니라 이런 프로세서들을 사용하는 전자제품이 많아졌기 때문에 상황이 달라졌지만, 아직 제품의 종류가 많지 않은 메모리는 삼성전자나 하이닉스처럼 아직도 회로 설계와 제조를 함께 하는 종합 반도체 회사로 유지되고 있습니다.

 

 종합 반도체 회사가 주류를 이루어서 반도체 산업이 발전되어 오던 중 2000년대에 들어서 로직 회사 중 인텔을 제외한 다른 회사들은 많아진 제품군에 맞춰 전략을 바꾸기 시작했습니다.

 

 

 바뀐 전략은 회로 설계와 제조의 분리가 일어난 것입니다. 다른 포스팅에서도 언급했던 내용이지만 이렇게 반도체 칩의 설계만을 맡은 팹리스가 생기고, 팹리스에서 설계한 회로를 받아서 제조만 대신해 주는 파운드리 회사가 생기게 되었습니다.

 

 그러면서 종합 반도체 회사였던 ADM이나 IBM 등도 제조하지 않는 팹리스 회사로 전환하였습니다.

 

 전환한 회사도 있는 반면에 회로 설계만 전문으로 하는 회사들도 생겨났는데 대표적인 기업은 퀄컴이나 엔비디아 같은 회사입니다. 테슬라나 애플도 자신들의 제품에 들어가는 칩의 설계를 직접 하기 때문에 팹리스라고 할 수 있을 것 같습니다.
 

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팹리스와 파운드리

 이런 팹리스의 출현으로 파운드리는 급성장할 수 있게 되었습니다.

 

 반도체 제조 기술은 소자를 미세화하는 것인데, 소자 미세화를 하는 데는 많은 연구비가 들어가게 되며 팹을 운영하기 위해서도 많은 운영비가 들어가게 되는데, 이것을 감당할 수 없는 작은 회사들이 자체 팹을 운영하면서 수익을 내는 것이 불가능했었는데 파운드리가 이 상황을 해결해 준 것입니다.

 

 파운드리는 여러 회사로부터 의뢰받은 제품을 생산하면서 규모의 경제를 실현할 수 있었고, 그러면서 소자 미세화를 위한 기술 개발 비용을 마련할 수 있었습니다.

 

 스마트폰과 같은 모바일 제품이 급속도로 성장하면서 시장성이 큰 제품의 종류가 많아졌고 성능 최적화를 위한 설계의 복잡성도 높아졌습니다.

 

 스마트폰 이외에도 자율주행이나 AI 등 반도체 프로세스를 이용한 제품들이 점점 더 많아질 것이기 때문에 설계도 점점 더 전문적인 영역이 될 것이고, 파운드리의 수요도 그에 발맞춰 계속 증가할 것으로 예상됩니다.

 

 

 파운드리의 대표적인 회사는 TSCM와 삼성전자 파운드리 사업부가 있으며 3nm 수준의 최첨단 기술 노드의 제품을 생산 중이며, 인텔과 글로벌 파운드리도 파운드리를 하고 있습니다.

 

 최첨단 공정이 필요한 이유는 선폭이 좁아지면서 적은 전력을 사용하면서도 성능을 더 좋게 만들 수 있고 이렇게 만든 높은 성능은 또다시 새로운 제품으로 이어지게 되기 때문입니다.

 

 메모리 산업은 앞에서도 이야기했듯이 설계의 중요성이 로직 칩보다는 낮기 때문에 아직도 대부분 종합 반도체 회사의 형태로 발전하고 있습니다.

 

 대표적인 제품으로는 DRAM과 FLASH MEMORY가 있습니다. 메모리 회사의 대표적인 기업은 우리나라의 삼성전자와 하이닉스가 있습니다. 
 

 

 

 메모리 반도체나 프로세스 모두 팹에서 웨이퍼 단위로 만들어진 후 다이별로 잘라서 패키징을 하고 테스트하는 프로세스를 거치게 됩니다.

 

 이런 조립을 하거나 테스트를 전문으로 하는 회사도 있으며, 이런 회사들을 외주 조립 테스트 기업이라고 부릅니다. 최근에는 패키징 기술이 중요하게 되면서 패키징 회사의 중요도가 계속해서 올라가고 있습니다.

 

 팹에서 Wafer를 생산하기 위해 필요한 소재나 장비를 만드는 기업들도 큰 산업군을 이루고 있습니다. 소자 미세화를 하기 위해 공정의 난도가 올라가게 되고, 그에 맞는 소재나 장비도 다양해지고 복잡해지면서 가격도 비싸지고 있습니다.

 이처럼 반도체 산업에는 많은 종류의 기업이 있습니다. 그러다 보니 서로의 일을 전혀 이해하지 못하는 경우도 많습니다.

 

 회로 설계를 하는 사람은 소자 공정을 모르고, 소자 공정을 한 사람은 회로 설계를 모르고, 또 장비나 소재에 대해서도 모르게 되었습니다.

 

 이렇게 서로를 잘 몰라도 산업이 돌아가며 제품이 생산되는데, 그 사이를 메워주는 인터페이스 시스템이 크게 발전되었기 때문입니다.

 

 

팹리스와 파운드리