시스템반도체는 세계 반도체 시장의 약 60~70%를 차지하는 거대한 시장 입니다. 대표적인 시스템반도체 제품 10종류와 용도 및 대표적인 제조사에 관하여 정리해 보려 합니다.
시스템반도체(non-memory semiconductor) 제품 10종류와 용도
시스템반도체는 사용자의 명령을 해석하고 실제 연산을 진행하는 과정을 담당합니다. 연산·제어 등 정보처리 기능을 갖는 반도체를 시스템 반도체라고 하며 비메모리반도체의 일종입니다.
1. CPU(Central Processing Unit): 중앙 처리 장치
대표적인 시스템반도체로 제어 unit, 산술·논리 unit, 작은 용량의 메모리 unit(캐시 메모리, 레지스터)으로 구성되어 있고 코어(Core), 스레드(Thread), 클럭(Clock), 아키텍처(Architecture)에 따라 성능이 나누어집니다. 한 번에 한 작업만 하는 직렬성을 가지고 있습니다.
- 코어(Core): CPU가 가진 물리적인 두뇌의 수를 나타낸다고 할 수 있습니다. 산술·논리 unit에 해당하는 부분입니다. 예를 들어 4코어(Core) 라면 하나의 산술·논리를 4개의 두뇌가 나누어서 실행하므로 1코어(Core)보다 효과적으로 처리할 수 있습니다.
- 스레드(Thread): CPU가 처리할 수 있는 작업의 최소 단위로 소프트웨어적으로 동시에 몇 가지 작업을 처리할 수 있는가를 나타냅니다.
- 클럭(Clock): CPU가 얼마나 빠른 속도로 작업을 처리하는 가를 나타내는 CPU의 동작 속도로 초당 주기로 측정하며 단위는 헤르츠(㎐)를 사용합니다.
- 아키텍처(Architecture): CPU와 주변 부품들의 구성과 동작에 대한 전반적인 구조를 말하는 것으로 아키텍처(Architecture)에 따라 CPU의 성능에 영향을 미치므로 중요합니다.
☛대표적인 업체: Intel, AMD
2. GPU(Graphics Processing Unit): 그래픽 처리 장치
컴퓨터 모니터에 화면을 보여주기 위해서는 많은 양의 데이터를 연산 처리해야 합니다 이때 사용되는 반도체를 말하는 것으로 여러 가지 일을 동시에 처리할 수 있는 병렬성의 특징을 가지고 있어 CPU보다 그래픽과 영상 연산 처리에 매우 효과적으로 사용됩니다. 이러한 특성 때문에 여러 가지 다른 작업(인공지능 등)에도 활용됩니다. 이것을 GPGPU(General purpose computing on GPU) 즉 GPU 범용 연산이라고 말합니다
☛대표적인 업체: nVidia, AMD, Intel
3. AP(Application Processor)
CPU와는 달리 컴퓨터 한 대에 들어가는 주요 부품들을 하나의 반도체 칩에 집적하여 넣은 칩셋 형태로 구성한 단일 칩 시스템(SoC: system on Chip)입니다. 주로 스마트폰, 테블릿에 주로 사용되며 시스템의 적용 분야의 특성상 전력 소모를 최소화하는 저전력 부품과 설계에 비중을 많이 가집니다.
대표적인 업체: MediaTek, Qualcomm Technologies, Apple, UNISOC, Samsung Electronics
4. NPU(Netural Processing Unit): 신경망처리장치
현재 인공지능(AI) 반도체의 대표격으로 인공지능(AI) 연산의 수행과 연산 결과물의 분석까지 빠르게 진행이 가능하며 병렬성을 가지고 있어 동시다발적인 행렬 연산에 최적화되어 있고 GPU보다 10배, CPU보다 100배 더 효율적으로 사용 가능하여 인공지능(AI)이 필요로 하는 연산 알고리즘 GEMM 등에 특화된 프로세서로 딥러닝(기계학습)에 주로 사용되고 있습니다. 현재 NPU는 특성상 주문형 반도체(ASIC)에 가까워 특별한 분야에서 사용될 가능성이 높습니다.
※GEMM(GEneral Matrix Multiplication): 다중 연산의 식을 여러 개 입력하고, 결괏값은 하나로 출력하는 알고리즘으로 추론이나 예측에 사용된다.
5. FPGA(Field-Programmable Gate Array)
상황에 따라서 산술·논리 unit을 자유롭게 구성할 수 있는 프로그래밍이 가능한 반도체로 산술·논리가 고정되어 있는 CPU에 비해 연산 처리 속도를 높일 수 있으며 저전력을 사용하며 처리 중 병렬 처리를 요구하는 특수 작업에 적합하게 사용될 수 있습니다.
☛대표적인 업체: AMD, Intel
6. ASIC(Application Specific Integrated Circuit): 주문형 반도체
특정한 가능만 수행하도록 맞춤 설계된 반도체로 요구된 특정한 기능만 가지고 있기 때문에 동작 속도가 빠르고 소비 전력이 작습니다. 대표적으로 자동차에 공급되는 MCU 등이 대표적입니다.
※MCU(Micro Controller Unit): 마이크로프로세서와 메모리, 프로그램 가능한 입출력 모듈을 하나의 칩으로 만들어 정해진 기능을 수행하는 컴퓨터를 말합니다.
7. CIS(CMOS Image Sensor): 상보적 금속산화막 반도체 이미지 센서
화소 내에 신호 증폭을 위한 앰프를 내장하고 있어 빛 에너지로 발생된 전하를 바로 전기 신호로 증폭하여 전송하는 반도체로 디지털카메라에 많이 사용되고 있는 이미지 센서입니다.
☛대표적인 업체: Sony, Samsung Electronics, OmniVision, GalaxyCore, omsemi
8. DSP(Digital Signal Processing): 디지털신호처리장치
디지털 연산으로 신호를 처리하는데 특화된 반도체로 아날로그 데이터를 디지털 신호로 변환하여 고속 처리 및 연산할 수 있습니다. 통신 DSP, 음성용 DSP, 디지털 Image신호를 처리하는데 특화된 ISP(Image signal processor) 등이 있으며 가전제품, 멀티미디어 기기에 많이 사용됩니다.
☛대표적인 업체: Texas Instruments, Analog Devices, Skyworks Sloution, Infineon
9. DDI(Display Driver IC): 디스플레이 구동칩
연산된 디지털 신호의 화면 정보를 아날로그 신호로 전환해 주는 반도체로 LCD, PDP 등의 디스플레이를 구성하는 수많은 화소들을 구동하는데 쓰이는 Chip을 의미하며 디스플레이의 화소들을 조절하는 역할 즉 색으로 표현하는 역할을 합니다. 가전제품에 주로 사용되며 Panel DDI(LCD, PDP TV, 노트북 등)와 Mobile DDI(휴대전화 등)으로 나뉩니다.
※화소 또는 픽셀(pixel)은 사각형의 점으로 디지털 화상을 구성하는 기본적인 단위입니다.
☛대표적인 업체: Samsung Electronics, LXSemicon, Novatek Microelectronics
10. PMIC(Power Management IC): 전력관리반도체
전자 장치 속 각 부품에 안정적인 전력을 공급하고 전력 제어를 돕는 반도체로 전기가 공급되는 전자 제품에는 필수적으로 들어갑니다. 하나의 칩에서 필요한 전력을 공급하고 효율적으로 관리하기 때문에 물리적인 공간을 줄이는 효과도 제공합니다.
☛대표적인 업체: Qualcomm Technologies, Dialog Semiconductor, MediaTek
글을 정리하며
시스템반도체의 주요 제품 종류를 10가지로 정리하여 보았습니다. 시스템반도체는 주로 설계 전문 기업과 수탁 생산 기업으로 나누어져 형성되어 있습니다. Intel과 삼성전자 같은 종합 반도체 기업도 있습니다. 현재는 AI칩을 설계하고 생산하는 AI와 관련된 반도체가 대세를 이루며 관련 업체가 주도권을 가지고 있습니다. 이 분야에서 뒤쳐진 기업은 빠르게 도태됩니다. 반도체는 사용되는 분야가 광범위하고 부가가치가 높은 많큼 기술과 흐름에 뒤쳐지면 빠르게 도태되는 라이프사이클을 보이고 있습니다. 항상 긴장감이 흐르는 산업입니다. 기술력이 훌륭한 업체에서 좋은 품질의 제품이 좋은 가격으로 많이 개발 되기를 기대해 봅니다.