반도체 제품의 종류 두번째, 비메모리 반도체

반도체 제품은 매우 다양한 종류가 존재한다. 찾아보기 쉬운 전자기기인 스마트폰을 예로 들어보자. 카메라로 사진을 찍을 때 사용하는 센서, 이것을 저장하는 메모리 반도체, 타 단말기와 통신을 하는 통신용 반도체 등이 사용된다. 이외에도 기능에 따라 여러 가지 종류로 반도체의 종류를 분류할 수 있다.
반도체의 조립 형태, 역할 그리고 세부 역할에 따라서도 수없이 다양한 제품이 존재한다. 모든 제품에 대해 알 수 있으면 가장 좋겠지만 여기에서는 대표적인 반도체 몇 가지만 소개하도록 하겠다.

 

시스템 반도체

 시스템 반도체는 사람의 두뇌 역할을 하는 칩으로, 주로 정보의 연산, 처리, 제어, 가공 기능을 담당하는 반도체를 말한다. 정보의 저장 기능을 담당하는 메모리 반도체와 대비해 통상 비메모리 반도체로 부르지만, 비메모리 반도체에는 센서나 광소자 등 시스템 반도체에 포함되지 않는 제품도 있어 주의가 필요하다. 시스템 반도체는 종류만 2만여 가지 이상으로 아주 다양하게 사용하고 있어 일일이 분류하기는 쉽지 않다. 대신 센서 및 광소자 등을 제외한 시스템 반도체를 크게 로직 반도체, 아날로그 반도체, 마이크로컴포넌트 등으로 분류하여 설명하겠다.

1-1. 로직 반도체
로직 반도체는 사람의 두뇌 중에서 연산, 판단, 명령에 해당하는 역할을 한다. 대표적으로 컴퓨터를 많이 접한 사람들에게는 친숙한 CPU, GPU, 등이 있다. 이외에도 요즘 떠오르고 있는 NPU나 ASIC 등의 제품들도 로직 반도체에 속한다.

CPU는 흔히 얘기하는 컴퓨터의 연산을 담당하는 장치이다. 다양한 범위의 입력을 받아서 처리하며 판단과 명령을 내리는 것 역시 아주 넓은 범위를 담당한다. 문서 작업만 하더라도 키보드에 의한 입력, 입력된 데이터의 화면 표시, 수식을 통한 계산, 결과의 화면 표시 등 여러 작업법이 동시에 일어나게 된다. CPU는 이렇게 여러 작업을 담당하는 데 최적화된 제품이다. 반면 GPU는 보다 사용 목적이 특정하다. 주로 그래픽 처리에 특화되어 연산을 진행하는 제품이다. CPU는 비교적 어려운 문제를 순차적으로 연산하여 깊게 생각하고 계산할 수 있지만 GPU는 비교적 쉬운 문제를 한꺼번에 처리하는 병렬 연산에 특화되어 있다. 따라서 GPU는 동시에 많은 것을 처리해야 하는 그래픽 처리에는 적합하지만 여러 번의 연산을 거쳐야 하는 경우에는 사용하기가 어렵다.

1-2 아날로그 반도체
아날로그 반도체는 일상생활에서 발생하는 빛, 소리, 압력, 온도 등 자연계의 각종 아날로그 신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 바꾸는 역할을 한다. 각종 증폭 회로나 전압 안정화 회로 등으로 구성되며 대표적인 제품으로는 PMIC, DDI 등이 있다.

 PMIC는 전자제품에 필요한 전력 공급을 조절하는 반도체이다. 예를 들면 스마트폰에서 고성능 게임 모드와 저전력 대기 모드를 조절하는 것, 주변 밝기를 감지하여 화면의 밝기를 조절하도록 소비전력을 조율하는 것을 담당한다. 이러한 반도체를 인체에 비유하자면 심장에 해당한다고 할 수 있다. 전력 그 자체의 저장소는 배터리지만 전력을 적재적소에 배치하는 기능을 하기 때문이다. 로직 반도체와 메모리 반도체가 각각 두뇌의 연산과 기억 기능을 담당하고 있다면 PMIC는 이 두뇌가 돌아갈 수 있도록 피를 적재적소에 공급하는 역할을 한다. 다만 인체와 다른 점은 사람의 심장은 하나지만 PMIC는 각 반도체 제품별로 붙어서 동작을 한다는 것이다. 제품별로 동작 전압, 전류, 속도가 다르기 때문에 이에 맞는 PMIC가 별개로 필요하다.

 DDI는 디스플레이의 화소를 조절하여 색을 조절하는 반도체다. 사용자가 반도체 제품 혹은 저가 제품을 구동할 때 대부분 시각에 의존하여 사용하게 된다. 필연적으로 디스플레이의 수와 크기가 증가하였으며 화소 수 역시 늘어나게 되었다. DDI는 디스플레이를 구성하는 수많은 화소를 구동하는 데 쓰이는 칩으로 각 화소에 존재하는 부화소인 RGB를 조절하는 역할을 한다. 또한 최근에는 터치스크린 디스플레이가 널리 사용되면서 이를 컨트롤하는 기능 역시 DDI가 도맡게 되었다.

1-3. 마이크로컴포넌트
 마이크로컴포넌트는 앞에 설명한 로직 반도체나 아날로그 반도체 등을 소형화한 것이다. 대표적인 제품인 MPU는 컴퓨터의 핵심 기능인 연산, 제어 기능을 수행하는 것으로 다른 기능이 없이 연산만 가능한 CPU를 소형화한 것이다. MPU는 주로 극소형 컴퓨터나 산업용 장비에서 사용된다. MCU는 MPU 외에 주변 장치를 포함하여 특정 시스템을 제어할 수 있는 전용 칩이다. CPU만을 소형화한 MPU와는 달리 하나의 컴퓨터를 소형화한 것이라고 볼 수 있다. MCU는 대부분의 전자제품에 들어가는 핵심 부품으로 세탁기나 냉장고 등에 들어가 있다. 예를 들어 세탁기의 타이머, 디스플레이, 모터제어에 쓰이고 에어컨의 압축기 제어,  온도 조절,  공기 방향과 세기조절, 타이머 등의 역할을 한다. 가전기기뿐만 아니라 도난 방지 시스템, 자동제어 시스템 등 다양한 제품을 제어하는 두뇌 역할을 한다.

 최근에는 MPU와 같이 하나의 기능을 가지는 칩들을 조립하여 하나의 시스템으로 구현하는 것이 대세로 자리 잡고 있다. 이와 같은 방식을 SoC라고 한다. SoC는 여러 칩이 작은 컴퓨터의 역할을 하는 것이다. SoC 방식의 대표적인 제품은 스마트폰에 들어가는 모바일 AP가 있다.

 반도체의 종류 중 시스템 반도체에 대해 알아보았다. 다음 포스팅에서는 우리나라 기업이 강세를 띠고 있는 메모리 반도체에 대해 알아보도록 하겠다.