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1. 반도체란 무엇인가?
전기가 통하는 도체(導體)와 플라스틱이나 나무같이 전기가 통하지 않는 부도체의 중간 단계인 물질이다. 그래서 이름이 반(半)도체다. 부도체인 규소에 ‘불순물’을 섞어서 특정 조건에서만 전기가 흐르도록 제어한다. 이러한 전기신호로 전자 기기를 제어하거나, 정보를 저장하는 역할을 담당할 수 있다. 반도체는 디지털 전환 과정에 핵심적인 역할을 해왔다. 최첨단 반도체가 있어야 인공지능(AI) 기술의 구현도 가능하다.
2. 반도체는 어떻게 나뉘나?
반도체는 크게 정보 저장을 위한 메모리 반도체와 정보 처리가 목적인 비(非)메모리 반도체로 나뉜다. 메모리 반도체는 전기가 끊어지면 저장된 정보가 지워지는 단기 저장용 ‘D램’과 한번 저장된 정보는 전원이 끊겨도 기억이 장기간(일반적으로 10년 이내) 지워지지 않는 ‘낸드플래시’가 있다. 대신 D램은 낸드플래시에 비해 처리 속도가 더 빠르다.
비메모리(시스템) 반도체는 정보를 인식하고 연산을 처리하는 역할을 한다. 컴퓨터의 ‘두뇌’ 역할을 하는 중앙처리장치(CPU)가 대표적이다. AI 학습과 서비스를 위해서는 대량의 데이터를 동시에 처리·분류해야 하기 때문에 높은 효율성이 요구된다. 원래 게임 그래픽 처리를 위해 개발한 비메모리 반도체인 그래픽처리장치(GPU)는 병렬 연산이 가능해 ‘AI용 반도체’로 적합하다는 평가를 받게 됐다.
3. 반도체를 ‘몇 나노’라고 분류하는 것은 무슨 의미인가?
여기서 나노(nano)는 10억분의 1미터를 뜻하는 나노미터의 줄임말이다. 반도체 회로 선폭의 단위로, 반도체 제조 작업의 정교함을 나타내는 ‘공정 단위’로 통한다. 숫자가 작을수록 같은 크기의 반도체가 더 뛰어난 성능과 더 큰 저장용량을 갖출 수 있다는 의미가 된다. 통상 28나노 이상의 공정을 거친 반도체는 범용(레거시) 반도체, 14나노 이하를 첨단 반도체로 분류한다. 현재 생산되는 최첨단 반도체는 삼성전자, TSMC에서 만드는 3나노 반도체다. 최근에는 1~2나노 초첨단 반도체 제조 경쟁이 불붙은 상태다.
4. 수율이란?
수율은 생산된 반도체 중 결함 없이 정상 작동하는 합격품의 비율이다. 수율은 반도체 설계 기술, 공정 효율 등에 의해 결정되기 때문에 제조 기업의 기술력을 평가하는 가장 중요한 지표로 여겨진다. 미세한 공정으로 갈수록 수율을 높이기 어렵기 때문에 공정 단위를 낮추면서 수율을 높이는 것이 반도체 기업들의 최대 과제다.
5. AI 반도체 제조의 필수품이라는 HBM은 무엇인가?
HBM(High Bandwidth Memory·고대역폭 메모리)은 D램을 여러개 쌓아 올려 데이터가 지나가는 통로의 폭(대역폭)을 넓혀 처리 속도를 극대화한 것이다. HBM을 사용해야 AI의 학습과 연산 성능을 크게 향상할 수 있다. 일반 D램보다 2~3배 비싸지만, 개당 수익률이 5~10배 달하는 고부가가치 상품이다. SK하이닉스가 2013년 처음 개발했고 미국 마이크론이 최근 5세대인 HBM3E 양산에 세계 최초로 돌입했다. 삼성전자는 최근 업계 최대 용량인 36GB HBM3E 12단 적층 D램 개발에 성공했다고 밝힌 바 있다.
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