[김수지의 Chip Q] 반도체? 누구나 알 수 있다…한눈에 보는 '칩 이야기'

‘반도체는 어렵다’는 말에 공감하는가? 그럼 질문에서 시작해 보자. 반도체란 무엇인가, 어디서 반도체가 쓰이는가, 정말 반도체가 필요한가, 그렇다면 유망 받는 반도체가 있는가. 함께 이 질문들의 해답을 찾아보자. 반도체 ‘칩(Chip)’에 대해 질문(Question)을 던지면서. <편집자주>
 
멀게 느껴지는 반도체는 사실 당신의 옆에 있다. 스마트폰, 노트북, PC를 통해 이 기사를 보고 있다면 이미 반도체 하나쯤은 갖고 있다. 당신이 알고 있는 D램, 중앙처리장치(CPU) 등이 바로 반도체다. 셀 수도 없이 종류가 많은 반도체를 모두 알 필요는 없다. 어쩌면 전문가도 다 알지는 못할지 모른다. 시작이 반이라 했다. 반도체가 무엇인지 알아보자.
 
반도체가 무엇인가? 반도체는 결국 ‘모래에서 온 실리콘’이라 말할 수 있다. 일상에서도 흔히 사용하는 그 실리콘을 모래에서 추출해 반도체를 만들기 때문이다. 반도체는 실리콘으로 만든 얇은 판인 ‘웨이퍼(Wafer)’를 기반으로 하는데, 현재 주 원재료는 실리콘(Si)이다. 최근에는 실리콘카바이드(SiC)와 같은 차세대 소재를 활용한 방식까지 활발히 연구·개발(R&D)하고 있다. 향후 반도체 소재는 보다 다양해질 전망이다.  
앞서 말했듯 반도체는 일상 속 어디에나 있다. 그만큼 우리에게 이미 없어서는 안 될 필수 요소가 됐다는 말이다. 예컨대, 당장에 스마트폰에도 모바일용 애플리케이션프로세서(AP)가 탑재됐다. 또 노트북, PC 등에는 D램과 낸드플래시를 비롯해 CPU가 들어가 있다. 이름은 다르지만, 이 모든 게 다 ‘반도체 칩’이다.
 
물론 반도체가 사용되는 분야는 여기서 끝이 아니다. 최근에는 인공지능(AI)을 비롯해 자동차, 데이터센터 등 시스템이 고도화하며 반도체를 필요로 하는 산업이 점차 늘고 있다. 한 번쯤은 들어봤을 챗GPT 등 생성형 AI 열풍도 반도체 수요를 늘리는 대표적인 사례 중 하나다.
 
산업별로 반도체를 활용하는 방식은 모두 다르다. 하지만 수요가 급증하고 있는 배경은 반도체에 기대하는 공통된 역할 하나 때문이다. 열을 가하는 등 특정 환경에서만 전기가 통하는 반도체 특성을 이용해 전자기기의 효율성을 높이면서 전력 소모는 낮추는 등 핵심 부품으로 반도체를 탑재하는 것이다. 전기가 통하는 전자기기라면 모두 반도체가 들어가 있다고 해도 과언이 아니다.
 
종류는 많지만, 이 모든 반도체는 결국 메모리 아니면 비메모리다. 메모리는 말 그대로 데이터를 저장하는 반도체, 비메모리는 저장 외 연산이나 제어 등의 역할을 하는 반도체를 말한다. 비메모리는 다른 말로 시스템 반도체라고도 한다. D램과 낸드플래시는 메모리, 모바일용 AP와 CPU는 비메모리에 속한다.
 
다만 여기서 명확히 해야 할 부분은 바로 반도체 사업별 회사명과의 구분이다. 이따금 반도체 제품 종류와 회사 구분명을 헷갈리는 경우가 있다. 반도체 기업은 생산만 하는 파운드리, 공장 없이 설계만 하는 팹리스(*Fab(공장)Less), 생산과 설계를 모두 하는 종합반도체기업(IDM)으로 나뉜다. 다시 말해 팹리스 기업은 공장이 없어 반도체를 R&D 한 뒤 파운드리 기업에 생산을 주문한다. 반면 IDM은 스스로 설계 후 생산까지 마친다.
 
국내에서는 삼성전자, SK하이닉스, DB하이텍, LX세미콘 등이 반도체 산업을 이끌고 있다. 삼성전자는 IDM으로서 메모리와 비메모리를 모두 설계 및 생산한다. 또 SK하이닉스 역시 IDM으로 메모리를 판매하고 있지만, 파운드리 자회사로 SK하이닉스시스템IC, 키파운드리를 두고 있다. 이밖에 DB하이텍은 파운드리, LX세미콘은 팹리스로서 두각을 나타내고 있다.

한편 반도체 기술 경쟁에서 핵심은 '누가 더 작게 만드느냐'에 있다. 미세공정 기술을 확보해 하나의 웨이퍼 위에 얼마나 더 많은 칩을 생산할 수 있는지가 관건이다. 원형의 웨이퍼 위에는 사각형의 ‘다이(Die)’가 올라가는데, 이를 미세공정을 활용해 크기를 줄이는 것이다. 기업은 미세공정이 발달할수록 원가 감소와 생산성 증대를 이룰 수 있다.