[지식] 반도체 산업의 특징

반도체 산업은 우리나라, 대한민국의 주류 산업군이다.

 삼성이라는 세계적인 기업과 기술력을 바탕으로 반도체 제품들을 생산해내며, 수출 1위를 차지하는 제품군이다.

삼성이 망하면 한국이 망한다는 말처럼

반도체는 대한민국의 기둥이 되는 사업이기 때문에 그 특징들에 대해 알아보고자 한다.

[출처] Google

반도체 산업의 특징은 몇 가지가 있는데,

 

첫 번째, 기술력이 산업 자체에 지대한 영향을 미친다.

 다른 산업의 경우에는 1등 업체와 2등 업체 간의 간극을 메우는 방법이 원재료비의 절감, 인건비나 임대료의 절감 또는 그 기업만의 개성을 가진 제품 생산 등이 있다. 반면 반도체의 경우에는 기술력의 발전밖에 없다. 원재료인 웨이퍼 위에 기존 제품보다 동일 면적 당 더 많은 반도체를 배치할 수 있는 기술력만이 경쟁력이다.

 

두 번째, 데너드 스케일링의 적용

 첫 번째 이유와 이어지는 맥락에서, 반도체 산업은 데너드 스케일링이 적용된다. 이는 동일 면적이라면 트랜지스터를 얼마나 직접하든 소모 전력은 동일하다는 것이다. 이러한 원리를 적용하면 미세공정 기술력의 발전, 투자를 통해 작년에 생산된 반도체보다 올해 생산된 반도체에 같은 전력으로 훨씬 더 높은 성능을 소비자에게 제공할 수 있다.

미세화가 진행됨에 따라 데너드 스케일링은 더 이상 무의미해졌다.

트랜지스터의 집적화 수준이 초미세공정에 들어섬에 따라서 면적에 따른 전비의 변화가 무의미기 때문이다.

[출처] Google

세 번째, 무어의 법칙

 반도체에 집적하는 트랜지스터 수는 2년마다 2배로 증가한다는 것이다. 실제로 소비자들이 사용하는 반도체 수는 꾸준히 상승해왔다. 하지만 5nm와 같은 초미세공정으로 갈수록 집적도의 밀도가 너무 높아지고, 양자터널링 효과로 인해 회로를 구성하는 원자의 전자가 다른 곳으로 워프하는 양자역학적인 문제가 발생해 근접 회로 간 합선(전류누설)이 일어날 수 있다. 하지만 ASML의 EUV는 5nm의 초미세공정을 다루는 데 성공했고, 무어의 법칙은 여전히 깨지지 않았다.

(기술력의 한계는 3nm라고 말하고 있다.)

 

[출처] ASML

네 번째, 마이크로컨트롤러 고객

모든 소비자들이 초미세공정의 반도체 기술이 필요한 것은 아니다.

전 세대 공정의 기술력이 적용된 조금 더 크고, 조금 덜 효율적인 반도체를 필요로 하는 산업도 있다.

(예를 들자면 가전 제품)

 소비자들은 이미 안정화된 전 세대 공정을 제공받음으로써 설계 부담이 줄고, 또한 이미 확보되어 있는 압도적인 수율을 통해 반도체 칩을 제조할 수 있는 장점이 있다.

 

여러가지 특징들이 더 있겠지만 산업을 이해하는데 있어서 위 네 가지 특징들로도 충분할 것이라 생각한다.

특징을 통해 도출해낼 수 있는 반도체 산업의 결론적인 것 한 가지는

 

반도체 기업의 경쟁우위는 미세공정의 기술력에서 유래한다는 것이다.

 

기술력의 발전만이 경쟁에서 우위를 차지할 수 있다는 점은 기술력의 정체가 곧 경쟁의 심화라는 뜻이다.

현재 5nm를 사용하는 EUV 장비로 ASML이 세계의 노광 장비 기술력 1위를 차지하고 있고,

HI-NA의 3nm를 사용하는 장비를 개발하여 상용화에 준비 중이다.

물론 기술개발이라는 점에서 오랜 시간이 걸리겠지만

시간이 지남에 따라서 이 기술력들을 이용한 경쟁업체들의 진입이 이루어질 것이다.

 

그렇다면 몇 가지 의문점이 생긴다.

3nm 라는 기술력의 끝에서는 이제 어떤 것이 경쟁우위의 요소가 될 것인가?

양자터널링 효과를 베재하는 초양자역학적인 기술력을 개발할 수 있을까?

혹은 다른 무언가가 있을까.