차세대 반도체

발간사

1장 최신 반도체 집적회로 설계 동향 - 석민구

작지만 큰 존재, 반도체
반도체 3대장 — 로직, 메모리, 아날로그
로직 칩 기술 동향 — 최첨단을 향한 전방위 노력
CPU와 GPU를 하나의 칩에?
모바일 기기를 위한 로직 칩
D램 기술 동향 — 속도와 밀도
3차원 집적 — 고층 빌딩처럼 쌓아 밀도를 높이다
낸드 플래시 기술 동향 — 3D를 넘어 4D로
수직 통합, 반도체 생태계에 부는 새로운 바람
빅테크 기업이 직접 칩을 만들면?
칩 제조가 곧 제품 경쟁력

2장 폰 노이만 구조의 한계를 뛰어넘는 차세대 아키텍처 설계 - 석민구

혁신의 정점에서 한계에 봉착한 폰 노이만 컴퓨팅
정말 배보다 배꼽이 더 클까?
더 이상 범용성만 내세울 수 없다
새로운 컴퓨팅 구조를 찾아서
인 — 메모리 컴퓨팅, 곱셈 누적 연산의 해결사로 떠오르다
맞춤형 하드웨어, 인간 두뇌를 따라잡을까?
메모리 공간을 최대한 확보하라
춘추전국시대를 맞이한 차세대 메모리 기술
공간의 제약을 뛰어넘는 3차원 패키징
로직과 메모리, 완전한 통합은 가능한가?

3장 반도 채 몰라도 이해할 수 있는 반도체 기술 - 신창환

반도체란 무엇인가?
반도체 전공정 — 모래에서 웨이퍼 생산까지
반도체 패키징 공정 — 웨이퍼에서 최종 제품까지
반도체 구조의 기본 — 금속산화물 반도체
응력공학과 고유전체, 공정 수준을 끌어올리다
3차원 소자 구조의 문을 연 핀펫과 멀티브리지 채널 펫
기술 리더십은 이제 동북아로
구동 전압, 왜 낮추기 어려운가?
작은 변화로 큰 변화를 도모하다

4장 글로벌 반도체 기술 패권 경쟁과 공급망 재편 - 신창환

반도체 가치 사슬, 어떻게 구성되어 있나?
어느 나라가 무엇을 잘하나?
부상하는 메모리 반도체 시장
미국과 중국의 반도체 패권 경쟁
반도체 공급망, 미국의 규제와 중국의 반응은?
반도체 고도화, 공급망 교란에 대비해야
미–중 반도체 경쟁 속 한국의 고민은?

5장 글로벌 반도체 산업의 주요 이슈와 미래 전망 - 권석준

반도체를 둘러싼 지정학적 상황의 변화 양상
미국의 반도체 수출 규제
글로벌 반도체 공급망 재편
차세대 반도체 기술의 핵심

6장 AI 시대, 한국 반도체 산업 전략에 대한 토론 -
사회 : 전동석, 대담 : 석민구·신창환·권석준

챗GPT 시대의 AI 반도체
AI의 부상, 메모리 시장에 새로운 기회
종합 반도체 업체 vs. 팹리스 vs. 파운드리 — 한국의 전략은?
코로나19, 공급망의 취약점을 드러내다
각자도생하는 반도체 산업, 협력은 끝인가?
차세대 반도체 교육, 무엇이 중요할까?

그림·표 출처, 참고문헌

2022년 초 현대자동차가 삼성전자와 협력해 고성능 자율주행 칩을 설계하는 프로젝트를 논의했다고 언론이 보도했습니다. 제가 대학교에서 공부하던 때만 해도 집적회로integrated circuit, IC 설계는 반도체 제조사에만 중요한 영역이었는데 요즘은 이렇게 완성 차 업계까지 뛰어들고 있습니다. 갈수록 반도체 설계 역량이 제품 경쟁력에 직접적인 영향을 미치고, 선도적으로 칩 제조에 뛰어든 기업이 실제로 경쟁사보다 우위를 차지하고 있는 모습을 보면 수직 통합 추세는 더 빨라질 것입니다. 앞으로도 칩 설계가 더 다양한 분야에서 기술 혁신의 지렛대로 깊게 작용할 듯합니다.

첨단 D램 메모리 공정의 경우 완성한 반도체 웨이퍼 하나에는 2,000여 개 이상의 칩이 들어 있습니다. 전공정에서 만든 수많은 트랜지스터를 잘 연결하여 복잡한 연산을 빠르게 처리하도록 하려면 완성한 기판 상층부에 전기 도금 공정으로 금속 배선층을 만들어야 합니다. 이후 여러 미세 패턴이 얽히다 보니 평탄하지 않은 표면을 화학적, 기계적으로 연마chemical mechanical polishing, CMP하고, 여러 공정을 거치면서 섞인 불순물도 제거합니다.

설계와 장비 분야는 미국, 전공정은 한국과 대만, 후공정은 대만과 중국이 잘하고, 첨단 소재 분야는 일본이 잘합니다. 첨단 반도체 설계는 사실상 미국이 주도하고 있지요. 다만 D램 설계만은 한국이 선도하고 있습니다. 그리고 반도체 설계에 필요한 설계 자동화 소프트웨어와 설계 자산 코어IP core는 미국과 영국이 주로 공급하고 있습니다.