반도체가 그렇게 중요한가요?

추천합니다! _권석준 교수(성균관대학교 반도체융합공학부・화학공학부, 《반도체 삼국지》 저자)
프롤로그 반도체 일기로 본 나의 하루•11

1 반도체가 뭘까?
반쯤은 도체라고? 반도체!•26
반도체의 조상님, 진공관•29
｜놓치지 마! 틈새 정보｜ 전류와 전자는 왜 반대로 움직일까?•33
세 발 달린 마법사, 트랜지스터•35
｜놓치지 마! 틈새 정보｜ 반도체의 핵심 소재, 실리콘•40
p형 반도체와 n형 반도체가 만나 전자 혁명!
양극성 접합 트랜지스터(BJT)•42
금속 산화물 반도체(metal oxide semiconductor)•46
전자 기기 시대를 연 집적 회로(IC)•50
실리콘 덩어리가 반도체 칩이 되다•53

2 반도체가 ‘쌀’이라 불리는 이유
지금은 규석기 시대!•61
반도체는 왜 필요했을까?•64
롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리•67
｜놓치지 마! 틈새 정보｜ 인공지능을 예견한 폰 노이만•72
메모리 반도체에서 시스템 반도체로•74

3 반도체는 어디서 만들까?
종합 반도체 기업(IDM)•85
팹리스(Fabless company)•87
파운드리(Foundry)가 뜨는 이유•92
패키징과 테스트 전문 OSAT•95
｜놓치지 마! 틈새 정보｜ 무어의 법칙에서 황의 법칙으로•98

4 왜 각 나라에서 반도체 산업을 지원할까?
산업의 쌀을 둘러싼 미국과 중국의 21세기 경쟁•109
미국의 공급망 재편으로 이어진 팬데믹 반도체 부족 사태•114
미국도 자기 나라 공장에서 반도체를 확보해요•116
미일 무역 분쟁과 ‘플라자 합의’•119
일본 반도체 산업 침체를 부른 미일 반도체 협정•121
1980년대 미국에서 일본으로 넘어간 반도체 주도권•123
일본 반도체를 사양길로 몰고 간 미일 반도체 협정•127
한일 무역 분쟁에서 한국의 급소가 된 반도체•130
반도체 강국에 대한 견제 의도일까?•133
미국의 허가가 필요한 ASML의 노광 장비 수출•134
미래 군사력과 무기의 핵심, 반도체•137
군사용 반도체는 자기 나라에서 확보하려는 미국•140

5 한국은 어떻게 반도체 강국이 됐을까?
메모리 반도체는 한국이 세계 최고!•148
1965년 외국 반도체 조립을 시작했어요•149
1974년 ‘한국반도체’의 등장!•152
삼성이 반도체 사업에 집중 투자했어요•154
삼성이 64K D램 개발에 나서요•157
64M D램 개발로 세계 선두에 나서요•159
세계 3위 반도체 기업, SK하이닉스•162
현대→LG반도체→SK•164
SK의 중국 진출, 최대 메모리 업체로•166
세계 각국의 반도체 산업 육성 노력•168
한국 반도체 산업의 미래를 위한 숙제•170

6 반도체를 만들려면 어떤 공부를 해야 할까?
전 세계 반도체 분야 인재는 여전히 부족해요•177
반도체를 알려면 공과대 진학이 유리해요•178
반도체 산업에는 문과생도 필요해요•180
어쩌면 평생 공부해야 해요-입사 뒤 재교육은 당연하죠•182
인력 확보는 전 세계적인 과제예요•186
엔지니어 롤 모델•189

7 미래의 반도체는 어떤 모습일까?
인간의 뇌를 따라가는 반도체•198
반도체 시장에서 살아남는 법•202
반도체로 숨 쉬는 세상•207

에필로그 기계를 제어하는 똑똑한 반도체가 펼치는 무궁무진한 세상, 그 너머에 대하여•213

트랜지스터는 이미터(Emitter), 베이스(Base), 컬렉터(Collector)라는 3개의 다리를 가졌어요. 베이스에서 약한 전기 신호를 주면 이미터에서 보낸 전자 혹은 정공을 컬렉터에서 출력합니다. 전류를 제어하는 트랜지스터를 물의 흐름을 제어하는 댐에 비유해 볼게요. 이미터에 있던 물이 컬렉터로 흐르면서 거대한 물줄기를 만드는데 이때 베이스가 바로 수문 역할을 합니다. 작은 힘으로 이 스위치를 여닫으면서 전기의 흐름을 통제하는 게 트랜지스터입니다. 베이스에 약한 전기 신호를 보내 트랜지스터를 작동시키면 이미터에서 컬렉터로 큰 전류가 흐르게 됩니다. 트랜지스터(transistor)라는 단어 자체도 전기를 전송(transfer)하면서 저항(varistor)의 역할로 전기 신호와 전력을 증폭하거나 스위칭하는 데 사용한다는 의미를 담고 있지요.

전류를 흘리고 차단하며 신호를 제어하는 방식은 디지털 신호의 기본인 0과 1의 이진법 개념을 만들었고 방대한 공식을 빠르고 정확하게 계산하는 데도 활용할 수 있었습니다. 컴퓨터(computer)라는 단어는 원래 의미가 ‘계산기’인데 주판, 계산자, 톱니바퀴 계산기 등 이미 수학자들은 시대마다 ‘컴퓨터’를 만들어냈지요.
그런데 2차 세계대전이 발발하면서 계산해야 하는 양은 기하급수적으로 늘었고 시간도 초를 다툴 정도로 급해졌습니다. 전투기를 띄워 적에게 들키지 않고 접근할 수 있는 항로를 그리고, 적진에 투하할 포탄 궤도를 결정하는 일은 어마어마한 계산을 통해 경우의 수를 따져 정확하게 판단해야 했고, 아주 빠르게 이뤄져야 했어요. 오류가 생기면 목숨을 잃으니까요.