시스템 반도체, 비메모리반도체에 대해서 알아보자 / CPU AP NPU 이미지센서 DDI PMIC

 

반도체 산업을 크게 구분하면 메모리 반도체와 비메모리 반도체로 나뉘는데요.

우리가 흔히 듣는 D램이나 낸드플래시(SSD)는 메모리 반도체에 해당합니다.

 

데이터 저장이 주된 기능이죠. 삼성전자와 SK하이닉스가 세계 시장에서 우위를 점하고 있는 분야이기도 합니다.

 

반면, 비메모리 반도체는 데이터를 저장하지 않고 계산하고 제어하는 역할을 합니다.

 

이 비메모리 반도체를 흔히 시스템 반도체(System Semiconductor)라고 부르는데요. 말 그대로 하나의 ‘시스템’을 이루는 핵심적인 반도체입니다.

 

메모리 반도체가 ‘기억’이라면, 시스템 반도체는 ‘생각’과 ‘판단’에 해당합니다.

 

 

시스템 반도체 시장의 확장성

 

 

시스템 반도체 시장은 메모리보다 3~4배 이상 크다는 평가를 받고 있습니다.

 

예를 들어, 인텔은 1980년대까지 메모리 반도체도 만들었지만, 수익성이 낮다고 판단해 과감히 철수하고 CPU 중심 전략으로 전환했습니다. 

 

메모리 반도체와 비메모리반도체의 차이 (출처: ASML KOREA)

 

메모리는 개당 2~3달러 수준이라면, CPU는 20~30달러 이상을 받을 수 있기 때문입니다.

 

수익성과 기술집약도 측면에서 시스템 반도체는 훨씬 더 고부가가치 산업입니다.

 

국내에서도 삼성전자가 시스템 반도체 분야에 2030년까지 171조 원 이상을 투자하겠다고 선언한 바 있습니다.

 

CPU (Central Processing Unit)

CPU는 컴퓨터나 서버의 ‘두뇌’ 역할을 하는 대표적인 시스템 반도체입니다.

 

연산, 제어, 기억, 해석이라는 4가지 핵심 기능을 담당하며 전체 시스템의 명령을 처리합니다.

• 대표 기업: 인텔, AMD
• 최근엔 AMD가 인텔을 빠르게 추격하며 시가총액에서도 큰 성장을 보이고 있습니다.

인텔, AMD 매출액 비교 (출처: 한국투자증권)

 

모바일 AP (Application Processor)

 

 

CPU가 PC의 두뇌라면, 스마트폰의 두뇌는 AP(Application Processor)입니다.

단순 연산기능을 넘어 그래픽처리(GPU), 이미지처리, 통신기능 등 여러 기능을 한데 묶은 반도체입니다.

 

이처럼 다양한 기능이 통합된 칩을 SoC(System on Chip)라고도 부릅니다.

하나의 칩에 시스템 기능 전체를 집약하는 구조입니다. 

• 주요 기업: 퀄컴, 미디어텍, 애플, 삼성전자, UNISOC
• 스마트폰 시장 성장과 함께 모바일 AP 수요도 지속적으로 증가하고 있습니다.

NPU (Neural Processing Unit)

 

 

AI 시대의 핵심이 되는 반도체가 바로 NPU입니다.

 

사람의 뇌처럼 뉴런과 시냅스 구조를 본떠 만든 이 반도체는 딥러닝, 음성 인식, 영상 분석과 같은 AI 기능을 담당합니다.

• 대규모 병렬 연산에 최적화되어 기존 CPU보다 훨씬 빠르게 AI 연산을 처리합니다.
• NPU 시장은 폭발적으로 성장 중이며, 자율주행차, 스마트폰, CCTV, 로봇 등 다양한 산업에서 채택이 확대되고 있습니다.

AI 반도체 시장 전망 (출처: 가트너)

이미지센서와 DDI

시스템 반도체는 두뇌 역할뿐 아니라 감각기관 역할도 합니다. 대표적으로 ‘눈’에 해당하는 것이 이미지센서입니다.

 

• 이미지센서: 카메라 렌즈를 통해 들어온 빛을 전기신호로 바꾸는 센서. 스마트폰, 자동차 카메라, CCTV에 사용됩니다.
• DDI(Display Driver IC): 디지털 영상을 디스플레이에 구현할 수 있게 변환하고 제어하는 반도체. 패널의 색상을 조정하고 픽셀을 제어합니다.

PMIC(Power Management IC)

스마트폰처럼 기능이 많은 기기에는 다양한 회로에 전력을 적절하게 공급해야 하는데요.

이 역할을 하는 반도체가 바로 PMIC입니다.

 

• 사람의 심장이 몸 전체에 혈액을 보내듯, PMIC는 시스템 각 부위에 알맞은 전력을 공급합니다.
• 최근 스마트폰 1대에 10개 이상의 PMIC가 탑재되며 중요성이 더욱 높아지고 있습니다.

PMIC 설명 (출처: LX 세미콘)

결론

지금까지 살펴본 것처럼 시스템 반도체는 다양한 분야에서 두뇌, 감각, 에너지 조절의 핵심 역할을 수행하고 있습니다.

 

시장 규모도 크고 수익성도 높은 만큼, 삼성전자와 같은 국내 기업들이 이 분야를 미래 전략산업으로 삼고 집중 투자 중입니다.

 

메모리 강국에서 시스템 반도체 강국으로 도약할 수 있을지, 앞으로의 흐름이 주목됩니다.

 

삼성반도체이야기에서 시스템반도체 설명에 대해서도 같이 링크드립니다.