반도체 정의 및 역할 | 메모리와 비메모리 반도체 차이
반도체의 기본 뜻은 영어 Semi(반), Conductor(도체)의 합성어인 Semiconductor로 이루어진 합성어입니다.
전기 전도율이 높은 원자재인 구리, 금, 철 등의 물질로 만들어진 전기 전도체(:electrical conductor-줄여서 도체)와 고무,유리 등과 같이 전기나 열이 전달되기 어려운 절연체(insulator, or 부도체) 중에 중간의 성격을 가진 것이 반도체입니다.
1. 도체와 절연체의 중간 반도체란?
결국 도체와 절연체의 차이는 ‘전류의 흐름’이란 것을 알 수 있습니다. 전류가 흐르는 도체, 전류가 흐르지 못하는 절연체, 중간 영역에 속하는 반도체(영어:Semiconductor)로 분류할 수 있습니다.
1.1 도체보다 반도체를 사용되는 이유
전기가 잘 통하는 도체 대신 반도체를 산업에서 사용하는 주된 이유는 Semiconductor 내의 전기의 흐름을 변화 시킬 수 있는 특성 때문입니다.
2. 메모리 반도체 종류
크게 정보를 저장하는 메모리 반도체 & 정보를 처리하는 비메모리 반도체 두 가지로 구분합니다.
크게 분류했을 경우 우리가 흔히 사용하는 램(RAM, Random Access Memory)과 롬(ROM, Read Only Memory) 두 가지가 메모리 반도체에 속합니다.
2.1 램(RAM)
정보를 자유롭게 지울 수 있기 때문에 ‘Random Access Memory’라고 말하는 램(RAM)은 휘발성 메모리로 불립니다.
※휘발성 메모리로 불리는 이유 예를 들어 책상이라는 작업 공간에 여러 종류의 작업을 수행하고 필요한 도구와 자료를 담을 수 있는 작은 공구통이 있다고 하겠습니다. 공구통에 여러 종류의 도구를 놓고 작업을 수행하며, 필요한 도구나 자료를 필요할 때마다 빠르게 가져다 사용할 수 있습니다. 공구통은 주기억장치인 RAM과 유사합니다. RAM은 컴퓨터의 작업을 위한 공구통으로써, 여러 프로그램이나 데이터를 임시로 저장하고 빠르게 액세스할 수 있도록 도와줍니다. RAM은 컴퓨터가 작업을 수행하는 동안 필요한 정보를 저장하고 CPU가 빠르게 접근할 수 있게 도와줍니다.
램(RAM)은 정보 저장 방식에 따라 D램과 S램으로 분류합니다.
- DRAM(Dynamic Random Access Memory)
- DRAM은 저장된 정보가 시간의 흐름에 따라 소멸되는 반도체입니다. 동적(Dynamic)이란 이름이 붙은 것처럼 짧은 시간 내에 주기억1으로 재충전 시켜 기억이 유지됩니다. 한국의 삼성과 SK 하이닉스와 같은 기업이 세계적으로 높은 점유율을 가지고 있는 주 산업 분야입니다.
- SRAM(Static Random Access Memory)
- S램은 전원이 공급되는 동안 데이터를 유지하는 반도체입니다. Static(정적인, 움직이지 않는)의 뜻으로 알 수 있듯이 주기억으로 내용을 갱신해야 하는 DRAM과 다르게 기억 장치에 전원이 공급되는 한 내용이 지속적으로 보존됩니다. 데이터 속도 또한 매우 빠른 것이 특징이며, 집적도2가 낮고 비싼 가격으로 인해 대용량으로 만들기 어려우며 주로 그래픽카드와 같은 작은 용량의 메모리로 사용됩니다.
2.1 롬(ROM)
램을 공구통에 비유 했었습니다. 읽기 전용인 롬(ROM:Read Only Memory)은 책이나 도안 등에 해당할 수 있습니다. 비휘발성 메모리로 전력 공급 없이 정보가 저장되며, 별도의 삭제를 진행하지 않는 한 저장되는 메모리입니다.
롬(ROM)은 컴퓨터의 시스템의 기본적인 입출력 작업을 담당하는 입출력 시스템3 또는 은행 ATM 기기의 IC 카드4가 이에 속하게 됩니다.
3. 플래시 메모리(Flash Memory)
롬의 범주에 속하는 플래시 메모리(Flash Memory)는 비휘발성 기억 장치의 일종으로, 데이터를 저장하고 읽는 데 사용되는 기술입니다. 플래시 메모리는 작은 칩 형태로 제작되며, 주로 휴대용 장치에서 데이터 저장과 이동을 위해 널리 사용됩니다.
※포인트 램은 데이터의 읽기와 쓰기가 자유롭지만 전원이 꺼지면 기록 데이터가 지워지며, 롬은 전원이 꺼져도 데이터가 지워지지 않는 대신, 한 번 데이터가 기록되면 수정이나 추가가 불가능한 것이 특징이었습니다. 플래시메모리는 램과 롬의 특성을 모두 가진 반도체라고 할 수 있습니다.
플래시 메모리는 데이터를 전기 신호로 표현하여 기록하고 읽어옵니다. 간단하게 말하면, 플래시 메모리 셀은 전기적인 상태를 나타내는 트랜지스터를 사용하여 정보를 저장하는데, 이 트랜지스터 상태의 변화를 통해 0과 1의 비트를 나타냅니다. 이러한 상태 변화는 데이터의 기록 및 검색을 가능하게 합니다.
- 비휘발성: 플래시 메모리는 전원이 꺼져도 데이터가 보존됩니다. 따라서 전원을 다시 켤 때에도 저장된 데이터에 접근할 수 있습니다.
- 내구성: 플래시 메모리는 기계 부품이 없이 전기 신호를 이용하여 데이터를 저장하므로 내구성이 높습니다. 물리적 충격에 강하고 데이터 손실의 위험이 적습니다.
- 빠른 읽기와 쓰기: 플래시 메모리는 비교적 빠른 속도로 데이터를 읽고 쓸 수 있어서 휴대용 장치나 컴퓨터 부팅 시간 등에 많이 활용됩니다.
- 저전력 소비: 전기적인 동작을 이용하기 때문에 전력 소비가 상대적으로 적습니다.
플래시 메모리는 다양한 형태로 사용되며, 기존 하드 디스크5보다 빠른 속도를 자랑하는 SSD6와 휴대하기 편한 USB7가 이에 속하게 됩니다. 메모리 카드, 스마트폰의 내장 저장 장치 등의 기기가 대표적입니다.
4. 비메모리 반도체(시스템 반도체)
앞에서 책상을 롬(ROM) 공구 상자를 램(RAM)에 비유 했습니다. 작업하는 사람의 역할이 비메모리인 시스템 반도체에 해당한다고 할 수 있습니다. 대표적인 종류는 컴퓨터의 중앙처리 장치 CPU, 그래픽 처리 장치인 GPU, 모바일 기기 중앙처리 장치 AP, 인공지능 처리 장치인 NPU8 등이 있습니다.
5. 각주
- 컴퓨터 메모리(computer memory)는 컴퓨터에서 수치·명령·자료 등을 기억하는 컴퓨터 하드웨어 장치 ↩︎
- 집적도(Integration Density)는 하나의 반도체 칩 안에 포함된 소자(Transistor, 트랜지스터 등)의 수를 나타내는 지표입니다. 집적도가 높을수록 한 칩 안에 더 많은 소자가 밀집되어 있으며, 이는 작은 크기의 칩으로도 더 많은 기능을 수행할 수 있다는 것을 의미합니다. 집적도가 높을수록 전자 기기의 성능이 향상되고, 소형화와 더 높은 효율성을 가능하게 합니다. ↩︎
- 입출력(Input/Output)은 데이터를 컴퓨터 내부와 외부에서 주고받는 과정을 의미합니다. 데이터를 시스템에 입력하거나 시스템이 생성한 결과를 외부로 출력하는 것을 나타냅니다. 이를 줄여서 I/O라고도 부르며, 컴퓨터와 주변 장치, 사용자 간의 상호 작용과 데이터 교환을 포함합니다. ↩︎
- IC 카드(Integrated Circuit Card): 현금카드 등에 사용되는 IC 메모리는 메모리 기억소자로, 대용량 정보를 저장하는 전자식 카드 ↩︎
- 하드 디스크 드라이브(Hard disk drive, HDD): 비휘발성이며 순차접근이 가능한 컴퓨터의 보조 기억장치 ↩︎
- 솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drive, SSD): 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)는 전자식으로 작동하여 하드 디스크 드라이브(HDD)의 문제인 탐색 시간, 반응 시간, 기계적 지연, 고장률, 소음 등을 획기적으로 감소시킵니다 ↩︎
- 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus;USB): 컴퓨터 본체와 다른 장치(주변 기기)를 연결하는 데 쓰이는 입출력 표준 프로토콜 ↩︎
- NPU(Neural Processing Unit, 인공지능 처리 장치): 인공지능 처리에 특화된 반도체로, 독립적인 칩 또는 NPU의 일부로 설계되어 대중적인 GPU보다 더 효율적으로 인공지능 작업을 수행합니다. ↩︎
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