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4차 산업의 두뇌 ‘반도체’ 육성 정책②

‘기억을 잘 하는’ 메모리반도체

김길태 기자   |   등록일 : 2019-05-03 15:34:08

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반도체산업은 ‘메모리반도체’와 ‘시스템(비메모리)반도체’로 구분된다. 반도체 업계는 메모리와 비메모리(시스템) 반도체로 양분돼 있다. ‘메모리 반도체’는 데이터를 저장하는 역할을 하며, ‘시스템(비메모리)반도체’는 연산, 제어 등 정보처리 기능을 담당한다. 이 중 시스템 반도체는 전체 시장의 약 50∼60%를 차지하는데, 수요자의 요구사항에 맞춰 제품이 생산되는 방식으로 특정산업의 업황에 크게 영향을 받지 않는 안정적인 시장구조가 특징이다.

‘DRAM’, ‘SRAM’, ‘VRAM’

메모리반도체는 ‘기억을 잘 하는 사람’이라 할 수 있다. 메모리 반도체는 RAM(random access memory)과 ROM(read only memory)으로 나뉘다. RAM은 기억된 정보를 읽어내기도 하고 다른 정보를 기억시킬 수 있는 메모리로 전원이 끊기면 기록된 정보가 날아가기 때문에 일회성 메모리에 속한다. 반면 ROM은 데이터를 읽을 수는 있지만, 다시 기록할 수는 없는 메모리로 전원이 끊겨도 정보가 날아가지 않기 때문에 유지된다.

전원이 있는 상태에서만 정보를 기억하는 RAM은 컴퓨터가 켜져 있는 동안에만 정보를 저장하며, 용도에 따라 크게 ‘DRAM’과 ‘SRAM’, ‘VRAM’으로 구분된다. 이 외에도 기술 발전에 따라 동기식 DRAM인 SDRAM, 차세대 고속 SDRAM인 DDR SDRAM 등 다양한 RAM들이 있다.

DRAM은 우리나라의 주력 반도체 생산제품 중 하나다. ‘Dynamic RAM’이라는 이름에 걸맞게 시간이 지나면 데이터가 소멸되는 것이 특징이다. 크게 반도체 소자와 커패시터로 구성되어 있다. 커패시터는 부품에 담긴 전하량에 의해 정보를 저장하는 방식이다.

IT업계에 따르면 DRAM은 비교적 단가가 싸고 회로 구조가 간단하기 때문에 컴퓨터는 물론이고 스마트폰, 게임기 등 다양한 디지털기기에서 사용되고 있다. 현재는 전자기기들이 점점 모바일화가 되면서 데이터 처리 속도의 향상과 저전력에 기반을 맞춰 발전에 발전을 거듭하고 있는 추세다.

SRAM(Static RAM)은 전원이 공급되는 한 저장된 정보가 계속 유지되는 메모리다. 기본적으로 반도체 소자 6개가 플립플롭(정보 저장 공간)형태로 구성되어 있는데, 이는 새로운 신호를 주기 전까지는 그 상태를 안정적으로 유지시켜주는 역할을 한다. DRAM에 비해 속도가 매우 빠르다. SRAM은 CPU(중앙처리장치)와 하드 디스크(주기억장치) 사이에서 두 장치 간의 데이터 접근 속도를 완충해 주기 위해 사용하는 고속메모리인 캐시메모리에 주로 사용된다.
 
VRAM은 Video RAM으로 디스플레이의 이미지 데이터를 저장하는데 사용되는 RAM이다. 화상정보를 기억시켜두는 전용메모리다. VRAM으로 읽혀진 화상정보는 영상신호로 변환되어 브라운관에 표시된다. VRAM의 가장 큰 장점은 단일포트인 DRAM과 달리 이중포트로 되어있다는 것. 이에 동시에 읽기 쓰기가 가능해 DRAM보다 속도가 빠르다. 컴퓨터 그래픽카드에 주로 사용되며, VRAM의 용량이 클수록 고해상도 게임을 구동시킬 때 유리하다.

‘Mask ROM’과 ‘Flash Memory’

ROM은 읽기 전용 메모리라는 뜻으로 저장된 정보를 읽을 수만 있고, 새로운 정보는 기억시킬 수 없는 메모리를 말한다. 사용자가 임의로 다른 데이터를 입력할 수 없는 메모리인 것이다. 흔히 사용되는 ROM에는 대표적으로 ‘Mask ROM’과 ‘Flash Memory’가 있다.

Mask ROM은 제조과정 중 마스크에 데이터를 미리 기록해 ROM에 기억시킨 반도체다. 한 번 기록된 데이터는 다시 수정할 수 없다는 특징을 갖고 있다. 따라서 공정 전 제조 목적을 명확히 하고 오류가 없는지 여러 번 검증하는 과정을 거치는 것이 중요하다. 구조가 간단하고 집적도가 높아 대용량의 칩을 생산할 수 있다는 장점이 있다.

플래시 메모리는 선택 트랜지스터를 제거하여 집적도를 높게 제조한 것이다. 전원을 꺼도 기억된 정보가 없어지지 않는 ROM의 장점과, 정보를 자유롭게 입출력 할 수 있는 RAM의 장점을 동시에 가지고 있다.

플래시 메모리는 셀의 배열(구조)에 따라 NAND Flash와 NOR Flash로 나뉜다. NAND Flash는 직렬회로의 일종으로 회로가 직렬로 연결 되어있어 데이터를 읽을 때 순차적으로 데이터를 찾아간다. NAND Flash는 디지털 카메라, MP3 등 다양한 용도에서 활용되고 있다.

NOR Flash는 병렬회로로 연결되어 있어 데이터를 읽을 때 바로 접근하여 빨리 찾을 수 있다는 장점이 있다. 반면 회로가 복잡하고 이로 인해 데이터를 저장할 수 있는 공간이 좁아 대용량화가 어렵고, 셀의 주소를 찾아 써야하기 때문에 NAND Flash에 비해 쓰기 속도가 느리다는 단점이 있다. 그러나 데이터의 안정성이 우수해 주로 휴대전화 메모리에 사용되고 있다.

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