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반도체는 현대 문명의 보이지 않는 척추입니다. 스마트폰과 전기차에서 클라우드 컴퓨팅과 인공지능에 이르기까지거의 모든 중요한 기술은 반도체 혁신에 의존합니다.하지만 이제 이 산업은 단순히 칩을 더 작고 더 빠르게 만드는 것 이상의 새로운 단계로 진입하고 있습니다.

트랜지스터 스케일링에만 의존하는 것이 아니라 다음 10년간 반도체 발전은 서로 연결된 네 가지 기둥에 의해 형성될 것입니다.

1. 3세대 반도체 재료

2. 인공지능을 위한 첨단 컴퓨팅 칩

3. 전파 (RF) 통신 칩

4. 고 대역폭 메모리 (HBM)

이 네 가지 영역은 함께 에너지 관리, 지능 계산, 정보 전송, 데이터 저장 방법을 재정의합니다.

13세대 반도체: 에너지와 인공지능 시대의 기초

수십 년 동안 실리콘 (Si) 은 반도체 산업을 지배해 왔습니다. 그 풍부함, 저렴한 비용, 그리고 성숙한 제조 생태계는 개인 컴퓨터, 모바일 장치,그리고 인터넷그러나 산업이 전기화, 신재생 에너지, 고성능 컴퓨팅으로 이동함에 따라 실리콘만으로는 더 이상 충분하지 않습니다.

이것은 주로 실리콘 카바이드 (SiC) 와 갈리엄 질산 (GaN) 를 중심으로 넓은 대역 간격 반도체의 출현으로 이어졌습니다.

반도체 재료의 진화

• 1세대 ∙ 실리콘 (Si):

  • 성숙한 기술

  • 저렴한 비용과 높은 신뢰성

  • 저중압 및 주파수 용도로 적합합니다.

• 제2세대 밸륨 아르세네이드 (GaAs):

  • 우수한 고주파 성능

  • 무선 통신, 위성 및 광 전자 장치에서 널리 사용됩니다.

• 세 번째 세대 ∙ SiC와 GaN:

  • 실리콘보다 훨씬 더 넓은 띠 틈

  • 더 높은 고장 전압

  • 더 나은 열 안정성

  • 에너지 손실 감소

  • 전기차, 재생 에너지 및 고전력 전자제품에 이상적입니다.

실리콘 탄화물 (SiC): 전기 혁명 의 원천

SiC는 실리콘의 약 3배의 띠 틈과 약 10배의 분해 전기장을 가지고 있습니다. 이것은 여러 가지 장점을 제공합니다.

• 전력 변환의 더 높은 효율성

• 더 작고 가벼운 전원 장치

• 더 나은 열 저항성

• 고전압 시스템에서 에너지 손실이 낮습니다.

그 결과, SiC는 다음과 같은 핵심 물질이 되고 있습니다.

• 전기차 인버터

• 태양 전지 인버터

• 풍력 에너지 시스템

• 고속 충전 인프라

• 스마트 그리드

세계 주요 기업들은 이제 규모를 확장하기 위해 경쟁하고 있습니다.8인치 SiC 웨이퍼 비용 절감과 대량 도입에 결정적인 요소입니다. 초기 리더십은 미국, 일본, 유럽에서 왔지만, 중국 제조업체는 빠르게 발전하고 있습니다.SiC를 진정한 글로벌 전략 산업으로 만드는 것.

갈륨 나트라이드 (GaN): 고속 및 고효율의 전력 전자

GaN은 SiC보다 더 높은 전자 이동성을 제공하며 특히 다음과 같은 용도로 매력적입니다.

• 데이터 센터

• 고속 충전기

• 5G 기지국

• 재생 에너지 시스템

그러나 GaN은 SiC에 비해 여전히 열 관리에 어려움을 겪고 있습니다. 그럼에도 불구하고 시장은 특히 소비자 전자제품 및 고주파 전력 장치에서 매우 빠르게 성장하고 있습니다.

전반적으로, 세 번째 세대의 반도체는 단지 점진적인 개선이 아니라 전 세계 경제에서 전력 관리 방식의 구조적 변화를 나타냅니다.

2첨단 컴퓨팅 칩: 인공 지능의 엔진

인공지능은 근본적으로 컴퓨팅 문제입니다. 딥러닝의 급속한 발전은 더 나은 알고리즘뿐만 아니라 더 강력한 하드웨어에 의해 가능해졌습니다.

오늘날, GPU (그래픽 처리 장치) 는 병렬 처리 능력으로 인해 AI 훈련의 지배적인 플랫폼이되었습니다.

전통적인 CPU와 비교하면 GPU는 수천 개의 작업을 동시에 처리할 수 있어 신경 네트워크와 대규모 데이터 처리에 이상적입니다.

첨단 컴퓨팅 칩의 주요 경향은 다음과 같습니다.

• 와트당 더 높은 성능

• 더 큰 칩 내 및 칩 밖 메모리

• 더 전문화된 인공지능 가속기

• 컴퓨팅과 메모리 사이의 더 긴밀한 통합

미래에는 아마 이렇게 될 것 같습니다.

• 더 많은 맞춤형 AI 칩 (ASIC)

• 에너지 효율적인 엣지 AI 프로세서

• CPU, GPU, AI 가속기를 결합한 하이브리드 아키텍처

이것은 반도체 혁신이 소비자 전자제품보다는 인공지능의 필요에 의해 점점 더 주도된다는 것을 의미합니다.

3RF 통신 칩: 모든 것을 무선으로 연결

전파 (RF) 기술은 무선 통신의 척추입니다.

• 5G 및 미래의 6G 네트워크

• 위성 통신

• 레이더 시스템

• 사물 인터넷 (IoT)

• 자율주행 차량

RF 통합 회로 (RFIC) 는 증폭기, 필터 및 모듈러와 같은 주요 구성 요소를 하나의 칩에 통합하여 크기와 전력 소비를 줄이는 동시에 성능을 향상시킵니다.

RF 칩의 미래 방향은 다음과 같습니다.

• 더 높은 작동 주파수 (밀리미터 파동 이상)

• 낮은 전력 소비

• 디지털 처리와 더 나은 통합

• 통신과 감지의 조합

즉, RF 칩은 데이터를 전송할 뿐만 아니라 스마트 시티, 로봇, 자율주행 등에서 첨단 인식 시스템을 가능하게 합니다.

4고 대역폭 메모리 (HBM): 인공지능 데이터 병목을 깨고

인공지능 모델이 커질수록 데이터 이동 속도는 원시 컴퓨팅 능력만큼이나 중요해집니다. 전통적인 메모리 기술은 더 이상 최첨단 인공지능 시스템에 충분하지 않습니다.

고 대역폭 메모리 (HBM) 는 여러 DRAM 계층을 수직으로 쌓아 놓음으로써 이 문제를 해결하여 메모리와 프로세서 사이의 훨씬 빠른 데이터 경로를 만듭니다.

HBM의 장점은 다음과 같습니다.

• 매우 높은 데이터 전송 속도

• 낮은 전력 소비

• 감소된 대기 시간

• 컴팩트 디자인

그 결과 HBM은 데이터 센터와 AI 슈퍼컴퓨터에서 사용되는 고급 GPU의 표준 메모리 기술이 되었습니다.

향후 몇 년 동안 HBM에 대한 수요는 전세계적으로 인공지능 투자와 함께 급증할 것으로 예상됩니다.

결론: 새로운 반도체 패러다임

반도체의 미래는 한 번의 돌파구로 결정되지 않을 것입니다.

• 소재는 효율성과 내구성을 결정합니다 (제3세대 반도체)

• 칩은 지능을 결정합니다 (AI 가속기와 GPU)

• RF는 연결성을 결정합니다 (무선 통신 칩)

• 메모리 성능 결정 (HBM 및 고급 저장)

이 네 가지 기둥을 잘 다루는 국가와 기업은 깨끗한 에너지에서 인공지능, 스마트 시티에서 자율 시스템까지의 기술의 다음 시대를 형성할 것입니다.